Системи керування буровими установками
ВИДИ, ВИМОГИ ТА ХАРАКТЕРИСТИКИ
Бурова установка є складним комплексом різних машин і механізмів, що забезпечують виконання різноманітних технологічних операцій при проведенні свердловин. Ефективність роботи цього комплексу залежить від експлуатаційних якостей, маневреності, чіткості та надійності роботи всіх його елементів. Важливу роль комплексі грає система управління.
Системи управління забезпечують:
пуск, зупинку та регулювання роботи двигунів;
включення та вимкнення трансмісій, які блокують двигуни, що приводять бурові насоси, ротор або лебідку;
включення та вимикання бурових насосів, лебідки, ротора, механізму подачі та гальм (гідравлічного, електричного та стрічкового); зміна частоти обертання барабана лебідки, насосів та ротора; включення та вимикання пристроїв для згвинчування та розгвинчування бурильних труб;
управління роботою ключів, клинів та інших механізмів при відгвинчуванні та встановленні бурильних свічок у магазин у процесі спуску та підйому колони;
управління обладнанням для герметизації гирла свердловини при бурінні та проявах газу;
включення та вимикання компресора, допоміжної лебідки або насоса, освітлювальної установки, пристроїв для очищення та приготування бурового розчину та інших допоміжних механізмів.
Для приведення в дію органів керування використовуються різні види енергії: у системах ручного механічного керування -сила оператора; у пневматичних, гідравлічних та електричних системах – енергія стисненого повітря, рідини або електрики.
Система управління складається з двох типів органів: керуючих функціями головних та допоміжних виконавчих механізмів та апаратури, що сигналізуєоператору чи реєструючої результати виконання команди.
Система управління (рис. XI. 1) містить п'ять основних органів:
•1 - сприймає команду (кнопка, рукоятка, важіль, педаль та інших.), який впливає оператор - людина, програмуючий пристрій чи мікропроцесор;
•2 - проміжний, що передає команду до виконавчих механізмів із використанням зовнішньої енергії: тяги, трубопроводу, електрокабелю та ін.;
•3 - виконавчий, що впливає на механізм, що виконує технологічну функцію: муфта зчеплення, золотник, кран та ін;
•4 - фіксує або обмежує виконання команди: клямка, кінцевий вимикач, стопор та ін;
•5 - зворотний зв'язок, що інформує оператора про виконання команди або заданого режиму роботи: вимірювальний прилад, манометр, термометр, динамометр, світлова або звукова сигналізація.
У бурових установках застосовується три види систем керування:
централізована - розташована біля посту бурильника і дозволяє йому керувати основними виконавчими механізмами: лебідкою, насосами, ротором, превенторами та ін;
індивідуальна чи місцева – розташована поблизу того чи іншого агрегату;
змішана - що дозволяє управляти агрегатом як з поста бурильника, так і безпосередньо біля агрегату; наприклад, ДВС з підсумовує трансмісією можуть керуватися дизелістом або бурильником та ін.
Усіми пристроями керують з постів бурильника, дизеліста чи з пульта, розташованого поблизу тієї чи іншої агрегату (устаткування). Відповідно до виконуваних функцій ланцюга управління поділяються на незалежні та взаємопов'язані. Незалежні ланцюги застосовують у тих випадках, коли пристрої не пов'язані один з одним, наприклад, включеннялебідки, насосів, ротора. Взаємопов'язані (зблоковані) системи управління використовують, коли неприпустиме одночасне включення кількох рухів, наприклад, одночасне включення прямого та зворотного обертання ротора або двох швидкостей лебідки.
У зв'язку зі складністю та різноманіттям функцій, що виконуються механізмами для забезпечення маневреності, швидкості та зручності маніпулювання, у бурових установках застосовують комбіновані системи управління, що дозволяють найбільш повно задовольнити всі вимоги.
Ступінь досконалості системи управління залежить від її якостей, головними з яких є:
потужність, зусилля або крутний момент здійснення операцій управління;
легкість, маневреність та автоматизм органів, на які впливає оператор та які здійснюють виконання команди.
Досконалість системи управління залежить як від конструкції органів системи управління, так і від робочої пози бурильника та зусиль, що витрачаються ним у процесі управління. Незручність пози робітника, необхідність докладання великих зусиль викликають швидку втому робітника та знижують його продуктивність. Зусилля, що витрачається робітником на маніпуляції важелями, зазвичай не більше 30-50 Н, гальмівною рукояткою - не більше 150 Н, ножними педалями і важелями, що рідко перемикаються - не більше 100-200 Н. Тиск протягом рукоятки, крім гальмівної, зазвичай здійснюється та невтомно для бурильника. Рукоятки та педалі розташовують так, щоб ними було зручно користуватися без зміни робочої пози та місця бурильника.
Чіткість, стабільність і мнемоничность управління забезпечуються тим, кожна команда відповідає певної функції і викликає зміни становища інших органів управління. Величина ходу,наприклад, рукоятки, при включенні та вимкненні повинна бути завжди однакова та стабільна при кожному повторенні команди.
Мнемонічність управління забезпечується таким розташуванням органів управління, у якому оператор звільнено від зайвої напруги пам'яті. Оператор не повинен кожного разу згадувати, де знаходиться той чи інший важіль управління, в яку сторону і на яку відстань слід його пересунути або повернути, щоб увімкнути або вимкнути, наприклад, ключ для згвинчування або розгвинчування бурильних замків.
Напрямок руху руки оператора має збігатися з напрямом руху механізму. При вертикальному розташуванні важеля, наприклад гальмівного, гальмування здійснюється рухом важеля вниз, тому що при цьому зручніше докласти до зусилля руки ще вага тіла робітника, а при гальмуванні навпаки. При горизонтальному розташуванні важелів включення, що вимагає великого зусилля робітника, здійснюється поворотом важеля "на себе", а виключення - "від себе". Штурвали при включенні зазвичай обертають від себе, а при виключенні - на себе. Педальне керування при робочій позі стоячи здійснюється лише в механізмах, що потребують епізодичного включення. Увімкнення здійснюється натисканням педалі «вниз», а вимкнення – «вгору». При кнопковому управлінні – верхня кнопка "пуск", а нижня "стоп".
Швидкодія системи управління - важлива якість для таких механізмів, як підйомна система бурових лебідок, що виконує масові операції, що часто повторюються при СПО. У цьому оператор повинен завжди знати чи бачити, що його команда виконана точно.
Структурна міцність органів системи управління та їх конструкція виконуються такими, щоб не відбувалося зносу та деформації їх елементів у процесі роботи, монтажу, демонтажу татранспортування бурової установки, що призводять до порушення точності та чіткості управління.
Безпека системи управління забезпечується гарним розташуванням органів управління, легкістю їх обслуговування, дотриманням необхідних відстаней, гарною освітленістю, легкістю та зручністю маніпулювання. Все це виключає можливість травматизму обслуговуючого персоналу та псування обладнання.