SU760130A1 - Device for simulating automatic drilling plant - Google Patents
Device for simulating automatic drilling plant Download PDFInfo
- Publication number
- SU760130A1 SU760130A1 SU782595774A SU2595774A SU760130A1 SU 760130 A1 SU760130 A1 SU 760130A1 SU 782595774 A SU782595774 A SU 782595774A SU 2595774 A SU2595774 A SU 2595774A SU 760130 A1 SU760130 A1 SU 760130A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- node
- input
- output
- modeling
- switch
- Prior art date
Links
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Description
Изобретение относится к устройст вам для моделирования промышленныхThe invention relates to a device for modeling industrial
процессов и машин, а именно к устройствам для электрического моделирования автоматизированных буровых ус- 3 тановок.processes and machines, namely, devices for electrical modeling of automated drilling rigs; 3 installations.
Под автоматизированной буровой установкой подразумевается буровая ус- ίο тановка, имеющая системы автоматического регулирования (САР) заданных параметров режима бурения (САР осевой нагрузки на долото — автомат подачи долота, САР скорости вращения ротора и САР скорости вращения привода буровых насосов — числа двойных ходов в минуту поршня), а также датчики процессов, происходящих в буровой установке и скважине ( веса бурового инструмента на крюке, осевой нагрузки на долото, скорости вращения ротора, скорости вращения привода буровых насосов, давления и расхода промывочной жидкости на выкиде буровых насо- 25 сов, крутящего момента на верхнем конце бурильной колонны — на роторе, подачи бурового инструмента, момента, развиваемого турбобуром и скорос ти его вращения·.By an automated drilling rig is meant a drilling rig — a rig that has automatic control systems (SAR) of specified parameters of the drilling mode (SAR axial load on the bit - automatic bit feeding, SAR rotor speed and SAR rotation speed of the drive of drilling pumps - the number of double strokes per minute piston), as well as sensors of processes occurring in the drilling rig and well (the weight of the drilling tool on the hook, the axial load on the bit, the speed of rotation of the rotor, the speed of rotation of the drive of the drilling owls, pressure and flow of wash liquid to the drilling vykide naso- cos 25, torque on the upper end of the drill string - in the rotor, feeding the drilling tool, the torque developed turbodrill and its rotation rate of dt +.
22
Известно устройство, предназначенное для моделирования процессов, происходящих при бурении скважин [1] . Недостатком этого устройства является то, что оно позволяет моделировать процессы, происходящие только в циркуляционной системе (в системе промывки скважины).A device designed to simulate the processes occurring during drilling [1]. A disadvantage of this device is that it allows you to simulate the processes occurring only in the circulating system (in the system flushing wells).
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство [(2], в основу которого заложен принцип электрической аналогии, реальные процессы, происходящие в скважине и бурящей ее автоматизированной буровой установке (изменение характеристик промывочной жидкости, давление в бурильной колонне и затрубном пространстве, число ходов поршней буровых насосов, .работа всех основных датчиков й САР буровой установки как в режимах нормального бурения, так и в условиях возникновения осложнений и аварийных ситуаций), моделируются путем изменения соответствующих электрических параметров.Of the known devices, the closest in technical essence to the proposed is the device [(2], which is based on the principle of electrical analogy, the actual processes occurring in the well and drilling automated drilling rig (change of characteristics of the drilling fluid, pressure in the drill string and annulus) , the number of piston strokes of drilling pumps,. the work of all the main sensors of the SAR of the drilling rig, both in the modes of normal drilling and in the conditions of occurrence of complications and emergency ituatsy) are simulated by modifying the corresponding electrical parameters.
•Недостаток этого устройства в том что оно может моделировать процессы, происходящие только при роторном спо3• The disadvantage of this device is that it can simulate the processes that occur only when the rotor SP3
760130760130
4four
собе бурения скважин, в то время как свыше 50% всего бурения в наше'й стране осуществляется трубинным способом.well drilling, while over 50% of all drilling in our country is carried out using the pipe method.
Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства для моделирования автоматизированной буровой установки, а именно создание устройства, которое, кроме'моделирования процессов, происходящих при роторном способе бурения, позволяет также моделировать процессы, происходящие при турбинном способе бурения скважин.The purpose of the invention is to expand the functionality of the device for modeling an automated drilling rig, namely the creation of a device that, in addition to modeling the processes that occur during the rotary drilling method, also allows to simulate the processes that occur during the turbine drilling method.
Поставленная цель достигается тем, что в состав устройства, содержащего узлы моделирования динамики САР, задания глубины скважины, моделирования циркуляционной системы, моделирования крутящего момента на роторе, вычисления веса Да крюке, задания аварийных ситуаций, вычисления механической . скорости, моделирования износа вооружения' долота,.моделирования проходки и сопряжения с вычислительной машиной, введен узел моделирования турбобура. Входы этого узла соединены с узлами моделирования динамики САР, задания глубины скважины и моделирования циркуляционной системы, а выходы подключены ко входам узла сопряжения с вычислительной машиной, причем один иэ выходов подключен также к узлам вычисления механической скорости и моделирования износа вооружения долота. Этот узел в. совокупности с'вновь введенными связями между ним и известными узлами позволяет моделировать следующие зависимости, характерные для турбинного бурения:/зависимость момента, развиваемого турбобуром, от расхода промывочной жидкости и от скорости его вращения; зависимость числа оборотов, развиваемых турбобуром, от расхода промывочной жидкости'; зависимость механической скорости проходки от числа оборотов турбобура и осевой нагрузки на долото. С помощью такого устройства можно моделировать также сигналы датчиков автоматизированной буровой установки, характеризующие как процесс нормального (безаварийного) бурения, так и возникновение осложнений и аварий (перегрузка бурильной колонны крутящим моментом, заклинка шарощек долота, нарушение герметичности бурильной колонна обрыв или промыв). Возможно также моделирование осложнений при работе турбобура, в частности его перегрузке чрезмерной осевой нагрузкой на долото, что приводит к снижению оборотов турбобура и даже к его остановке.This goal is achieved by the fact that the composition of the device, which contains nodes for modeling the dynamics of the SAR, setting the depth of the well, modeling the circulation system, modeling the torque on the rotor, calculating the weight of the hook, setting the emergency situations, calculating the mechanical. speed, modeling of the wear of the armament of the chisel, modeling of penetration and interfacing with the computer, a turbodrill modeling unit was introduced. The inputs of this node are connected to nodes modeling the dynamics of the SAR, specifying the depth of the well and modeling the circulation system, and the outputs are connected to the inputs of the interface with the computer, with one of the outputs also connected to the nodes calculating the mechanical speed and modeling of bit wear. This node in. The combination of newly introduced connections between it and known nodes allows modeling the following dependences characteristic of turbine drilling: / dependence of the torque developed by the turbodrill on the flushing fluid flow rate and on the speed of its rotation; the dependence of the number of revolutions developed by the turbo-drill from the flow rate of the washing liquid '; the dependence of the mechanical speed of penetration on the number of revolutions of the turbodrill and the axial load on the bit. Using such a device, it is also possible to simulate sensor signals from an automated drilling rig, which characterize both the normal (trouble-free) drilling process and the occurrence of complications and accidents (overload of the drill string with a torque, jamming of the drill bits, loss of tightness of the drill string breakage or flushing). It is also possible to simulate complications during the operation of a turbo-drill, in particular, overloading it with excessive axial load on the bit, which leads to a decrease in the rotation of the turbo-drill and even to its stopping.
НА фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 функциональная схема, служащая для пояснения принципа работы узлов.FIG. 1 is a block diagram of the device according to the invention; FIG. 2 is a functional diagram that serves to explain the principle of operation of the nodes.
Узел 1 задания глубины скважины служит для формирования напряжения,The node 1 set the depth of the well is used to generate stress,
моделирующего значение глубины Н скважины. Узел 2 моделирования циркуляционной системы предназначен для формирования напряжений, моделирующих давление Р и расхода й промывочной жидкости навыкиде буровых насосов. Узел 3 моделирования динамики САР предусмотрен для моделирования инерционности реальных САР буровой установки. На этот узел поступают сигналы уставок - осевой нагрузки на долото Сду , скорости вращения ротора Νρ^ и скорости вращения электропривот да насосов Ν„η.3τη сигналы в режиме работы ЭВМ на реальную буровую установку воздействуют на местные исполнительные САР осевой нагрузки на долото (автомат подачи долота), САР скорости вращения ротора и САР скорости вращения привода буровых насосов. Причем на быстрые (например, скачкообразные) изменения сигналов 6Ду , Νρ^ и ΝΗ^ эти САР не могут реаги ровать мгновенно из-за большой инерционности (больших масс исполнительных электродвигателей, колонны бурильных труб и τ.п.). Эта инерционность реальны?: САР буровой установки моделируется в узле 3 с помощью электрических динамических звеньев, постоянные времени которых выбраны равными соответствующим постоянным времени реальных САР. Полученные на выходе узла 3 сигналы осевой нагрузки на долото Сд, скорости вращения ротора Νρ и скорости вращения электропривода насосов ΝΗ соответствуют сигналам реальных датчиков буровой установки. .simulating the value of the depth H of the well. Site 2 modeling of the circulation system is designed for the formation of stresses that simulate pressure P and flow rate of flushing fluid using drilling pumps. Site 3 modeling of the dynamics of the SAR is provided for modeling the inertia of the real SAR of the drilling rig. Setpoint signals are received at this node - axial load on the bit Sdu, rotor rotation speed Νρ ^ and rotation speed of electric drives and pumps Ν „ η .3τη signals in the computer mode of operation on the real drilling rig affect the local actuators ATS axial load on the bit (automatic feed bits), SAR speeds of rotation of the rotor and ATS speeds of rotation of the drive of drilling pumps. Moreover, these SARs cannot react instantly to the 6 D y, Νρ ^ and Ν Η ^ signals, due to the large inertia (large masses of actuating motors, drill pipe string, and τp). Is this inertia real ?: The SAR of the drilling rig is modeled in node 3 using electrical dynamic links, the time constants of which are chosen to be equal to the corresponding time constants of the real SAR. Received at the output of node 3, the signals of the axial load on the bit C d , the rotor rotation speed насосρ and the pump rotation speed Ν Η correspond to the signals of real sensors of the drilling rig. .
Узел 4 вычисления механической скорости служит для вычисления сигнала, моделирующего значение механической скорости проходки. Узел 5 моделирования износА вооружения долота Используется для вычисления сигнала, моделирующего процесс износа вооружения долота. Узел 6 моделирования крутящего момента на роторе предназна чей для формирования напряжения, моде пирующего значение крутящего момента на роторе Нр. Узел 7 вычисления веса на крюке предусмотрен для формирования напряжения, моделирующего вес бурильной колонны на крюке буровой установки Ск. Узел 8 задания аварийных ситуаций служит для формирования возмущающих воздействий, моделирующих возникновение аварийных ситуаций, узел 9 моделирования турбобура — для формирования напряжений, моделирующий значение крутящего момента на валу турбобура Мт и скорости вращения турбобура Ντ. Узел 10 моделирования проходки служит для формирования напряжения, моделирующего сигнал проходки К. Узел 11 сопряжения с ЭВМ используется для. согласования устройства и каналов связи с ЭВМ.Node 4 calculate the mechanical speed is used to calculate the signal that simulates the value of the mechanical rate of penetration. Node 5 Simulation of Wearing A Bit Armament Used to calculate a signal that simulates a bit’s weapon wear process. The node 6 modeling the torque on the rotor is designed to generate a voltage that modulates the value of the torque on the rotor H p . Node 7 for calculating the weight on the hook is provided for generating a voltage that simulates the weight of the drill string on the hook of the drilling rig C to . Node 8 is the emergency task for generating disturbances simulating the appearance emergencies turbodrill simulation unit 9 - for generating strains simulating the torque on the shaft turbodrill M m and the speed of rotation of the turbodrill Ν τ. Node 10 simulation of penetration is used to generate a voltage that simulates the signal penetration K. Node 11 interface with a computer is used for. coordination of the device and communication channels with a computer.
5 75 7
Узел 1 задания глубины скважины выходом связан с первыми входами узла 2 моделирования циркуляционной системы, узла 4 вычисления механической скорости, узла 6 моделирования крутящего момента на роторе, узла 7 вычисления веса на крюке, узлаNode 1 set the depth of the well output connected with the first inputs of the node 2 modeling of the circulating system, node 4 calculate the mechanical speed, node 6 modeling of torque on the rotor, node 7 calculate the weight on the hook node
9 моделирования турбобура и узла 11 сопряжения с ЭВМ. Узел 3 моделирования динамики САР, вход которого подключен к узлу 11, сопряжения с ЭВМ, выходом связан с первым входом узла9 simulation of a turbodrill and computer interface 11. Node 3 modeling the dynamics of the SAR, the input of which is connected to the node 11, interface with a computer, the output is connected with the first input of the node
5 моделирования износа вооружения долота и со -вторыми входами узла 2 моделирования циркуляционной системы, узла 4 вычисления механической скорости, узла 6 моделирования крутяще' го момента на роторе, узла 7 вычисления веса на крюке, узла 9 моделирования турбобура и узла 11 сопряжения с ЭВМ. Узел 8 задания аварийных ситуаций выходом связан с третьими входами узла 2 моделирования циркуляционной системы, узла б моделирования крутящего момента на роторе узла 7 вычисления веса на крюке и четвертым входом узла 9 моделирования турбобура. Узел 2 моделирования цир куляционной системы выходом соединен с третьими входами узла 4 вычисления механической скорости, узла 9 моделирования турбобура и узла 11 сопряжения с ЭВМ. Узел 4 вычисления механической скорости выходом'связан со вторым входом узла 10 моделирования проходки, с первым входом которого соединен выход узла 5 моделирования износа вооружения долота. Выход узла5 simulations of bit wear and with the second inputs of the circulation system simulation unit 2, the mechanical speed calculation unit 4, the rotor torque modeling unit 6 on the rotor, the hook weight calculation unit 7, the turbo-drill simulation unit 9, and the computer interface unit 11. Node 8 for setting emergencies is connected with the third inputs of node 2 for modeling a circulation system, node b for modeling torque on the rotor of node 7 for calculating the weight on the hook and fourth input for node 9 for modeling a turbodrill. The output 2 of the simulation of the circulating system is connected to the output of the third inputs of the mechanical speed calculation unit 4, the turbodrill simulation node 9 and the computer interface 11. Node 4 calculating the mechanical speed of the output is associated with the second input of the node 10 simulation of penetration, the first input of which is connected to the output node 5 modeling the wear of the armament of the bit. Node output
10 моделирования проходки связан с шесть»? входом, узла 11 сопряжения10 simulation of driving is associated with six "? the entrance node 11 mates
с ЭВМ, четвертый вход которого соединен с выходом узла 6 моделирования крутящего момента на роторе, а пятый вход — с выходом узла '7 вычисления веса на крюке. Первый выход узла 9 моделирования турбобура связан со вторым входом узла 5 моделирования износа вооружения долота, с четвертым входом узла 4 вычисления механической скорости и с седьмым входом узла 11 сопряжения с ЭВМ, восьмой вход которого соединен со вторым выходом узла 9 моделирования турбобура.with the computer, the fourth input of which is connected to the output of the node 6 modeling the torque on the rotor, and the fifth input - to the output of the node 7 calculating the weight on the hook. The first output of the turbodrill simulation node 9 is connected with the second input of the bit wear simulation assembly 5, with the fourth input of the mechanical speed calculating node 4 and with the seventh input of the computer interface 11, the eighth input of which is connected to the second turbodrill simulation node 9.
Предлагаемое устройство работает следующим образом (см. фиг. 1).The proposed device works as follows (see Fig. 1).
Сигналы уставок САу , Иру и через узел 11 сопряжения с ЭВМ поступают на узел 3 моделирования динамики САР. Полученные на выходе узла 3 сигналы Сд, Νρ и ΝΗ через узел 11 поступают в ЭВМ и соответствуют сигналам реальных датчиков буровой установки.The signals of the settings With And y, Iru and through the node 11 mates with a computer come to the node 3 modeling of the dynamics of the SAR. Received at the output of node 3, the signals C d , Ν ρ and 3 Η through the node 11 enter the computer and correspond to the signals of real sensors of the drilling rig.
Изменение управляющих сигналовChange control signals
СДу , Νρ^ и ΝΗ;) должно вызывать изменение веса инструмента на крюке Ск,C D y, Νρ ^ and Ν Η;) should cause a change in the weight of the tool on the hook C to ,
давления Р и расхода 0. промывочнойpressure P and flow rate 0. flushing
жидкости на выкиде. насосов, крутящегоliquids on discharge. pump torque
30 ό30 ό
момента мр на роторе (на верхнем конце бурильной колонны), скорости проходки, крутящего момента Мт и скорости вращения Ντ турбобура.m p torque on the rotor (at the upper end of the drill string), ROP, torque T M and the rotational speed Ν τ turbodrill.
\ Сигнал Сд с выхода узла 3 подается на вход узла 7 вычисления веса на крюке, в котором вычитается из сигнала веса инструмента, вырабатываемого из сигнала глубины скважины нThe signal Cd from the output of the node 3 is fed to the input of the node 7 to calculate the weight on the hook, in which it is subtracted from the signal of the weight of the tool produced from the signal of the depth of the well n
Ск = с„ - СА = К, · Н - Сд, (1)С к = с „- С А = К, · Н - Сд, (1)
где К, — коэффициент пропорциональности.where K, is the coefficient of proportionality.
На третьем (нижнем на фиг. 1) входе' узла 7 в нормальном (безаварийном) режиме сигнал равен нулю. Полученный на выходе узла 7 сигнал Ск поступает на вход ЭВМ вместо сигнала датчика веса ка крюке реальной буровой установки.At the third (bottom in Fig. 1) input 'of node 7 in the normal (trouble-free) mode, the signal is zero. Obtained on the output node 7 to the signal C is input to the computer instead of the weight sensor ka hook real rig.
Сигнал ΝΗ скорости вращения привода буровых насосов с выхода узла '3 поступает на узел 2 моделирования циркуляционной системы, на другом входе которого имеется сигнал Н глубины скважины, сформированный в узле 1. На входе узла 2, связанном с узлом 8 задания аварийных ситуаций, в нормальном режиме работы сигнал равен нулю. На выходе узла 2 моделирования циркуляционной системы получаются сигналы 0. и Р как функции аргументов ΝΗ и НThe signal Ν Η of the rotational speed of the drive of the drilling pumps from the output of the node 3 enters the node 2 of the simulation of the circulation system, at the other input of which there is a signal H of the depth of the well formed in the node 1. At the entrance of the node 2 connected to the node 8 of the emergency task The normal operation mode of the signal is zero. At the output of node 2 of the simulation of the circulation system, the signals 0. and P are obtained as functions of the arguments Ν Η and H
.. . . α =_Ц_2!л , (2).. . α = _Ц_2! л, ( 2 )
р = ч · Н · (3)p = h · N · (3)
где Кг и — коэффициент пропорциональности.where K g and - coefficient of proportionality.
Уравнения (ϊ) — (3) справедливы как для роторного, так и дЛя турбинного способов бурения.Equations (ϊ) - (3) are valid for both rotary and turbine drilling methods.
Сигналы ζ и Р через узел 11 поступают на вход ЭВМ вместо сигналов датчиков расхода промывочной жидкости и давления на выкиде насосов реальной буровой установки.The signals ζ and P through the node 11 are fed to the input of the computer instead of the signals of the sensors of the flow rate of flushing fluid and pressure at the discharge of the pumps of the real drilling rig.
Зависимости (2) и (3) моделируют объективные связй расхода 0. и давления Р циркуляционной системы реальной буровой установки: при увеличении скорости ΝΗ привода насосов вследствие возрастания производительности последних пропорционально возрастают !} и Р; при увеличении глубины скважины Н гидравлическое сопротивление скважины возрастает и возник..ет необходимость перехода на поршневую систему (втулки) насосов меньшего диаметра, чём достигается увеличение давления Р до требуемой величины при одновременном уменьшении расхода () и произведении Ц· Р = сопаг.Dependencies (2) and (3) model the objective relations of the flow rate 0. and the pressure P of the circulation system of the real drilling rig: with an increase in the pump drive speed Ν вследствие due to the increase in the performance of the latter, proportionally increase!} And P; when the well depth H is increased, the hydraulic resistance of the well increases and there is a need to switch to a piston system (bushings) of pumps of smaller diameter, which results in an increase in pressure P to the required value while reducing the flow rate () and producing C · P = coagulum.
Сигналы СА и Νρ с выхода узла 3 поступают на узел б моделирования крутящего момента на роторе, на первом входе которого присутствует сигнал глубины К с выхода узла 1. На третьем входе узла 6, связанном с уз760130Signals C A and Ν ρ from the output of node 3 arrive at node b of the torque simulation on the rotor, at the first input of which there is a signal of depth K from the output of node 1. At the third input of node 6 connected to nodes 760130
лом 8, в нормальном (безаварийном) режиме сигнал равен нулю. Выходной сигнал узла 6scrap 8, in the normal (trouble-free) mode, the signal is zero. Node 6 output
И,AND,
· СА- (Н-Νρ) .· C A- (H-Νρ).
(4).(four).
где К,— коэффициент пропорциональности.where K, is the coefficient of proportionality.
Уравнение (4) моделирует зависимость крутящего момента на роторе (на верхнем конце бурильной колонны) от осевой нагрузки на долото Сд, глу-; бины скважины Н и числа оборотов ротора Νρ. В уравнении (4) первый член представляет собой момент на долоте, необходимый для породораэрушения, а второй — момент холостого хода (момент трения бурильных труб о стенки скважины'плюс момент трогания бурильной колонны с места).Equation (4) models the dependence of the torque on the rotor (at the upper end of the drill string) on the axial load on the bit C d , deep; bins of the well H and the rotor speed Ν ρ . In equation (4), the first term is the moment on the bit, which is necessary for rock erosion, and the second is the idling moment (the moment of friction of the drill pipes on the borehole walls, plus the moment when the drill string starts moving).
В уравнении (4) знак плюс соответствует роторному способу бурения, а знак минус — Турбинному (так как ' ' в последнем случае колонну бурильных труб стремится вращать сама турбина, · а момент холостого хода препятствует . этому, прй этой величина Νρ соответствует так Называемому прокручиванию бурильной колонны на малых оборотах - с целью предотвращения ее "залипания" о стенки скважины). Тот или иной знак задается с узла б.In equation (4), the plus sign corresponds to the rotor method of drilling, and the minus sign to the turbine one (since, in the latter case, the drill string tends to be rotated by the turbine itself, and the idling moment impedes this, so this value ρ corresponds to the Named scrolling the drillstring at low revs - in order to prevent it from sticking to the borehole walls). One or another sign is given from the node b.
Сигналы и ΝΗ с выхода "узла 3,Signals and Ν Η from the output of node 3,
И с выхода узла 1 и б с выхода узла 2 поступают На узел 9 моделирования турбобура, который вырабатывает сиг- . налы, соответствующие вращающему моменту ΜΎ турбобура и скорости враще- < ния М, его вала.And from the output of node 1 and b from the output of node 2 arrive at node 9 of the simulation of a turbo-drill, which produces a sig-. The rolls correspond to the torque Μ Ύ of the turbodrill and the rotational speed M of its shaft.
Работа реального турбобура характеризуется следующими соотношениями. Крутящий момент Мт, развиваемый турбобуром, й скорость вращения Нт его вала:свйзанЫ между собой линейной зависимостью с отрицательным коэффициентом: чем меньше момент мт, тем больше скорость вращения Ντ и наоборот. При скорости вращения, равной > нулю, крутящий момент достигает своегомаксимального значения М1ор (режим торможения) ; когда же момент Μγ·. становится равным нулю, скоростьвращения вала достигает своего максимального значения Νχχ (режим холостого хода)· · Эта связь между Мт и Ντопределяется рабочей характеристикой турбо^ бураThe work of a real turbodrill is characterized by the following relations. The torque M t, developed by turbodrill, th rotation speed N r of its shaft: svyzanY between a linear relation with negative coefficient: the smaller the time t m, the greater the rotation speed Ν τ and vice versa. At a rotation speed of> zero, the torque reaches its maximum value M 1or (braking mode); when is the moment Μγ ·. becomes zero, the shaft rotation speed reaches its maximum value Ν χχ (idle mode) · · This relationship between M t and Ν τ is determined by the operating characteristic of the turbo ^ borax
ж * Мт (с) Well * Mt (s)
. птор пхх. p tor p xx
ПричемAnd
Μγ 4 ΜТОр , Ντέ Νχί . ·Μ γ 4 Μ TO p, Ν τ έ Ν χί . ·
Величина Μγορ пропорциональная квадрату количества прокачиваемой промывочной жидкости 'The value of ο γορ is proportional to the square of the amount of pumped flushing fluid
мтор = К5. б2, · = ·/ (6) m torus = K 5 . b 2 , · = · / (6)
где К- - коэффициент пропорциональности.where K- is the proportionality coefficient.
. Величина Νχχ пропорциональна количеству прокачиваемой промывочной жидкости. The value of Ν χχ is proportional to the amount of pumped flushing fluid
1515
где К6 — коэффициент пропорциональности.where K 6 - coefficient of proportionality.
На валу турбобура находится долото, которое создает нагрузочный момент МА, пропорциональный приложенной к долоту осёвой нагрузке Сд On the shaft of the turbo-drill there is a chisel, which creates a load moment M A , proportional to the axial load applied to the bit C d
(8)(eight)
где К, — коэффициент пропорциональности.where K, is the coefficient of proportionality.
В установившемся режиме работы турбобура развиваемый им момент Мт будет равен нагрузочному моменту МА In steady state operation of the turbodrill developed by them moment M t equals the load torque M A
ΜΎ = Ид = К7 · Сд = Г, (Сд). (9)Μ Ύ = Id = K 7 · C d = G, (C d ). (9)
Выразив из уравнения ($) ВеличинуExpressing from equation ($)
МА = К7 M A = K 7
Ν,Ν,
получимwill get
XXXx
- К,-¢11- K, - ¢ 11
Ίο)Ίο)
20. Из уравнений (9) и (10) видно, что в то время как крутящий момент Мг турбобура,зависит только от величины осевой нагрузки Сд на долото, скорость вращения Ντ турбобура зависит20. From equations (9) and (10) it can be seen that while the torque M g of the turbodrill depends only on the magnitude of the axial load Cd per bit, the rotation speed Ν τ of the turbodrill depends
25 как от величины 6Д, так и,от величины б·25 as from size 6 D , and, from size b ·
Соотношения (9) и (10), характес ' ризующие работу реального турбобура,Equations (9) and (10), with the Features' rizuyuschie real work turbodrill
: реализуются узлом 9. Сигналы Μγ и Νγ : implemented by node 9. Signals Μ γ and Νγ
30 через узел 11 поступают в ЭВМ вместо ; сигналов датчиков момента на валу30 through node 11 enter the computer instead; torque sensor signals on the shaft
турбобура и скорости его вращения в : ‘реальнойбуровой установке. <turbodrill and its rotational speed in : a real drill. <
Сигналы СΑ и Νρ с выхода узла 3,The signals С Α and Ν ρ from the output of node 3,
3^ Νγ с Выхода узла 9, б с выхода узла 2 и Н с выхода узла 1 поступают на узел 4 вычисления механической скорости Ум, который вырабатывает сигнал:3 ^ Ν γ from the Output of the node 9, b from the output of the node 2 and H from the output of the node 1 arrive at the node 4 for calculating the mechanical speed U m , which produces a signal:
при роторном способе бурения 40 νΜρ = κ6·ί, (6Α,Νρ,6,Η) ; : (11)with rotary drilling method 40 ν Μ ρ = κ 6 ·, (6 Α , Νρ, 6, Η); : (eleven)
: прй турбинном способе бурения: direct turbine drilling method
νΜρ« Кд-Г5(Сд,Мт,б,Н) , (12)ν Μρ «Cd-G 5 (Cd, M t , b, H), (12)
: характеризующий реальную зависимость: characterizing a real addiction
механической скорости νΜ' бурения отmechanical velocity ν Μ 'drilling from
4$ осёвой нагрузки на долото Сд, скорос:.···; ти вращения ротора Νρ или турбобура Νν, расхода промывочной жидкости б4 $ thrust load on the bit C d , speed:. ···; these rotor rotations Ν ρ or turbodrill Ν ν , washing liquid consumption b
и глубины скважины Я. Коэффициент буримости Кд, задаваемый в узле 4, по50 зволяет моделировать бурение пород, имеющих различную буримоёть.and well depths I. The drillability factor Cd, given in node 4, allows you to simulate the drilling of rocks with different types of drilling.
Сигналы Сд и Νρ с выхода узла 3 и Ντ с первого выхода узла 9 поступают также на узел 5 моделирований износаThe signals SD and Ν ρ from the output of node 3 and Ν τ from the first output of node 9 also arrive at node 5 of the wear simulations
,, вооружения (зубьев) долота. На выходе 3 узла 5 получается'сигнал,, arms (teeth) bit. Output 3 node 5 is the signal
(13)(13)
где К» — коэффициент пропорцйональ60 . ности;where K ”is the ratio factor60. nosti;
ц —'время бурения.u — drilling time.
Падение величины сигнала ид с ростом моделирует экспоненциальный износ0вооружения долота в процессеThe fall of the signal values d and exponential models with increasing wear of the bit 0 in the process of arms
65 реального бурения. Коэффициент Кй 65 real drilling. Coefficient K th
(7)(7)
760130760130
10ten
при этом имеет смысл износостойкости вооружения или абразивности породы и выражается следующим образом:it makes sense of wear resistance of weapons or abrasiveness of the breed and is expressed as follows:
К& = ί6·(6Α,ΝΑ). (14) Уравнение (14) отражает зависимость коэффициента износа вооружения , долота от осевой нагрузки .на долото· 3 СА и скорости вращения долота ΝΑ, равной скорости, вращения ротора Νρ при роторном способе бурения или скорости вращения турбобура Ντ при тур- , бинном способе: при увеличении СА и коэффициент К8 увеличивается.K & = ί 6 · (6 Α , Ν Α ). (14) Equation (14) reflects the dependence of the wear rate of the weapon, bit on the axial load. On bit · 3 С А and bit rotation speed Α Α , equal to the speed, rotor rotation при ρ with the rotor drilling method or rotation speed of the turbo-drill Ν τ with the tour -, binomial method: with increasing C A and the coefficient K 8 increases.
С учетом уравнения (14) сигнал ид принимает видGiven equation (14), the signal and d takes the form
ид *δ (15) 15 and d * δ (15) 15
Сигнал νΜ и иА с выходов узлов 4 и 5 поступают на узел 10 моделирования проходки Ь (подачи бурильной колонны), на выходе которого получает- 20 ся сйгнал:'The signal ν Μ and and A from the outputs of nodes 4 and 5 arrive at the node 10 of the modeling of bore b (feed of the drill string), at the output of which the signal is received:
при роторном способе буренияwith rotary drilling
Ь. “ ί ν.ΜΡ· иА · όιB. “ Ν .Μ Ρ · and A · όι
ОABOUT
= К^· Г4 ( Сд , Νρ , О, Н= K ^ · G 4 (Cd, Νρ, O, H
2525
е-16Йд.»рЫ8 e -1 6 Yd. ”pR 8
(16)(sixteen)
άί;άί;
при турбинном способе буренияwith turbine drilling method
зоzo
Ь =1 ν„τ· иА 01= (17)B = 1 ν "τ · and A = 01 (17)
ОABOUT
= I К«- р5 (Сд,ИтЛ,Н).е = I K «- p 5 (Cd, I t L, N). e
” ° 35"° 35
моделирующий реальную зависимость проходки К от осевой нагрузки на долото СА, скорости вращения — ротора Νρ или турбобура ΝΎ, расхода промывочной жидкости ¢, глубины скважины.simulating the actual dependence of penetration K on the axial load on the bit C A , the rotational speed — the rotor Ν ρ or the turbodrill пром Ύ , the flow rate of the flushing fluid, the depth of the well.
Н, коэффициента буримюсти К$, време- 40 ни бурения 1$ и коэффициента К8 износостойкости вооружения долота (абразивности породы) . . · .·N, the drillability coefficient K $, the drilling time 1 $ and the K 8 coefficient of wear resistance of the bit’s armament (abrasiveness of the rock). . ·. ·
Все описанное относилось к моде-, лированию безаварийной работы буро- . 45 вой установки. Моделирование аварий?ных ситуаций и осложнений при роторном и турбинном бурении осуществляется следующим образом.Everything described concerned the mode-, of the failure-free operation of boring. 45 howl installation. Simulation of emergency situations and complications during rotary and turbine drilling is carried out as follows.
Обрыв верхней части бурильной ко- 50 лонны характеризуется значительным уменьшением веса на крюке Ск, давления Р на выкиде насосов и крутящего момента на роторе Мр. Эти явления моделируются при помощи узла 8' задания , аварийных ситуаций, выдающего в режи- . ме моделирования обрыва верхней части . колонны на узлы 2, 6 и 7 сигналы, которые уменьшают сигналы Р, М р и Ск на выходах этих узлов. ЭВМ, получив через узел 11 эти изменения сигналов, 60 распознает вид аварии и сигнализирует о ней оператору.The breakage of the upper part of the drill column is characterized by a significant decrease in hook weight C k , pressure P at pump discharge and torque on the rotor M p . These phenomena are modeled using the node 8 'task, emergency situations, issuing mode. Modeling the top break. columns on nodes 2, 6 and 7 signals, which reduce the signals P, M p and C to the outputs of these nodes. The computer, having received these changes of signals through node 11, 60 recognizes the type of accident and signals it to the operator.
Обрыв резьбовых соединений утяжеленных бурильных труб, находящихся вBreakage of threaded connections weighted drill pipe located in
нижней части бурильной колонны, харак-65bottom of the drill string, harak-65
теризуется уменьшением крутящего момента на роторе Мр, давления Р и падением до нуля механической скорости νΜ бурения; вес на крюке Ск остается неизменным. Эти явления моделируются узлом 8, который в этом режиме выдает сигналы только на узлы 2 и 6, а. также при помощи узла 4 путем задания в нем коэффициента буримости К § = '0. При этом в соответствии с формулой (16) или (17) проходка Ь устанавливается на постоянном (достигнутом к этому моменту времени) уровне, что свидетельствует о нулевой механической скорости.It is tested by reducing the torque on the rotor M p , pressure P and dropping to zero the mechanical speed ν Μ of drilling; the weight on hook C to remains unchanged. These phenomena are modeled by node 8, which in this mode outputs signals only to nodes 2 and 6, a. also with the help of node 4 by setting the drillability coefficient in it K § = '0. In this case, in accordance with formula (16) or (17), the penetration b is set at a constant level (reached by this point in time), which indicates zero mechanical speed.
При промыве тела бурильной колонны или замковых соединений наблюдается уменьшение давления Р на выкиде насосов, а также уменьшение механической, скорости νΜ бурения и увеличение крутящего момента на роторе Мр вследствие ухудшения очистки забоя от.выбуренной породы. Эти явления моделируются при помощи узлов 4 и 8 аналогично описанному.When flushing the body of the drill string or locking joints, there is a decrease in pressure P at pump discharge, as well as a decrease in mechanical, drilling speed ν Μ and an increase in torque on the rotor M p due to the deterioration of bottomhole cleaning from drilled rock. These phenomena are modeled using nodes 4 and 8 as described.
Износ опор шарошечных долот приводит к увеличению люфтов и, в конечном итоге, — к заклинке’шарошек. При этом крутящий момент. М р: ка роторе (на верхнем конце бурильной колонны) начинает резко флюктуировать около своего среднего значения. Эти флюктуации моделируются узлом 8, который в этом режиме выдает на узел 6 сигнал в виде случайного шумоподобного процесса. ЭВМ, получив сигнал М р, содержащий значительный уровень случайной составляющей, распознает возникновение заклинки шарошек й выдает оператору сигнал о необходимости замены долота.'Worn out bearings of roller bits leads to an increase in backlash and, ultimately, to the jamming of sharoshek. With this torque. M p : the rotor (at the upper end of the drill string) begins to fluctuate sharply around its mean value. These fluctuations are modeled by node 8, which in this mode generates a signal to node 6 as a random noise-like process. The computer, having received the signal M p , containing a significant level of the random component, recognizes the occurrence of the shredder stitch, and gives the operator a signal to replace the bit.
Перегрузка бурильной колонны крутящим моментом Мр на роторе, которая может возникнуть в реальных условиях бурения при прихвате бурильной колонны в скважине или чрезмерно форсированном режиме бурения, моделируется с помощью'узла 8, который выдает в этом режиме сигнал на узел 6, приводящий к значительному увеличению сигнала Мр. ЭВМ, получив сигнал Мр, превышающий допустимый уровень МрА„„. , должна перейти на режим бурения с меньшими,, на грузками на долото Сд и скоростью вращения ротора'Νρ, что прйведет к снижению момента мр до безопасного уровня.Overloading of the drill string with the torque Мр on the rotor, which can occur in actual drilling conditions when the drill string is stuck in the well or excessively forced drilling mode, is modeled using node 8, which in this mode generates a signal to node 6, resulting in a significant increase in signal M p . The computer, having received a signal M p exceeding the permissible level M pA „„. , should switch to a drilling mode with a lower load on a bit C d and a rotor speed of rotation that will reduce the moment of m r to a safe level.
Все описанные аварийные ситуации и осложнения характерны как для роторного, так и для турбинного режимов бурения.All described emergencies and complications are typical for both rotary and turbine drilling modes.
Кроме того, при бурении турбобуром' могут возникнуть специфические осложнения — неполадки в его работе, а именно: остановка турбобура при бурении, а также "непринятие” им нагрузки.In addition, when drilling a turbo-drill, specific complications can arise - problems in its operation, namely, stopping the turbo-drill during drilling, as well as “not accepting” the load.
Остановка турбобура при бурении чаще всего вызвана чрезмерным увели1 1Turbo-drill stop during drilling is most often caused by excessive increase of 1 1
760130760130
1212
чением осевой нагрузки на долото Сд;The value of the axial load on the bit C d ;
Эта неполадка моделируется с помощью узла 8, который' выдает в этом режиме сигнал на узел 9, приводящий к значительному увеличению момента Мт турбобура, снижению скорости его вра- с щения Nγ до нуля и, как следствие, к снижению до нуля механической скорости νΜ и прекращению проходки Ь.This problem is modeled by the node 8 which 'produces the mode signal at node 9, which leads to a significant increase in the moment M t turbodrill, reducing its rotating speed with scheniya N γ to zero and, consequently, to reduce to zero speed mechanical ν Μ and stop sinking b.
ЭВМ, воспринимая такие соотношения сигналов М7, Ντ, СА, К, распознает остановку турбобура. '·The computer, perceiving such ratios of signals M 7 , Ν τ , C A , K, recognizes the stop of the turbo-drill. '·
Под "непринятием" турбобуром нагрузки понимается резкое уменьшение осевой нагрузки.на долото Сд (по сравнению с приложенной ранее), при которой турбобур останавливается. 1.5By “not accepting” a turbo-drill, we mean a sharp decrease in the axial load on a bit C d (as compared with the previously applied load), at which the turbo-drill stops. 1.5
Чаще всего это вызвано 'заклиниванием долота. При этом приподнятый над забоем турбобур (разгруженный) работает, а при нагрузке, на долото останавливается. Эта неполадка моделируется 20 с помощью узла 8, который выдает в этом режиме сигнал на узел 9,. прйво- . дящий к увеличению момента Мт турбобура, снижению скорости его вращения ΝΤ, а также снижению механической . 25This is most often caused by a bit jamming. At the same time, the turbo-drill (unloaded) raised above the bottom is working, and under load, it stops at the bit. This problem is modeled 20 using node 8, which generates a signal to node 9 in this mode. awesome dyaschy to increase moment M t turbodrill, reducing its rotation speed Ν Τ, and reduce mechanical. 25
" скорости Ум и проходки Ъ. При этих условиях осевая нагрузка на долото Сд. ранее допустимая, приводит к остановке турбобура. ЭВМ, воспринимая, такие соотношения сигналов Мт, ΝΤ, эд Сд, К, распознает эту неисправность."Velocity V m and penetration b Under these conditions, axial load on the bit C d. Allowable previously, leads to the stop of the turbodrill. Computer, sensing such signals relation M t, Ν Τ, ed d C, K, detects this fault.
Функциональные схемы и принцип работы узлов устройства иллюстрируются фиг. 2. Узлы 1-10 устройства содержат элементы 12-44. Позициями 45-48 обозначены на фиг. 2 входы узла 11.The functional diagrams and the operation principle of the device nodes are illustrated in FIG. 2. Nodes 1-10 devices contain elements 12-44. Positions 45-48 are indicated in FIG. 2 inputs of the node 11.
Узел 1 содержит делитель 15 напряжения и плату П1а переключателя П1.Node 1 contains the voltage divider 15 and the P1a board of the P1 switch.
При.помощи последнего можно задавать (моделировать) различную глубину Н скважины. При переключении переключа- 40 теля П1 в верхнее положение сигнал НWith the aid of the latter, it is possible to set (simulate) a different depth H of the well. When switching the switch P1 to the upper position, the signal H
/возрастает./ increases.
Узел 2 содержит два делителя 16 И 17 напряжения, две платы П1б и Ц1в переключателя П1 и сумматор 19. Пр- ' 45 скольку платы П1а-П1в имеют общий привод, то при переключении переключателя П1 в верхнее положение (увеличение глубины скважины) одновременно увеличивается сигнал Р и уменьшается50 сигнал Ц. Такое изменение Р и Ц реализовано за счет того, что делители 16 й 17 Включены, как видно на фиг.2, по взаимно перевернутой схеме. Пёре/ кл^чение плат П1б и П1в моделирует, таким образом, смену втулок буровых насосов. Делители 16 и 17 напряжения выполнены так, что при постоянной величине сигнала Nм (поступающего с динамического звена 14 блока 3) одновременное увеличение Р и уменьшение Д 60 из-за переключения П1 удовлетворяет условиюNode 2 contains two voltage dividers 16 And 17, two boards P1b and Ts1v of switch P1 and adder 19. As soon as the boards P1a-P1v have a common drive, then when switching switch P1 to the upper position (increasing depth of the well) the signal simultaneously increases P and decreases 50 signal Z. Such a change in P and C is due to the fact that the dividers 16 th 17 are included, as can be seen in figure 2, in a mutually inverted pattern. The pin / pin of boards П1б and П1в, thus, simulates the change of bushings of the mud pumps. The dividers 16 and 17 of the voltage are made so that at a constant value of the signal N m (coming from the dynamic link 14 of block 3), a simultaneous increase in P and a decrease in D 60 due to switching P1 satisfies the condition
Р · О » сопз1 (18)Р · О »соз1 (18)
Сумматор 19 предназначен, для моделирования уменьшенного сигнала Р, воз- 65The adder 19 is designed to simulate a reduced signal P, 65
никающего при аварийной ситуации, для чего на его инвертирующий вход заводится сигнал с узла задания аварийных ситуаций. ·'in the event of an emergency, for which an inverted input signal is generated from the emergency task node. · '
Узел 3 содержит три динамических звена Г2, 13 и 14, представляющих собой интегрирующие КС-цепочки, постоянные времени которых определяются номиналами составляющих их резисторов и конденсаторов.Node 3 contains three dynamic links G2, 13, and 14, which are integrating KS chains, the time constants of which are determined by the values of their resistors and capacitors.
Узел 4 имеет две платы П'2а и П2б переключателя П2, два функциональных преобразователя 31 и 32, два делителя 33 и 34 напряжения, плату П1д переключателя П1 и переключатель ПЗ. Верхнее положение переключателя П2 соответствует роторному способу бурения, нижнее.— турбинному. Плата П2а коммутирует на верхнем входе преобразователя 32 сигнал скорости вращения ротора Νρ или турбобура Ν'Τ; на его выходе вырабатывается сигнал;Node 4 has two boards P'2a and P2b of switch P2, two functional converters 31 and 32, two dividers 33 and 34 of voltage, board P1d of switch P1 and switch PZ. The upper position of the P2 switch corresponds to the rotor drilling method, the lower one — to the turbine one. The P2a board commutes at the upper input of the converter 32 a rotor speed signal Ν ρ or a turbodrill Ν 'Τ; a signal is produced at its output;
при роторном способе буренияwith rotary drilling
9ззр “ ^г>гр’ (θχ> Nр; ». . 0 9)9zzr “^ r> gr '(θχ> Np ; ".. 0 9)
при турбинном способе буренияwith turbine drilling method
= ^2Т.•(Сд.Мт). (20)= ^ 2T. • (Sd.Mt). (20)
Плата П2б переключает сигнал 0с одного входа преобразователя 31 на другой ; на его выходе вырабатывается сигнал;P2b board switches the signal 0c from one input of the converter 31 to another; a signal is produced at its output;
при роторном способе бурения Уедр = ЛнР ><*)>. . (21)when the rotary method of drilling Uedr = Ln P ><*)>. . (21)
при турбинном способе бурения иэ1Т = /3<г (0Λ,ΝΤ ,0) . . (22) .with turbine drilling method and e1T = / 3 <r (0 Λ , Ν Τ , 0). . (22).
Сигнал · иа1р или К 54т делится на двух., последовательно Включенных делителях 33 и 34. Поскольку плата П1д переключается при изменении глубины Н скважины, то на ее выходном контакте имеем сигнал'The signal · and a1p or K 54t is divided into two., Successively connected dividers 33 and 34. Since the P1d board switches when the depth H of the well changes, we have a signal at its output contact
при роторном способе бурения Р =.*н · Р = к н' ί 31 р (6д, N р, а), (2 3) при турбинном способе буренияwith rotary drilling method P =. * n · P = k n 'ί 31 p (6d, N p, a), (2 3) with turbine drilling method
=к„. (бА,нтл) , (24). где Ки— коэффицйент пропорцирнальйости, Изменяющийся при Изменении глуби-, ны Н скважины. Он отражает общую тенденцию уменьшения буримости пород и механической скорости с увеличением . глубины скважины.= to „. (b A , n t l), (24). where K and is the coefficient of proportionality, changing with a change in the depth H of the well. It reflects the general trend of decreasing rock drillability and mechanical speed with increasing. well depths.
Сигнал на выходе переключателя ПЗ определяется формулой;The signal at the output of the switch PZ is determined by the formula;
при роторном способе буренияwith rotary drilling
ν»Ρ«υ34ρ=κδ кй-г3/р(еАлрл), . (25) при турбинном способе бурения ”^В4Т=К8’ ’ т ( > ¢) , . (26 )ν " Ρ « υ 34ρ = κ δ to th –th 3 / r (e A l p l) ,. (25) with the turbine drilling method ”^ В4Т = К8 '' t (> ¢),. (26)
где Κδ — коэффициент'буримости, который может задаваться'произвольно с . помощью переключателя ПЗ.where Κ δ is the coefficient of the curliness, which can be specified arbitrarily with. using the switch PZ.
Формула (25) соответствует формуле ( 1 1 ) , а (26) — формуле (12).Formula (25) corresponds to formula (1 1), and (26) corresponds to formula (12).
Узел 5 содержит Двафункциональных преобразователя 36 и 40, генератор 3 7, счетчик 38 и множительное устройство 39.Node 5 contains two-function transducer 36 and 40, generator 3 7, the counter 38 and the multiplying device 39.
На выходе преобразователя 36 вырабатывается сигналThe output of the Converter 36 produces a signal
8*6 “ Тэб'(бд,«А), (27)8 * 6 “Tab '(bd,“ A ), (27)
отражающий зависимость коэффициентаcoefficient reflecting
1313
760130760130
1414
износа долота от параметров режима бурения — осевой нагрузки на долото Од и скорости вращения долота Ид., равной скорости вращения ротора Νρ при роторном способе бурения, или скорости вращения турбобура Ντ при турбинном. Полученный сигнал поступает на аналоговый вход, множительного устройства 39, на цифровом входе которого находится число Ν58, имеющееся в данный момент в счетчике 38. Выходное напряжение цифроаналогового множительного устройства 39 определяется выражениемbit wear from drilling mode parameters - axial load on bit Od and bit rotation speed ID equal to rotor rotation speed Ν ρ with rotor drilling method, or turbo-drill rotation speed при τ with turbine. The received signal is fed to the analog input of the multiplying device 39, the digital input of which contains the number Ν 58 , which is currently available in the counter 38. The output voltage of the digital-analog multiplying device 39 is determined by the expression
(¼ > *а >· (28)(¼> * a> · (28)
Генератор 37 импульсов включается37 pulse generator turns on
в момент начала "бурения", поэтому '5at the time of the start of "drilling", therefore '5
^38 = ’ (29)^ 38 = '(29)
где Га7 — частота следования импульсов генератора 37;where G a7 - the pulse repetition rate of the generator 37;
ϊε — время "бурения".ϊε - time "drilling".
ь 20 l 20
10ten
где К — коэффициент пропорциональности,where K is the proportionality coefficient,
а угол поворота за время бурения / вычисляется по формуле'and the angle of rotation during drilling / is calculated by the formula '
φ = К· ] νΜ· όί. (35)φ = K ·] ν Μ ·. (35)
оabout
Из этой формулы видно, что угол поворота φ ротора сельсина пропорционален Ь,From this formula, it can be seen that the rotation angle φ of the selsyn rotor is proportional to b,
φ = К - Ь . (36)φ = K - b. (36)
Путем измерения угла Δφ и вычисления проходки ΔΚ за промежуток времени определяют механическую скорость проходки (среднюю За 41$)By measuring the angle Δφ and calculating the penetration ΔΚ over a period of time, determine the mechanical speed of penetration (average Over $ 41)
А Ь А КA b a k
(37)(37)
Отсюда имеемFrom here we have
~ рз7 ’ (¾¾). * ιδ·~ p h7 '(¾¾). * ι δ ·
(30)(thirty)
Полученный сигнал преобразуется преобразователем 40 в соответствии со следующим выражением:The received signal is converted by converter 40 in accordance with the following expression:
2525
'40'40
(31)(31)
Формула (3 О соответствует формуле (15).The formula (3 О corresponds to the formula (15).
Узел 10 содержит множительное устройство 41, преобразователь 42 напрят жения в частоту импульсов, шаговый электродвигатель 43 и сельсин-датчик 44,Node 10 contains a multiplying device 41, a converter 42 voltage pulses into frequency, a stepper motor 43 and a resolver sensor 44,
Множительное устройство 41 производит: перемножение сигналов νΜρ или νΜΤ на сигнал и40 и выдает сигнал в виде функции механической скорости бурения νΜ от Од, Нр или Ντ, и ΐ$:The multiplying device 41 produces: multiplication of signals ν Μ ρ or ν ΜΤ by the signal and 40 and outputs the signal as a function of the mechanical drilling speed ν Μ from Od, H p or Ν τ , and ΐ $:
для роторного способа бурения ^Ж4<р= км‘ *А1р (6А ’ Νρ ’for the rotary method of drilling ^ Ж4 <p = to m '* A1p ( 6 A' Ν ρ '
30thirty
3535
4040
«е"E
(32)(32)
4545
для турбинного способа буренияfor turbine drilling
<4<Т= К»· КН '<4 <T = K »· K N '
».е".E
а* 5 К ‘ л1§a * 5 K 'l 1 §
Следует отметить, что приΑφ=360° может возникнуть неоднозначность определения механической скорости. Для устранения этой неоднозначности и используются импульсы дискретного датчика подачи, которые вырабатываются при повороте ротора сельсина на 360°.It should be noted that when φφ = 360 °, the ambiguity of determining the mechanical velocity may arise. To eliminate this ambiguity, the pulses of the discrete feed sensor are used, which are generated when the selsyn rotor rotates 360 °.
Сигналы датчиков подачи бурильного инструмента моделируются в узле 10 следующим образом.The signals from the drilling tool feed sensors are modeled in node 10 as follows.
Сигнал механической скорости νΜ4( поступает на преобразователь 42 и преобразуется в частоту импульсов:The signal of the mechanical speed ν Μ4 ( fed to the Converter 42 and is converted to a pulse frequency:
Р42 ’К42- К8’Кк ν«44'6 36 * * \ (38) Р 42 ' К 42- К 8' К к ν «44 ' 6 36 * * \ (38)
где К,„ — коэффициент пропорциональности.where K, „- coefficient of proportionality.
Полученные импульсы поступают на шаговый электродвигатель 43, ротор которого будет вращаться с угловой скоростьюThe resulting pulses arrive at the stepper motor 43, the rotor of which will rotate with an angular velocity
™ = К43 К8 ' К»< νΜ4« е ™ = K 43 K 8 ' K "< ν Μ4" e
Ρ_ί3ϊ £Зб(СА’Мд)Ρ _ί 3ϊ £ Зб ( С А ' М д)
. (39). (39)
(дискретностью работы шагового двигателя пренебрегаем) .(we neglect the discreteness of the stepping motor operation).
Угол φ поворота ротора шагового двигателя 43 за время определяется формулойThe angle φ of rotation of the rotor of the stepper motor 43 for the time is determined by the formula
(331 50 КИ Чц (Й0)(331 50 K & Chc (H0)
На реальной буровой установке механическая скорость бурения обычно измеряется прй помощи дискретного датчика подачи верхнего конца буриль- 55 нойколонны,. вырабатывающего импульсы через каждые δ К подачи, и аналогового датчика подачи, в качестве которого используют сельсин-датчик, ротор которого связан с валом кронблока ДО буровой установки; При бурении со скоростью νΜ угловая скорость о» сельсина определяется выражениемOn a real drilling rig, the mechanical drilling speed is usually measured by the help of a discrete sensor feeding the upper end of a drill string, 55 columns. generating pulses every δK feed, and an analog feed sensor, which uses a selsyn-sensor, the rotor of which is connected to the shaft of the crown block TO the drilling rig; When drilling at a rate of ν Μ, the angular speed of the selsyn is determined by the expression
(зи(zi
а проходка Ь — выражениемand b is the expression
<·· £·&· к“ <»'>. 43 О<·· £ · & · to “<” '>. 43 O
При круговом вращении ротора шагового двигателя 43 при помощи механического контактного устройства формируются импульсы (Один иМпульс^соответствует повороту рЬтэра на 360°), которые соответствуют величине проходкиDuring the circular rotation of the rotor of the stepper motor 43 by means of a mechanical contact device, impulses are formed (One pulse соответствует corresponds to the rotation of the pTTER by 360 °), which correspond to the amount of penetration
Αφ.160°. (Й2) Αφ .160 °. (Th2)
К4Э K 4E
760130760130
16sixteen
15 , .15 , .
Эти импульсы поступают на вход 48 узла 11 сопряжения с ЭВМ.These pulses are fed to the input 48 of the node 11 mates with a computer.
Со скоростью ω будет вращаться также ротор сельсина-датчика 44, соеди-. ненного с ротором шарового двигателя 4 3 . Угловое положение φ ротора сельсина характеризуется трехфазным напряжением, поступающим на входы 45-47 блока 11 сопряжения с ЭВМ. ·The rotor of the selsyn sensor 44, the compound, will rotate with the speed ω. ball motor with a rotor 4 3. The angular position φ of the selsyn rotor is characterized by a three-phase voltage supplied to the inputs 45-47 of the computer interface unit 11. ·
Как видно из формулы (*♦!), проходка Ь и механическая скорость бурения (подинтегральное выражение) зависят от параметров режима бурения Сд, ,As can be seen from the formula (* ♦!), The drilling b and the mechanical drilling speed (integrative expression) depend on the parameters of the drilling mode С д ,,
¢, буримосТи породы К§ и ί36 , атакже от времени бурения ίβ. Причем механическая скорость νΜ падает со временем по экспоненциальной функции с постоянной времени, называемой коэффициентом износа и равной (с»Ν.)¢, brimies of rock Kg and ί 36 , and also from the time of drilling ίβ. Moreover, the mechanical velocity ν Μ decreases with time in an exponential function with a time constant, called the wear coefficient, and is equal to (c Ν Ν.)
. которая;- тём самым, также зави- · ' .· ·' сит от параметров режима бурения С.. which; - the most, also depends on the parameters of the drilling mode C.
•";и Ид- Путем переключения переключателя ПЗ можно по своему усмотрению модели-, ровать различную буримость породы ·/ (задавать ), а путем изменения частоты генератора 37 — различную * износостойкость долота (задавать. функцию гэт · (ед ,ΝΑ)).• "; and a and g PP By switching the switch can, at its discretion modeling, Rowan different rock drillability · / (ask), and by changing the frequency generator 37 - * different bit durability (set function fl · g (e g, Ν. Α )).
Узел 6 содержит функциональный преобразователь 28, плату П2в пере- , ключателя П2 и сумматор 29. 'Node 6 contains a functional Converter 28, the card P2V of the switch, the switch P2 and the adder 29. '
Преобразователь 28 вырабатывает сигнал момента холостого хода согласно второму члену формулы (4)Converter 28 generates a signal for idle moment according to the second term of formula (4)
. 028.· = (Η , Νρ). (4 з). 0 28. · = (Η, Νρ). (4 h)
Этот сигнал в сумматоре 29 при помощи платы П2в либо суммируется с сигналом момента на долоте,необходимого для породоразрушения (см. первый' член в формуле (М) при роторном способе бурения,;либо вычитается из него при турбинном. При этом на нижнем входе сумматора19 в безаварийном . режиме сигнал равен нулю.This signal in the adder 29 using the P2B board is either summed with the signal of the moment on the bit required for rock destruction (see the first term in the formula (M) for the rotary drilling method; or subtracted from it during turbine drilling. At the same time, at the lower input of the adder 19 in trouble-free mode, the signal is zero.
Узел 7 включает в себя сумматор 30, на выходе которого, сигнал соо.т' ветствует формуле (1 ) .Node 7 includes an adder 30, at the output of which, the signal corresponds to formula (1).
Узел 8 содержит генератор 35 и переключатель П4, при помощи которого генератор 35 выдает на различные блоки сигналы, моделирующие вознйкновёние аварийных ситуаций и осложнений. ·'.Node 8 contains a generator 35 and a switch P4, by means of which the generator 35 outputs to various blocks signals simulating the occurrence of emergency situations and complications. · '.
Узел 9 имеет делитель. 18 напряжения',. плату П1г переключателя П1, сумматоры 20 и.24, пременные сопротивления 22., 23, .26,. 27 и исполнительные электродвигатели 21 и 25. Узел 9 вырабатывает сигналы Мт и Ντ в соответствии с уравнениями (9) и (10). Видно, что дляреализации этих зависимостей необходимо наличие сигналов, пропорциональных 6Д, Д и О2.Node 9 has a divider. 18 voltage ',. P1g board of switch P1, adders 20 and 24, variable resistances 22., 23, .26 ,. 27 and executive motors 21 and 25. Node 9 generates signals M t and τ in accordance with equations (9) and (10). It can be seen that the implementation of these dependencies requires the presence of signals proportional to 6 D , D and O 2 .
Сигнал, пропорциональный Сд, подаётся в узел .9 из узла 3 — с выходаA signal proportional to C d is fed to node .9 from node 3 - from the output
динамического звена 12. Сигнал, пропорциональный 0., подается в узел 9dynamic link 12. The signal is proportional to 0., served in node 9
из узла 2 — с выхода делителя 17.from node 2 - from the output of the divider 17.
Для получения сигнала, пропорционального й2, используются элементы 18, 20-23 узла 9.To obtain a signal proportional to 2 , elements 18, 20-23 of node 9 are used.
Сигнал Ч, вырабатываемый делителем 17, образуется путем перемножения с последним двух сомножителей:The signal H, produced by the divider 17, is formed by multiplying with the last two factors:
α = · ц.х, (^) ·α = · q.x, (^) ·
где 0?н — составляющая сигнала 0. от , изменения глубины скважины Н, этот сомножитель вводит|0 ся углом поворота платы П1в,where is 0? n is the signal component 0. from, the change in the depth of the well H, this factor introduces | 0 the angle of rotation of the board P1c,
имеющей общий привод с.платой' П1а.узла 1, · пропорцио—having a common drive s.platoy 'P1a.uzla 1, · proportionally
. нальным сигналу Н;. the national signal H;
Чх — составляющая сигнала <} отH x - signal component <} from
изменения скорости вращения привода насосов Ν,, (числа двойных ходов в минуту), этот сомножитель вводится напряжением, питающим делитель 17, пропорциональным 20' сигналу Ν„ .changes in the pump drive speed Ν ,, (the number of double strokes per minute), this factor is introduced by the voltage supplying the divider 17, which is proportional to the 20 ′ signal Ν „.
С выхода делителя 17 напряжение, пропорциональное сигналу ¢, поступает в качестве питающего на вход де25 лителя 18. Поскольку плата П1г имеет общий привод с платой П1а, То на'выходе делителя 18 получается сигнал, кбторый можно представить в. виде.произведения входного сигнала делителя 30 18 (т.е. величины Ч „ · Ч х) и сигнала, пропорционального углу поворота платыП1г (т.е. величины Чн). Поэтому при соответствующем выборе элементов схемы имеём.From the output of the divider 17, a voltage proportional to the signal поступ is supplied as the supply to the input of the divider 18. Since the P1g board has a common drive with the P1a board, Then a signal is obtained at the output of the divider 18, which can be represented in. video of the input signal of the divider 30 18 (i.e., the values of H „· H x ) and a signal proportional to the angle of rotation of the P1g board (i.e., the values of H n ). Therefore, with the appropriate choice of elements of the scheme we have.
35 -М) = й · αχ· ('•δ)35 -M) = d · α χ · ('• δ)
С выхода делителя 18 напряжение,From the output of the divider 18 voltage
• . пропорциональное сигналу Чн · Ч х , поступает в качестве питающего на вход переменного сопротивления 23, движок которого механически связан с движ40 ком переменного сопротивления 22 и ротором исполнительного электродвигателя 21. Два последних элемента, а также сумматор 20 образуют следящий электропривод, который работает сле45 дующим образом.•. proportional to the signal CH · H x , arrives as a variable resistance 23 supplying the input, the engine of which is mechanically connected with the variable resistance motor 22 and the rotor of the executive motor 21. The last two elements, as well as the adder 20, form a tracking electric drive, which operates in the following way .
На инвертирующий вход сумматора 20 поступает'напряжение, пропорциональное сигналу Ν^,Ηβ неинвертирующий его вход поступает напряжение со 50 вспомогательного переменного сопротивления 22. Напряжение с выхода сумматора 20, пропорциональное разности напряжений на его входах, прикладывается к двигателю 21 и заставляет сс его ротор (а вместе с ним и движки • переменных сопротивлений 22 и 23) поворачиваться до тех пор, пока напряжение на выходе сумматора не станет равным нулю. При этом напряжения на его входах равны; угол поворота 60 ротора двигателя 21 становится пропорциональным сигналу ΝΗ, а следовательно, и сигналу Чх . Описанный электропривод, следит за изменениями сигнала ΝΗ (составляющей <2Х) и отра65 батывает такой угол поворота, при ко17The inverting input of the adder 20 receives a voltage proportional to the signal Ν ^, Ηβ non-inverting input voltage comes from 50 auxiliary variable resistance 22. The voltage from the output of the adder 20, proportional to the voltage difference at its inputs, is applied to the engine 21 and causes ss its rotor ( and with it the engines of variable resistances 22 and 23) turn until the voltage at the output of the adder becomes zero. In this case, the voltage at its inputs are equal; The rotation angle 60 of the rotor of the engine 21 becomes proportional to the signal Ν Η , and hence to the signal H x . The described actuator monitors changes in the signal Ν Η (component <2 X ) and reflects such a turning angle, when
760130760130
1818
тором всегда сохраняется упомянутая пропорциональность.The torus always preserves the mentioned proportionality.
Таким образом, на переменном сопротивлении 23 производится перемножение двух сомножителей, один из которых является его питающим напряжением (см. уравнение (45)), а другой вводится углом поворота его движка, пропорциональным йх. С последнего при соответствующем выборе элементовThus, on the variable resistance 23, the multiplication of two factors is performed, one of which is its supply voltage (see equation (45)), and the other is entered by the angle of rotation of its slider, proportional to xth . With the latter with the appropriate choice of elements
Схемы снимается сигнал ^5=5.8·9х= и·<ίχ) αк=и2- (46)The circuit is taken signal ^ 5 = 5.8 · 9х = and · <ίχ) αк = and 2 - (46)
Сигнал Мт снимается с движка переменного сопротивления 26, питающим напряжением которого является сигнал М юр , пропорциональный Ц2 (см. уравнение (6)) и подающийся с Движка пе- 5 ременного сопротивления 23. Сигнал Мт снимается с движка переменного сопротивления 27, питающим напряжением которого является сигнал Νχχ , пропорциональный (см. уравнение (7)) и 20 подающийся с выхода делителя 17 узла 2. Движки переменных сопротивлений 26 и 27 механически связаны друг с ; другом и с ротором' исполнительного электродвигателя 25. Сумматор 24- 25The signal M t is removed from the variable resistance slider 26, the supply voltage of which is the signal M jr, proportional to Ts 2 (see equation (6)) and fed to the variable resistance slider 23. The signal M t is removed from the variable resistance slider 27, the supply voltage of which is the signal Ν χχ , proportional (see equation (7)) and 20 supplied from the output of divider 17 of node 2. The motors of variable resistances 26 and 27 are mechanically connected with each other; friend and with the rotor of the executive motor 25. The adder 24-25
вместе с элементами 25 и 26 образуют. . следящий электропривод, который работает следующим образом.together with elements 25 and 26 form. . tracking drive, which works as follows.
На среднем входе сумматора 24 сигнал в безаварийном режиме работы равен нулю. На инвертирующий его вход поступает напряжение, соответствующее сигналу Сд и пропорциональное, ' согласно уравнению (8), моменту на ' долоте Мд. На инвертирующий вход Сум- ' __ матора 24 поступает напряжение с движка переменного, сопротивления 26,. пропорциональное моменту Мт, разви- . ваемомь турбобуром. Напряжение с вы' хода сумматора 24, пропорциональное " разности напряжений на его входах, 40 Прикладывается к двигателю 25 и заставляет эго ротор (а вместе сним и движки переменных сопротивлений 26 и 27) поворачиваться до тех. пор', пока напряжение на выходе сумматора 45At the average input of the adder 24, the signal in the trouble-free mode of operation is zero. The inverting input receives a voltage corresponding to the signal Cd and is proportional to, 'according to equation (8), the moment on the' bit of MD. At the inverting input of the Sum- '__ Mator 24 voltage is supplied from the engine variable, resistance 26 ,. proportional to the moment M t , developed. Vaemom turbo-drill. The voltage from the stroke of the adder 24, proportional to the "voltage difference at its inputs, 40 is applied to the engine 25 and causes the rotor (and together the engines of variable resistances 26 and 27 to rotate) to rotate until the voltage at the output of the adder 45
не. станет равным нулю. При этом напряжения на его входах равны,'1 т.е. ’ <not. will become zero. In this case, the voltage at its inputs are equal, ' 1 i. '<
величина сигнала Μγ становится равной величине сигнала Мд в соответствии с уравнением (9). -с/'5ό? the magnitude of the signal Μ γ becomes equal to the magnitude of the signal M d in accordance with equation (9). -c / '5ό ?
Из схемы описанного электропривода, приведенной на фиг. 2, следует, что ротор двигателя 25 поворачивает движок переменного сопротивления 26 как в случае изменения сигнала Сд, заве- _ денного на инвертирующий вход сумма— " тора 24, так ив случае изменения .From the circuit of the electric drive described in FIG. 2, it follows that the rotor of the motor 25 rotates the variable resistance motor 26, both in the case of a change in the signal C d assigned to the inverting input sum— "torus 24, and in the case of change.
сигнала М1ор, заведенного на вход перемённого сопротивления 26 (поскольку в обоих случаях напряжения на входах сумматора 24 становятся различными 60 и появляющееся на его выходе напряже-’ ние рассогласования, отличное от нуля, заставляет ротор двигателя 25 поворачиваться до устранения упомянутого напряжения рассогласования). .65the signal M 1or , input to variable resistance 26 (since in both cases the voltages at the inputs of the adder 24 become different 60 and the error voltage other than zero appearing at its output causes the rotor of the engine 25 to turn until the indicated error voltage is eliminated). .65
Электропривод, функционируя описанным образом, позволяет поэтому непрерывно следить за изменениями как величины сигнала Ед, так и сигнала мтор> отрабатывая угол поворота движка переменного сопротивления 26 так, что в обоих случаях сигнал ΜΎ, снимаемый с выхода переменного сопротивления 26, все время пропорционален лишь величине сигнала Сд, и не зависит от величины сигнала М тор Лчто отражает факт независимости сигнала Мт от величины ¢.The actuator, functioning in the manner described, therefore allows you to continuously monitor changes in both the magnitude of the signal Un, and the signal m tor> working out the angle of rotation of the variable resistance motor 26 so that in both cases the signal Μ Ύ taken from the output of variable resistance 26 is always proportional to only the magnitude of the signal C d , and does not depend on the magnitude of the signal M tor L, which reflects the fact that the signal M t is independent of the magnitude of ¢.
Сигналы Мт и Ντ, снимаемые с движков переменных сопротивлений 26 и 27 соответственно, находящихся на общем .валу двигателя 25,определяются следующими соотношениями:The signals M t and Ν τ taken from the engines of variable resistances 26 and 27, respectively, located on the common shaft of the engine 25, are determined by the following relations:
М.M.
м.m
(47)(47)
т макеt make
' макс'max
(48)(48)
где — угол поворота движка переменного сопротивления 26, отсчитываемый от заземленного (нижнего на фиг. 2) вывода сопротивления 26?where - the angle of rotation of the engine variable resistance 26, measured from the grounded (bottom in Fig. 2) output resistance 26?
Ψ2— угол поворота движка'переменного сопротивления 27, отсчитываемый от заземленного (верхнего на фиг. 2) вывода сопротивления 27/Ψ 2 - the angle of rotation of the engine variable resistance 27, measured from the grounded (upper in Fig. 2) output resistance 27 /
^мако — максимальный угол поворота движков переменных сопротивлений 26 и 27.^ mako is the maximum angle of rotation for the variable resistance engines 26 and 27.
Поскольку переменные сопротивления26 и 27 включены по взаимно перевернутой схеме, тоSince the variable resistances 26 and 27 are included in a mutually inverted pattern,
= = (49)= = (49)
Подставляя в уравнение (48) значение φ2 из уравнения (49) и значениеSubstituting the value of φ 2 from equation (49) and the value into equation (48)
*Рмакс* Pmax
из уравненияfrom the equation
«XX ( ’“XX (’
/Смаке/ Smake
(47),(47)
получаемwe get
НтNt
МM
торtorus
-) „ (50)-) " (50)
Видно, что уравнение (50) совпадает с уравнением (10), т.е. блок 9 моделирует работу реального турбобура,It can be seen that equation (50) coincides with equation (10), i.e. Block 9 simulates the operation of a real turbo-drill,
Режимом работы реального турбобура в процессебурения, который определяется положением рабочей точки турбобура на его характеристике (см. уравйенйе (10)), можно управлять посредством изменения осевой нагрузки Ед и расхода Ц промывочной жидкости. Величина Ед (при ¢ = сопя) определяет положение рабочей точки (т.е. крутящий момент Мт турбобура и скорость вращения Ντ е*о вала) на фиксированной характеристике, величина Д (при Ед » СОП5Г) определяет положение самой характеристики (т.е. тор>.νThe mode of operation of a real turbodrill in the drilling process, which is determined by the position of the operating point of the turbodrill on its characteristics (see equation (10)), can be controlled by changing the axial load Unit and the flow rate C of the washing liquid. The value of Units (with ¢ = sopya) determines the position of the working point (ie, the torque M t of the turbodrill and the rotational speed Ν τ e * o shaft) on a fixed characteristic, the value D (with Un »SOP5G) determines the position of the characteristic itself (t . e. tor> .ν
760130 20760130 20
'мозной момент Μ1θρ и скорость вращения холостого хода Νχ>. ).The torque is θ 1θρ and the idling speed Ν χ> . ).
На изменение параметров 6Д и 0 узел 9 моделирования Турбобура реагирует полностью аналогично реальному турбобуру. Рассмотрим, каким образом в узле 9 положения рабочей точки турбобураи его характеристики меняются в зависимости от изменений'этих параметров - Сд и ¢.To change the parameters of 6 D and 0 node 9 modeling Turbobur responds completely similar to a real turbo-drill. Consider how in node 9 the position of the working point of the turbo-drill and its characteristics change depending on the changes of these parameters - C d and ¢.
Увеличение (уменьшение) осевой нагрузки (при постоянном расходе <} промывочной жидкости) приводит к увеличению (уменьшению) нагрузочного момента Мд на долото (см. уравнение (8)). Следящий электропривод, выполненный на элементах 24-26,отслеживает' это изменение Мд и изменяет вращающий момент Му турбобура таким образом, чтобы последний стал равным моменту МА (см. уравнение (9)), что свидетельствует о выходе турбобура на установившийся режим. Скорость вращения Ντ турбобура при эГом уменьша- . ется (увеличивается), но при любых 'сочетаниях величин М т и N т последние находятся на характеристике турбобура (см. уравнение (10) при· П = сопзг).An increase (decrease) in the axial load (at a constant flow rate <} of the washing liquid) leads to an increase (decrease) in the loading moment MD per bit (see equation (8)). A tracking drive, made on elements 24-26, tracks this change in MD and changes the torque M at the turbo-drill so that the latter becomes equal to the moment M А (see equation (9)), which indicates the exit of the turbo-drill to the steady state. The rotation speed Ν τ of the turbodrill with the EG decreases; is (increases), but for any combination of the values of M t and N t, the latter are on the characteristic of a turbodrill (see equation (10) at · П = cond).
Увеличение (уменьшение) расхода 0. промывочной жидкости (при постоянной величине Осевой нагрузки Сд) приводит к'увеличению (уменьшению) тормозного момента МТОр турбобура пропорционально <12 (см. уравнение (6)). Скорость вращения холостого хода ΝΧχ при этом увеличивается (уменьшается) пропорционально й (см., уравнение (7))· Следящий электропривод, выполненный на элементах 24-26, отслеживает это изменение М1ор и изменяет вращающий момент Мт турбобура таким образом, чтобы последний остался равным нагрузочному моменту Мд, зависящему только от Сд (см. уравнение (9)). Скорость вращения Ντ турбобура при этом увеличивается (уменьшается), но при любых сочетаниях величин Му и Νγ последние находятся на характеристике турбобура (см. уравнение (10) при Сд = соп 5 с).An increase (decrease) in the flow rate of 0. flushing fluid (at a constant value of the axial load SD) leads to an increase (decrease) in the braking torque M TO p of the turbodrill proportional to <1 2 (see equation (6)). The speed of rotation of idling Ν приχ in this case increases (decreases) proportionally to th (see, equation (7)) · A tracking actuator, made on elements 24-26, tracks this change M 1or and changes the torque M t of the turbo-drill so that the latter remained equal to the load moment MD, depending only on SD (see equation (9)). The rotation speed Ν τ of the turbodrill at the same time increases (decreases), but for any combination of the values of M y and Ν γ, the latter are on the characteristic of the turbo-drill (see equation (10) with Cd = con 5 s).
При чрезмерном увеличении осевой нагрузки СА крутящий момент Мт турбобура, стремясь’ уравняться с нагрузочным моментом Мд на долото, может стать равным (но не превысить) тормозному моменту Мтор,определяемому текущим значением ¢..Эта.ситуация оз'начает остановку турбобура. Скорость вращения Νγ при этом равна нулю (поскольку движок переменного сопротивления 27 находится на его заземленном конце).When excessive increase in axial load torque C A M T turbodrill, trying 'to equalize a load torque M d on bit may be equal to (but not exceeding) the brake torque mTorr determined by the current value ¢ ..Eta.situatsiya oz'nachaet stop turbodrill . The rotation speed Ν γ is thus equal to zero (since the variable resistance slider 27 is at its grounded end).
Полученные на выходах узла 9 сигналы мт и Ытчерез узел 11 поступают в ЭВМ", соответствуя сигналам реальных датчиков буровой установки.Received on the outputs of the node 9, the signals m t and Y t through the node 11 enter the computer ", corresponding to the signals of the real sensors of the drilling rig.
“""Таким обр*а’зО’й‘7 в""о'тД'йй'й'е -£УТ“Претотипа, Предлагаемое устройство для“" "Thus * a'zzO'y‘7 in" "o'tD'yyy'e - £ UT" of the Pretotype, the Proposed Device for
моделирования автоматизированной бу10simulation of automated bu10
,5,five
2020
2525
30thirty
3535
4040
4545
5050
5555
6060
ровой установки позволяет моделировать также работу буровой установки при турбинном способе бурения, а именно: моделировать изменение- сигналов нагрузки на долото СА, веса инструмента на крюке Ск, крутящего момента на роторе Мр, крутящего мо- . мента турбобура Мт, скорости его вращения Ντ, проходки К (механической скорости бурения νΜ), давления Р и расхода И промывочной жидкости на выкиде буровых насосов и скорости вращения электропривода насосов ΝΗ — на изменение управляющих воздействий: сигналов нагрузки на долото Сд и скорости вращения привода насосов ΝΜ.the level installation allows you to simulate the work of the drilling rig in the turbine drilling method, namely: to simulate the change of the load signal on the bit C A , the weight of the tool on the hook C to , the torque on the rotor M p , and the torque can be. ment turbodrill M t, the speed of rotation Ν τ, penetration K (ROP drilling ν Μ), pressure P and flow and wash liquid in vykide mud pumps and the drive rotational speed pumps Ν Η - the change of control actions: Load signal on bit C d and the speed of rotation of the pump drive Ν Μ .
Устройство, как и прототип, позволяет моделировать также различные условия бурения — различную глубину скважины, буримость породы, износостойкость долота и смену втулок буровых насосов. Кроме того, оно позволяет моделировать как нормальный' процесс бурения, так и возникновение осложнений или аварий: заклинку шарошек долота, перегрузку бурильной колонны крутящим моментом Мр при ее прокручивании, обрыв верхней части бурильной колонны или утяжеленных бурильных труб, промыв тела бурильной колонны, а также характерные для турбинного способа бурения остановку турбобура при бурении и "непринятие" турбобуром нагрузки.· .The device, like the prototype, allows you to simulate various drilling conditions - different depths of the well, rock drillability, bit wear resistance and change of mud pump bushings. Furthermore, it is possible to simulate both normal 'drilling process and the occurrence of complications or accidents: bridging cones bit, overload drillstring torque M p at its scroll, open the top of the drill string or drill pipe, rinsing the drill column body, and also characteristic of the turbine drilling method is the stop of the turbo-drill during drilling and the "non-acceptance" of the turbo-drill. ·.
Такие широкие функциональные возможности устройства обеспечивают при его подключении к системе.автоматического управления на базе ЭВМ полную и всестороннюю проверку и отладку как технических средств системы, так и ее программного обеспечения. После такой проверки система управления может быть подключена к реальной буровой установке, осуществляющей как роторный, так и турбинный способы бурения.Such wide functionality of the device ensures that when it is connected to the system. Automatic control on the basis of a computer, a full and comprehensive check and debugging of both the technical means of the system and its software. After such a check, the control system can be connected to a real drilling rig, carrying out both rotary and turbine drilling methods.
Устройство позволяет также осуществлять профилактический контроль и поиск неисправностей действующих систем управления путем переключения их на это устройство и проверки в различных условиях "бурения".The device also makes it possible to carry out preventive monitoring and troubleshooting of existing control systems by switching them to this device and checking under various “drilling” conditions.
Наконец, устройство может быть успешно использовано в качестве тренажера для обучения операторов-бурильщиков работе на автоматизированных буровых установках, имеющих фложные системы управления. Применение описанного устройства для этих целей обеспечивает сокращение сроков и повышение эффективности обучения.Finally, the device can be successfully used as a simulator for training driller operators to work on automated drilling rigs having FLEC control systems. The use of the described device for this purpose ensures shorter terms and higher learning efficiency.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU782595774A SU760130A1 (en) | 1978-04-10 | 1978-04-10 | Device for simulating automatic drilling plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU782595774A SU760130A1 (en) | 1978-04-10 | 1978-04-10 | Device for simulating automatic drilling plant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU760130A1 true SU760130A1 (en) | 1980-08-30 |
Family
ID=20755820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU782595774A SU760130A1 (en) | 1978-04-10 | 1978-04-10 | Device for simulating automatic drilling plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU760130A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4794534A (en) * | 1985-08-08 | 1988-12-27 | Amoco Corporation | Method of drilling a well utilizing predictive simulation with real time data |
-
1978
- 1978-04-10 SU SU782595774A patent/SU760130A1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4794534A (en) * | 1985-08-08 | 1988-12-27 | Amoco Corporation | Method of drilling a well utilizing predictive simulation with real time data |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7775297B2 (en) | Multiple input scaling autodriller | |
CA2819318C (en) | Drilling optimization with a downhole motor | |
EP2404031B1 (en) | Drilling control method and system | |
RU2663654C1 (en) | Decrease of stick-slip effects on tools for rotary tilt-directional drilling | |
CA2394071A1 (en) | Virtual sensors to provide expanded downhole instrumentation for electrical submersible pumps (esps) | |
SA96160703B1 (en) | A device for providing thrust to an extended body within a well | |
CN106640033A (en) | State monitoring method for rotary guiding tool | |
CA2911351C (en) | Downhole power generation system | |
SU760130A1 (en) | Device for simulating automatic drilling plant | |
CN103266878A (en) | Straightening control method and straightening control device for automatic vertical drilling system | |
US4147223A (en) | Logging-while-drilling apparatus | |
RU2652519C1 (en) | Control method of state of electric motor | |
US20210115779A1 (en) | Autodriller Utilizing Intermediate ROP Setpoint | |
SU1675546A1 (en) | Drilling mode control method | |
US11352871B2 (en) | Slide drilling overshot control | |
RU2108456C1 (en) | Method for adjusting electric drive of bit feed regulator | |
US11840925B2 (en) | System and method for downlinking continuous combinatorial frequencies alphabet | |
WO2021097414A1 (en) | Controlling rate of penetration via a plurality of control layers | |
CN219622674U (en) | Automatic drill feeding control system | |
Aoun | MiniRig: Load Cells Array | |
SU615499A1 (en) | Automated drilling rig simulating arrangement | |
US12158066B2 (en) | Autodriller contextual scaling | |
CN1749528B (en) | Automatic control system of hydraulic follow-up screw pile | |
KR100242967B1 (en) | Hydraulic pump control device and method of excavator | |
SU1719122A1 (en) | Weight-on-bit and rotational speed automatic control system |