Регулятор подачи долота.

Под подачей долота понимают последовательное опускание верхней 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 разбуривания породы, то нагрузка на забой растет, что может повлечь за собой искривление ствола скважины или поломку бурильных труб. Если скорость подачи долота меньше скорости разбуривания, то нагрузка на забой уменьшается, что приводит к уменьшению скорости бурения.

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

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

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

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

Электромашинные регуляторы подачи долота активного типа РПДЭ-7, РПДЭ-8  (заменившие выпускаемые ранее с электроприводом по системе Г — Д регуляторы подачи долота типа РПДЭ-3) предназначены для поддержания режимов бурения скважин при турбинном и роторном бурении. Они входят в комплект серийных буровых установок последних выпусков (РПДЭ-7 для морских буровых установок).

Регуляторы обеспечивают режим поддержания заданного значения нагрузки на долото (веса инструмента на крюке), т.е. основной режим, и режим поддержания заданного значения скорости подачи или подъема инструмента — вспомогательный режим. Регуляторы подачи долота РПДЭ-7 и РПДЭ-8 оснащены электроприводом (по системе ТП — Д).

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

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

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

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.

Рис. Функциональная схема автоматического регулятора подачи долота (а); механические характеристики электропривода (б):
1 — бурильный инструмент; 2 — талевый канат; 3 — датчик веса; 4 — буровая вышка; 5 — барабан лебедки; 6 — передаточный механизм; 7 — редуктор; 8 — электродвигатель (М); U3B, Ux, U3n — сигналы соответственно задания веса, скорости, тока якоря, тока возбуждения

К основным параметрам электропривода РПДЭ относятся установленная мощность привода и максимальная частота вращения, соответствующая максимальной скорости подачи КБТ равной 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.

Для дистанционного управления регулятором подачи долота используется аппаратура, расположенная на пульте бурильщика.  

Опыт эксплуатации 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 величине тока якоря исполнительного двигателя и математической модели процесса, а также создания прогнозирующих регуляторов. Техническая реализация таких регуляторов связана с использованием средств вычислительной техники.

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

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

Ключ типа АКБ.

Применяется для автоматизации процессов свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб при спуско-подъемных операциях.
    Состоит из блока ключа, колонны с кареткой и пульта управления.

Блок ключа - основной механизм, выполняющий операции свинчивания и развинчивания труб. По направляющим полозьям блок ключа перемещается вдоль каретки под действием двух пневматических цилиндров двойного действия, обеспечивая подвод трубозажимного устройства к бурильной трубе и отвод от нее. Вращение трубозажимного устройства блока ключа АКБ-3М2 - от пневмодвигателя через редуктор.

Каретка свободно вращается в верхней части колонны, и ее положение при работе фиксируется. Каретка с блоком ключа может перемещаться вдоль колонны по высоте. Нижней частью колонны ключ жестко крепится к основанию буровой.

Пульт управления позволяет регулировать работу ключа дистанционно.

Ключ АКБ-4, конструкция схожа с конструкцией ключа АКБ-3М2, но имеет дополнительные преимущества:
- дополнительная двухскоростная коробка передач обеспечивает более высокий крутящий момент (70 против 30 кНм);
- момент создается статическим, а не ударным действием;
- ключ оснащен системой контроля крутящего момента и автоматической остановки двигателя при достижении заданной величины момента;
- применена новая, более эффективная тормозная система.
   Ключ устанавливают на буровой между лебедкой и ротором со стороны приводного вала на вышечно-лебедочном блоке, к которому он прикрепляется болтами.