Автоматический регулятор загрузки глубинного двигателя привода долота

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

250803

Союз Советснив

Социалистичеснит

Республин

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 22.111.1967 (№ 1143367/22-3) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 26,VIII 1969. Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 30.1.1970

Кл. 5а, 34/10

5а, 14/10

МПК Е 21Ь

УДК 622.243.92.05 (088.8) Комитет ао лелеет изобретений и открытиЯ ири Совете Министров

СССР

Автор изобретения

М. Г. Эскин

Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяного машиностроения

Заявитель

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ЗАГРУЗКИ ГЛУБИННОГО

ДВИГАТЕЛЯ ПРИВОДА ДОЛОТА

Известны автоматические регуляторы загрузки глубинных двигателей привода долота, содержащие сервоцилиндры, насосы и блоки автоматики.

Однако в этих регуляторах, работающих по автономной схеме, наблюдается постоянное потребление мощности от глубинного двигателя на привод насоса. Помимо загрузки машины это приводит к перегреву рабочей жидкости гидросистемы регулятора. Вследствие этого исключается возможность быстродействующего регулирования.

Описываемый автоматический регулятор отличается тем, что он выполнен с насосом регулируемой производительности обратимого действия, регулировочный орган которого соединен с глубинным двигателем с помощью систе мы датчиков загрузки глубинного двигателя.

Такое выполнение ускоряет процесс регулирования независимо от глубины бурения, уменьшает установленную мощность глубинного двигателя и наземного оборудования и облегчает запуск глубинного двигателя под нагрузкой.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый регулятор; на фиг. 2 — его принципиальная схема.

Устройство содержит сервоцилиндр 1, поршень 2 которого и шток 8 соединены с нижней частью бурильной колонны 4, а корпус сервоцилиндра — со статором 5 забойного двигателя, удерживаемого от проворачивания под действием реактивного момента штангой б с продольными пазами.

К валу 7 забойного двигателя непосредственно или через редуктор 8 присоединяется насос 9 переменной производительности, который может работать в насосном и двигательном режимах.

В описываемом регуляторе применен насос

9 аксиально-поршневого типа с наклонной шайбой 10 для управления скоростью вращения турбобура.

Для измерения скорости вращения служит датчик 11 гидромеханический, центробежный и др.), соединенный механической связью 12 с валом 7. Нагнетательная линия насоса дагчика соединена трубопроводом 18 с сервомеханизмом 14, поршень которого через тягу 15 соединен с рычагом lб, подпружиненным пружиной 17, натяг которой регулируется винтом 18.

Один конец рычага lб закреплен шарниром

19 на статоре 5, а другой конец через гидроусилитель 20 связан с наклонной шайбой 10 насоса 9.

В гидролинии включены лубрикатор 21 через обратные клапаны 22 и 28, а также предохранительные клапаны 24 и 25 максимального давления, регулируемый 2б и запорный 27

30 вентили. Вентиль 27 соединен с сервомеханиз250803

3 мом 28 с помощью тяги 29 и рычага 80, подпружиненного пружиной 81.

В случае применения описываемого регулятора к электробуру вместо гидромеханического узла с элементами 11 — 18, устанавливается электрический узел для измерения и сравнения сигналов, а вместо гидроусилителя 20 и гидравлического сервом еханизм а 28 — электромеханические. В этом случае будет стабилизироваться ток, мощность или активный ток электробура.

При использовании автоматического регулятора с глубинными двигателями другого типа соответственно замещаются вышеуказанные элементы.

Автоматический регулятор работает следующим образом.

Когда скорость вращения турбобура равна или близка заданной натяжением пружины 17, наклонная шайба 10 находится в нейтральном положении, угол ее наклона близок к нулю.

Производительность и мощность насоса будут также близки к нулю.

При уменьшении момента вращения на долоте скорость турбобура начнет увеличиваться, сила на тяге 15 преодолеет усилие пружины 17, переместит рычаг Iб вверх и через гидроусилитель переместит наклонную шайбу 10 насоса 9. Это приведет к увеличению производительности и мощности, отбираемой насосом от .вала турбобура. Скорость будет увеличиваться не только за счет увеличения давления в полости А и увеличения нагрузки на долото, но наиболее интенсивно за счет подключения к валу двигателя насоса 9, как мощного энергетического потребителя.

Благодаря этому время нарастания момента вращения и восстановления скорости до значения, близкого к заданному, не зависит непосредственно от длины бурильной колонны и определяется временем действия датчика 11 и гидроусилителя 20.

При гидравлическом исполнении это время можно сократить до долей секунды, что важно для стабилизации забойных двигателей в изменяющихся условиях бурения.

Постепенно, по мере нарастания давления в полости и осевого усилия, величина мощности забираемой насосом 9 от турбобура будет уменьшаться и в новом установившемся состоянии будет вновь близка к нулю.

При увеличении момента вращения на долоте скорость турбобура начнет уменьшаться, и схема будет работать в обратном порядке.

При этом насос работает в двигательном режиме, создавая дополнительный вращающий момент валу турбобура и рекуперируя на вал энергию, запасенную ранее в виде энергии деформации сжатых бурильных труб. Рекуперация энергии производится посредством сервоцилиндра 1, работающего в этом случае в насосном режиме.

При больших перегрузках регулятор может уменьшить осевую нагрузку до нуля и даже приподнять долото над забоем.

Предмет изобретения

Автоматический регулятор загрузки глубинного двигателя привода долота, например, турбобура, состоящий из сервоцилиндра, насоса и блока автоматики, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса регулирования независимо от глубины бурения, уменьшения установленной мощности глубинного двигателя и наземного оборудования и облегчения запуска глубинного двигателя под нагрузкой, он выполнен с насосом регулируемой производи4

Верхний конец бурильной колонны может быть неподвижным либо его можно опускать со скоростью, примсрно близкой к скорости бурения.

По мере использования хода сервоцилиндра производят перезарядку, опуская верхнюю часть колонны на 0,5 — 0,75 полного хода поршня. При этом будет увеличиваться осевая нагрузка, уменьшаться скорость вращения турбобура, и жидкость из полости А через насос

9 будет перекачиваться в полость Б сервоцилиндра 1.

Аналогично описанному выше будет работать автоматический регулятор применительно к электробуру или другому глубинному двигателю привода долота.

Отличие будет только в регулируемом параметре (например, для электробура — ток, мощность) и виде сигналов и связей (напри2О мер, электрических) между соответственно измененными элементами автоматического регулятора.

Для облегчения запуска турбобура на забое перед спуском колонны, регулируя вентиль 2б, 25 устанавливают поршень в среднее положе,ние, после чего вентиль 2б закрывают. Вентиль 27 при этом закрыт с помощью пружины

81 и разобщает сервоцилиндр 1 с насосом 9.

Над забоем после включения буровых наЗО сосов давлением глинистого раствора включается сервомеханизм 28, открывающий вентиль

27, и автоматический регулятор переводится в рабочее положение.

Турбобур опускается на забой, создается

35 осевая нагрузка и увеличивается давление в полости А сервоцилиндра 1. Если турбобур не раскрутится, поток жидкости из полости А начнет нагнетаться через насос 9, работающий в этом случае в двигательном режиме, и

40 развивающий дополнительный, момент, способствующий запуску турбобура, В случае применения автоматического регулятора с электробуром, при его включении на забое, срабатывает электромагнитный сер45 вомеханизм, устанавливаемый вместо сервомеханизма 28.

При включении электробура .регулируемый параметр (например, ток, мощность) всегда больше заданного значения, и поэтому насос

5о автоматически переводится на работу в режим двигателя, создающего дополнительный момент, способствующий запуску турбобура.

250803 тельности обратимого действия, регулировочный орган которого соединен с глубинным

2о

1б

?6 го

Составитель В. Сатаров

Техред Л. Я. Левина

Редактор H. Суханова

Корректор Г. С. Мухина

Заказ 3926(3 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

25 гз двигателем с помощью системы датчиков загрузки глубинного двигателя.