Размещено на http://www.allbest.ru/

И.Г. Туровский

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ ПОДАЧИ ДОЛОТА

В настоящее время нефтегазовой отрасли нашей страны уделяется значительное количество средств и внимания, так как она является очень важным источником доходов страны и определяет экономическую роль нашего государства на мировой арене. В производство внедряются новейшие технологии для улучшения качества работ и упрощения манипуляций в процессе строительства нефтегазовых скважин.

В данной статье рассмотрены автоматические регуляторы подачи долота и связанные с их применением преимущества.

Под подачей долота понимают последовательное опускание верхней точки колонны бурильных труб (КБТ), осуществляемое в процессе разрушения породы. В установившемся режиме бурения скорость подачи долота должна быть равна скорости разбуривания породы. Если скорость подачи долота превосходит скорость разбуривания породы, то нагрузка на забой растет, что может повлечь за собой искривление ствола скважины или поломку бурильных труб. Если скорость подачи долота меньше скорости разбуривания, то нагрузка на забой уменьшается, что приводит к уменьшению скорости бурения.

При ручной подаче по показаниям приборов (амперметра в цепи статора бурового двигателя и индикатора веса) периодически растормаживают барабан лебедки, что приводит к подаче долота. Ручным способом весьма трудно получить плавную и равномерную подачу долота. Эта задача решается применением автоматических регуляторов подачи долота.

При использовании автоматических регуляторов долото подается на забой автоматически в зависимости от параметров, характеризующих режим бурения, например, давления на забой или тока статора бурового двигателя.

В зависимости от места расположения автоматические регуляторы подачи долота бывают наземными или глубинными (погружными).

Наземные автоматические регуляторы подачи по конструктивному признаку силового узла разделяют на электромашинные, гидравлические и фрикционные. Если конструкция силового узла позволяет только опускать КБТ с различной скоростью, то такие автоматические регуляторы называют пассивными. Если же имеется возможность не только опускать, но и поднимать КБТ, то такие регуляторы называют активными.

Электромашинные регуляторы подачи долота активного типа РПДЭ-7, РПДЭ-8, заменившие выпускаемые ранее с электроприводом по системе Г -- Д регуляторы подачи долота типа РПДЭ-3, предназначены для поддержания режимов бурения скважин при турбинном и роторном бурении. Они входят в комплект серийных буровых установок последних выпусков (РПДЭ-7 для морских буровых установок). Регуляторы обеспечивают режим поддержания заданного значения нагрузки на долото (веса инструмента на крюке), т.е. основной режим, и режим поддержания заданного значения скорости подачи или подъема инструмента -- вспомогательный режим. Регуляторы подачи долота РПДЭ-7 и РПДЭ-8 оснащены электроприводом по системе ТП -- Д.

Объектом регулирования в автоматической системе подачи долота является буровой инструмент в соприкосновении с породой. Входной величиной для объекта регулирования служит скорость подачи, а выходной (регулируемой величиной) -- нагрузка на долото.

В серийно выпускаемых регуляторах подачи электромашинного типа использован способ поддержания нагрузки на долото путем формирования скорости подачи как величины, пропорциональной рассогласованию между текущим и заданным значением нагрузки. При этом нагрузка на долото является разностью между полным весом КБТ и усилием на крюке.

Функциональная схема регулятора подачи долота типа РПДЭ-8 изображена на рис. 1, а. В зависимости от грузоподъемности спускоподъемного агрегата буровой установки могут применяться два исполнения измерительного узла датчика веса -- упругое кольцо растяжения или чашечная мембрана. Диапазон измерения усилия на крюке 0 -- 4000 кН, выходное напряжение датчика 0--10 В, погрешность измерения усилия на крюке ±1,5 %.

Разность между сигналом задания изв и сигналом UB, поступающим от датчика веса воздействует на регулятор РВ, выходной сигнал которого в свою очередь является сигналом заданного значения ЭДС (в установившемся режиме сигналом заданного значения скорости подачи долота) регулятора ЭДС РЭ.

Таким образом, изменение усилия на крюке при бурении приводит к изменению сигнала на выходе регулятора РВ, являющегося задающим сигналом для контура регулирования скорости подачи долота.

Система управления электроприводом состоит из двух контуров регулирования: внутренний контур регулирования тока включает в себя регулятор тока РТ, систему импульснофазового управления СИФУ, тиристорный преобразователь ТП и датчик тока ДТ; внешний контур регулирования ЭДС включает в себя регулятор ЭДС РЭ, контур регулирования тока и датчик ЭДС ДЭ. Сигнал, пропорциональный ЭДС двигателя, получают как разность сигналов датчиков напряжения ДН и тока ДТ.

Система автоматического регулирования нагрузки на долото работает по принципу отклонения. Отклонение нагрузки от заданного значения через систему управления электропривода изменяет скорость подачи долота и восстанавливает нагрузку на долото до заданного значения.

Реверсирование электродвигателя М производится переключателем SA, с помощью которого изменяется полярность на зажимах обмотки возбуждения LM. Стабилизация тока возбуждения осуществляется регулятором тока РТВ, который через систему импульсно-фазового управления СИФУ воздействует на тиристорный возбудитель ТВ. На вход регулятора РТВ поступает разность сигналов заданного тока возбуждения изтв и от датчика тока возбуждения ДТВ.

Для защиты электрических цепей от короткого замыкания используются автоматические выключатели QF.

В режиме динамического торможения якорь двигателя с помощью тиристора VS подключается на сопротивление R.

Рисунок 1. Функциональная схема автоматического регулятора подачи долота

1 -- бурильный инструмент; 2 -- талевый канат; 3 -- датчик веса; 4 -- буровая вышка; 5 -- барабан лебедки; 6 -- передаточный механизм; 7 -- редуктор; 8 -- электродвигатель (М); U_m, U_x, U.^t/_3TB -- сигналы соответственно задания веса, скорости, тока якоря, тока возбуждения

К основным параметрам электропривода РПДЭ относятся установленная мощность привода и максимальная частота вращения, соответствующая максимальной скорости подачи КБТ -- 80 -- 90 м/ч. Совмещение функций регулятора подачи и аварийного привода, рассчитанного на подъем КБТ максимального веса со скоростью, достаточной для предотвращения осложнений в стволе скважины, приводит к тому, что параметры электропривода регулятора подачи долота выбираются не по основному, а по аварийному режиму.

Исследованиями установлено, что применение автоматических регуляторов подачи долота позволяет в результате поддержания постоянства заданной нагрузки на долото в режиме бурения увеличить стойкость долот на 6 % и механическую скорость бурения на 10 %. Кроме того, в результате автоматического управления и облегчения труда бурильщика дополнительно увеличиваются стойкость долот на 9 %, а механическая скорость бурения на 8 %.

Применение автоматических регуляторов подачи долота следует считать целесообразным на буровых установках всех типов и классов, поскольку они при относительно небольшой мощности и стоимости повышают производительность основного технологического процесса -- механического бурения.

бурение автоматический регулятор долото

Литература

1. Белоусенко И.В., Шварц Г.Р., Великий С.Н., Ершов М.С., Яризов А.Д. Новые технологии и современное оборудование в электроэнергетике газовой промышленности. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. - 300 с.: ил. ISBN 5-8365-0110-6.

2. Будников В.Ф., Булатов А.И., Петерсон А.Я., Шаманов С.А. Контроль и пути улучшения технического состояния скважин. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001. - 305с.: ил. ISBN 5-8365-0086-Х.

3. Булатов А.И., Демихов В. И., Макаренко П.П. Контроль процессов бурения нефтяных и газовых скважин. - М.: ОАО «Издательство «Недра», 1998 - 345с.: ил. ISBN 5-247-03808-8.

Размещено на Allbest.ru