По подачей долота понимают последовательное опускание иерхней точки 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 разбури - нания 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, нагрузка на забой уменьшается, что при - нодит к уменьшению скорости бурения.

При ручной подаче по показаниям приборов (амперметра н 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 па 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 электро - машинные, 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 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 электрома - шинного 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 РПДЭ-8 показана на рис. 6.9, а.

Регулятор включает в себя датчик усилия на крюке J, из­мерительный узел которого располагается на неподвижном конце талевого каната 2. В зависимости от грузоподъемности спускоподъемного агрегата буровой установки могут приме­няться два исполнения измерительного узла датчика: 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 [/З. в и сигналом С/в, по­ступающим от датчика усилия на крюке, воздействует на ре­гулятор усилия РВ, выходной сигнал которого в свою очередь

Рис. 6.9. Функциональная схема автоматического регулятора по­дачи долота (а) н механические характеристики электропривода (б):

б

1 — бурильный инструмент; 2 — талевый канат; 3 — датчик веса; 4 — буровая вышка; 5 — барабан лебедки; 6 — передаточный ме­ханизм; 7 — редуктор; 8 — элек­тродвигатель (М); t/з. в, i/3.c, {Дт, СЛ. т.в ~ сигналы соответственно задания веса, скорости, тока яко­ря, тока возбуждения; t/„ —

напряжение датчика веса КБТ; РВ, РТ, РТВ, РЭ — регуляторы соответственно веса, тока, тока возбуждения, ЭДС; ДЭ, ДТ, ДН, ДТВ — датчики соответственно ЭДС, тока, напряжения и тока возбуждения, СИФУ — система импульсно-фазового управления; ТП — тиристорный преобразова­тель; ТВ — тиристорный возбуди­тель; QF — автоматические вы­ключатели; SA — переключатель; R — разрядное сопротивление; VS — тиристор динамического торможения; LM — обмотка воз­буждения двигателя

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 РВ, являющегося задающим сигналом для контура регулирования скорости по­дачи долота.

Система управления электропривода 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 датчика 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 электродвигателей 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 [/З. т.в и от датчика тока возбуждения ДТВ.

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

В системе управления предусмотрены также следующие виды защит:

защита тиристорного преобразователя от коммутационных перенапряжений;

быстродействующая защита от аварийных перегрузок по току;

защита от превышения максимально допустимой скорости приводного электродвигателя;

защита от перегрузки талевой системы буровой установки с помощью регулируемой системы ограничения стопорного тока электродвигателя.

Основные технические требования к электроприводу типа РПДЭ:

режим работы длительный с относительно спокойной на­грузкой;

пусковой момент должен быть достаточным для создания требуемого максимального усилия на крюке;

диапазон регулирования скорости от нуля до номинально­го значения,

регулирование скорости в режиме постоянного момента;

электропривод реверсивный;

етатизм механической характеристики не более 5 — 10 % от номинальной скорости.

К основным параметрам электропривода типа 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.

Кроме того, электропривод регулятора подачи долота ис­пользуется для подъема и кратковременного приложения максимальной нагрузки при монтаже и испытании буровой вышки.

На буровых установках в зависимости от максимальной грузоподъемности используются приводные электродвигатели РПДЭ мощностью 55, 75 и 90 кВт с номинальной частотой вращения 1000—1180 мин-1.

Основным оборудованием РПДЭ являются электродвига­тель и комплектное устройство управления (шкаф с силовым ТП и системой управления). Для дистанционного управления регулятором подачи долота используется аппаратура, распо­ложенная на пульте бурильщика.

Механические характеристики РПДЭ показаны на рис. 6.9,

б. Они характеризуют зависимость скорости подачи vn (знак плюс соответствует подъему, минус — спуску КБТ) от мо­мента сопротивления на валу двигателя Мс. Принципиальной особенностью данной системы привода является то, что за счет действия КБТ знак статического момента на валу элек­тродвигателя остается неизменным при подъеме и спуске КБТ. При подъеме КБТ электропривод работает в двига­тельном режиме (квадрант 1), а при спуске в режиме рекупе­рации (квадрант 4). Направление скорости в этих двух квад­рантах различно, полярность напряжения в якорной цепи тоже различна, а направление тока якоря остается неизмен­ным. Такая особенность характерна для электроприводов грузоподъемных механизмов — так называемых «систем привода с протягивающим грузом». С учетом этого фактора силовая часть тиристорного преобразователя выполняется по наиболее простой нереверсивной схеме. Система электро­привода регулятора подачи долота РПДЭ обеспечивает регу­лирование скорости в требуемом диапазоне при всех рабочих нагрузках.

Технические характеристики спускоподъемного агрегата буровой установки БУ-3900/225-ЭПК БМ с регулятором подачи долота

Расчетная глубина бурения, м.................................................... 3900

Максимальная грузоподъемность, кН......................................... 2250

Номинальная грузоподъемность, кН........................................... 1350

Вес крюка, кН......................................................................... 63

Максимальный вес обсадной колонны, кН.................................. 2025

Оснастка талевой системы......................................................... 5x6

Передаточное отношение талевой системы................................... 10

Тип лебедки............................................................................ ЛБУ3900

Расчетный диаметр барабана, мм................................................ 642

Передаточное отношение лебедки:

высшей передачи................................................................. 2,586

низшей передачи.................................................................. 4,952

КПД талевой системы............................................................... 0,878

Передаточное отношение механических передач от

электродвигателя РПДЭ к барабану........................................... 161

КПД механической передачи от электродвигателя

РПДЭ до барабана................................................................... 0,813

Тип двигателя.......................................................................... МПБ-65-1000-УХЛЗ

Номинальная мощность, кВт..................................................... 65

Частота вращения, об/мин......................................................... 1000

Номинальное напряжение, В..................................................... 440

Номинальный ток, А................................................................ 160

Номинальный ток возбуждения, А............................................. 15,7

Номинальный КПД.................................................................. 90,5

Опыт эксплуатации регуляторов подачи долота типа РПДЭ показал, что используемый в них способ регулирования дает удовлетворительные результаты при проходке относительно мягких однородных пород. При бурении твердых и неодно­родных пород из-за наличия сложной динамической зависи­мости между нагрузкой на долото и механической скоростью подачи верхнего конца КБТ в системе управления могут воз­никать автоколебательные процессы. Кроме того, использо­вание специального датчика веса на неподвижном конце та­левого каната снижает надежность работы электропривода, обусловливает невысокую точность измерений и создает экс­плуатационные неудобства из-за необходимости снятия дат­чика при замене каната с последующей тарировкой измери­тельных устройств.

Совершенствование способа формирования задающего воздействия регулирования осевой нагрузки на долото в про­цессе бурения и управления этим процессом применительно к электромашинным регуляторам может идти в направлении отказа от использования датчика веса и косвенной оценке регулируемого параметра по значению тока якоря исполни­тельного двигателя и математической модели процесса, а также создания прогнозирующих регуляторов. Техническая реализация таких регуляторов связана с использованием средств вычислительной техники.

Весьма перспективным для привода регулятора подачи до­лота является электропривод по системе ПЧ—АД с микро­процессорным управлением. Преимущества данной системы электропривода по сравнению с ТП—Д заключаются в сле­дующем:

в связи с сокращением на 40 — 50 % габаритов и массы электрооборудования уменьшается занимаемая площадь и улучшается компоновка оборудования буровой установки:

повышается примерно в 1,5 раза срок службы электрообо­рудования и сокращаются эксплуатационные расходы;

упрощается эксплуатация за счет применения средств са­модиагностики и применения бесконтактной аппаратуры, не требующей постоянного ухода;

повышается качество управления за счет реализации пре­имуществ цифровых систем управления, которые позволяют:

— обеспечить требуемый момент электродвигателя при нулевой скорости вращения;

— достичь предельные показатели в регулировании мо­мента и частоты вращения, причем в большинстве случаев без внешней обратной связи (датчика веса, являющегося не­точным и малонадежным элементов системы);

— обеспечить возможность сопряжения с системой авто­матизации верхнего уровня и др.

Исследованиями установлено, что применение автоматиче­ских регуляторов подачи долота позволяет в результате под­держания постоянства заданной нагрузки на долото в режиме бурения увеличить стойкость долот на б % 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.