IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

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.

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.

Код для цитирования: Скопировать