Назначение, устройство и область применения магнитных усилителей

5. Системы телемеханики. Во всех системах автоматики расстояния между объектом регулирования и пунктом размещения управляющего органа сравнительно невелики. Если же эти расстояния превышают несколько сот метров и для передачи сигналов от датчиков к органам управления и от органов управления к исполнительным органам требуются специальные передающие и приемные устройства и каналы связи, то системы автоматики преобразуются в системы телемеханики.

 

5. Принципиальная блок-схема автоматического управления процессом бурения.

Автоматизация буровой установки  предполагает автоматизацию двух основных процессов при сооружении скважин: процесса бурения и процесса спуско-подъемных операций (СПО). При автоматизации этих двух основных процессов буровую установку можно назвать комплексно автоматизированной. Комплексно-автоматизированная буровая установка включает и сложные автоматические системы, и простые, работа которых заранее может быть запрограммирована в пространстве и во времени.

Рис. 4.1. Блок-схема  ручного регулирования осевой нагрузки при подаче с лебедки: ОП - оператор (бурильщик); Л - лебедка (ТК - тормозные колодки, БЛ - барабан лебедки); ТС - талевая система; БВ - буровой вал; ДЗ - звено «долото - забой»; ГИВ-6 - гидравлический индикатор веса (ТД - трансформатор давления, ИП - измерительный прибор - основной указатель)

Рассмотрим схему ручного  управления осевой нагрузкой при  подаче инструмента с лебедки (рис. 4.1), а затем «переконструируем» ее на автоматическое управление и посмотрим, что это влечет за собой.

Большинство систем автоматизации  процесса бурения работают в функции  осевой нагрузки, т. к. осевая нагрузка, как режимный параметр, во многом определяет успех бурения.

Управление осевой нагрузкой  при подаче инструмента с лебедки  производится путем перемещения  его верхнего конца (верха буровой  колонны).

Бурильщик, наблюдая за показаниями  прибора р, при отклонении нагрузки G_oc от заданного значения G_ос.зад перемещает на величину s рукоятку управления тормозом лебедки, тем самым изменяет усилие f тормозных колодок ТК на шкив барабана буровой лебедки БЛ; при этом с соответствующей скоростью приспускается верх бурового вала на величину / (1_Л - сматывание каната с барабана лебедки, /_КР - перемещение крюка талевой системы, /_н - перемещение низа БВ при бурении, т. е. углубка), и изменяется нагрузка на породоразрушающий инструмент G_oc (F_Л - усилие в ходовой ветви ТС, сматываемой с барабана лебедки; G_KP - усилие на крюк талевой системы, G_oc), т. е. при уменьшении тормозного усилия f увеличиваются скорость подачи верха колонны V_B и нагрузка на ПРИ, при увеличении тормозного усилия - скорость подачи и нагрузка уменьшаются. В установившемся режиме скорость подачи верха колонны V_B равна скорости подачи низа колонны V_H, т. е. и механической скорости бурения V_M.

Таким образом, роль бурильщика сводится к перемещению s рукоятки управления тормозом лебедки в функции изменения показаний прибора φ, т. е. и нагрузки G_oc на ПРИ в соответствии с выражением

∆s = k∆Goc,    (4.1)

где ∆G_oc - отклонение осевой нагрузки от заданного значения; к - коэффициент пропорциональности, показывающий, какое перемещение бурового инструмента приходится на единицу отклонения нагрузки.

Рис. 4.2. Структурная  схема автоматического регулятора

осевой нагрузки при подаче с лебедки:

3 – задатчик; У – усилитель; ИМ – исполнительный механизм;

γ_ос – звено обратной связи

Для перехода на автоматическое управление с реализацией формулы (4.1) необходимо в схеме предусмотреть вместо бурильщика исполнительный механизм ИМ, воздействующий на тормоз лебедки. Естественно, потребуется введение и других узлов: задатчика, узла сравнения, усилителя и др. (рис. 4.2).

Как первый пример, так и  второй - обе системы замкнутые, с  обратной связью. Но в первом случае обратную связь осуществляет бурильщик, зрительно наблюдая за показаниями прибора. Во втором случае эту функцию выполняет звено обратной связи γ_ос, в качестве которого может быть применен любой датчик с электрическим выходным сигналом U_ОС (суммируются сигналы одной размерности). И в первом, и во втором случаях речь идет о стабилизаторе осевой нагрузки. При смене горных пород необходимо для задания и стабилизации новой осевой нагрузки изменять задающее воздействие.

 

6. Назначение и устройство кабельной телеметрической системы

«Пилот-БП26-01»

Кабельная телеметрическая  система для управления бурением скважины по заданной траектории типа «Пилот-БП26-01» предназначена для работы со стандартным одножильным геофизическим кабелем типа КГ1х0,35-10-130 при длине не более 4000 м (или другим кабелем с аналогичными параметрами) [16].

Условия работы для скважинной части: давление до 60 МПа; температура в зависимости от варианта исполнения — до +85 °С и до +125 °С.

Условия работы для наземной части: температура окружающего  воздуха — от 0 до +40 °С при относительной влажности до 98 % (при температуре + 35 °С); атмосферное давление — 100±4 кПа (750+30 мм рт. ст.); напряжение питания в зависимости от варианта поставки — а) от автомобильной бортовой сети — 11—13,8 В при токе нагрузки до 7 А; б) от промышленной однофазной сети — 50 Гц (220+22) В.

Телеметрическая система  обеспечивает:

измерение угловых параметров траектории скважин;

измерение температуры;

измерение уровня вибраций;

определение угла установки  отклонителя;

расчет траектории скважины и выдачу прогнозов по траектории скважины.

Техническая характеристика телеметрической системы типа

«Пилот-БП26-01»

Габаритные размеры забойного  модуля в сборе, мм:

длина.......................................................................................................................... 1500

диаметр наружный ............................................................................................... 36

Измеряемые параметры, градус:

азимут..................................................................................................................... 0 - 360

зенитный угол......................................................................................................... 0 — 95

положение отклонителя........................................................................................ 0—180

ускорение по продольной и  поперечной осям, м/с...................................... +500

Погрешности измеряемых параметров, градус:

азимута магнитного............................................................................................... +1,5

зенитного угла......................................................................................................... +0,15

угла установки отклонителя................................................................................ +1,0

температуры............................................................................................................ +2,0

механических ускорений..................................................................................... +10 %

Температура, °С:

для забойной части................................................................................................ +120

для наземной части................................................................................................ +50

Определение тока утечки кабеля от номинального потребляемого тока, в том числе из-за повреждения  изоляции кабеля — до 30 %.

Система характеризуется  применением новейших малогабаритных датчиков на основе феррозондов и  акселерометров, что резко повышает их моторесурс по сравнению с датчиками телесистем типов СТТ-108 и СТТ-172.

Телесистема типа «Пилот» (рис. 6.1) имеет ряд преимуществ по сравнению с другими типами кабельных телесистем, используемых при бурении направленных скважин:

- точность измерений по углу установки отклонителя и азимуту составляет 1,5°, по зенитному углу — 0,15°; меньшая погрешность измерения параметров позволяет более точно соблюдать проектный профиль скважины;

- требуется меньшее число спуско-подъемных операций, поскольку забойная часть является извлекаемой;

- высокая надежность подземной части, выполненной на элементной базе SMD-технологии, ведет к уменьшению простоев;

- отсутствует сбросная муфта с электрическим контактом, что повышает надежность телесистемы;

- замеры параметров кривизны скважины можно проводить во время спуска телесистемы (т.е. действует как многоточечный инклинометр);

- с телесистемой может использоваться самый простой персональный компьютер (от 286);

- транспортировка телесистемы на забой на геофизическом кабеле позволяет оперативно (30—40 мин) произвести замену глубинного электронного блока;

- электрические параметры наземного блока позволяют работать с геофизическим кабелем любого типа;

- прибор весьма удобен для транспортировки, благодаря малым габаритам (D = 32 мм, I = 1500 мм) и небольшой массе (до 10 кг).

В период пробной эксплуатации телесистема «Пилот» была доработана с целью повышения эффективности работы в следующих направлениях:

- снижения опасности «задавливания» блока телесистемы со стороны геофизической части за счет использования в верхней стыковочной части узла герметизации;

- использования сменной нижней и верхней частей, позволяющих применять телесистему как в трубах с внутренним диаметром 54 мм без центраторов, так и в трубах с большим внутренним диаметром (72 мм и более) с центраторами.

Телесистема может использоваться как с геофизическим подъемником, так и со специальной малогабаритной лебедкой, что существенно сокращает эксплуатационные расходы.

Для повышения технологичности  и безопасности применения телесистемы необходимо создание устройства для ввода кабеля с каналом связи внутрь бурильной колонны через вертлюг вместо кабельного переводника.

Опыт эксплуатации телесистемы «Пилот» и типов СТТ при строительстве направленных скважин на Оренбургском ГКМ показал [16] более высокую надежность новой телесистемы — не зарегистрировано ни одного отказа.

Средняя безотказная наработка  двух телесистем только за 9 мес. 2001 г. составила 150 ч, что существенно выше, чем по телесистемам типа СТТ. Кроме того, на 75 % сократились затраты времени на техническое обслуживание телесистемы — 0,5 и 2 смены соответственно.

 

 

Рис. 6.1. Схема устройства кабельной телеметрической системы  типа

«Пилот-БП26-01»:

1 — переводник верхний; 2 — переводник средний; 3 —центратор;               4 — корпус телесистемы; 5 — переводник нижний

Изготовитель: ГНПП « Пилот» (г. Уфа).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. В. Г. Храменков Автоматизация технологических процессов при бурении скважин.
2. Абубакиров В.Ф., Буримов Ю.Г., Гноевых А.Н., Межлумов А.О., Близнюков В.Ю. Буровое оборудование: Справочник: в 2-х т. Т. 2. Буровой инструмент.
3. В.М. Овчаренко, И.А. Брацлавский Основы автоматизации производства и контрольно измерительные приборы.
4. В.И. Демихов Средства измерения параметров бурения скважин
5. В.Г. Храменков Автоматизация управления технологическими процессами бурения нефтегазовых скважин. Издательство Томского политехнического университета 2012.