RU2108456C1 - Method for adjusting electric drive of bit feed regulator - Google Patents

Method for adjusting electric drive of bit feed regulator Download PDF

Info

Publication number
RU2108456C1
RU2108456C1 RU96109027A RU96109027A RU2108456C1 RU 2108456 C1 RU2108456 C1 RU 2108456C1 RU 96109027 A RU96109027 A RU 96109027A RU 96109027 A RU96109027 A RU 96109027A RU 2108456 C1 RU2108456 C1 RU 2108456C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bit
current
motor
load
error
Prior art date
Application number
RU96109027A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96109027A (en
Inventor
Вячеслав Георгиевич Алферов
Павел Эдуардович Ишханов
Руслан Мирзагалиевич Хусаинов
Original Assignee
Вячеслав Георгиевич Алферов
Павел Эдуардович Ишханов
Руслан Мирзагалиевич Хусаинов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вячеслав Георгиевич Алферов, Павел Эдуардович Ишханов, Руслан Мирзагалиевич Хусаинов filed Critical Вячеслав Георгиевич Алферов
Priority to RU96109027A priority Critical patent/RU2108456C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2108456C1 publication Critical patent/RU2108456C1/en
Publication of RU96109027A publication Critical patent/RU96109027A/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: drilling machinery and equipment. SUBSTANCE: this can be used in drilling oil and gas well: according to method, after presetting thrust load on drill bit, it is converted into digital form in analog-digital converter of microprocessor unit. Bit feed speed is preset in microprocessor unit. After releasing of drilling pipe string and measuring of motor current, actual value of motor current is converted into digital form in analog-digital converter. Static motor current is determined in microprocessor unit according to algorithm given in description of invention. Recorded is static motor current in microprocessor unit, thus memorizing weight of drilling string before bit touches bottom-hole. Aforesaid operations are repeated at each drilling step in well through length of each pipe connected to drilling string. Then, electric drive of bit feed regulator is tested. After drill bit touches bottom-hole, motor current as measured by current sensor is converted into digital form in analog-digital converter. Determined in microprocessor unit is static motor current according to algorithm given in description of invention. Determined in microprocessor unit is thrust load on bit and detected is error in thrust load on bit. Error is processed according to algorithm given in description of invention, thus determining control signal for motor rotation speed. After measuring motor speed, its actual value is converted into digital form. Error of motor rotation speed is determined in microprocessor unit, its value is processed, thus finding assignment signal for current. Determined in microprocessor unit is error in motor current, it is processed, thus finding control signal for converter. Signal is directed to input-output port of microprocessor unit, it is converted into analog form in analog-digital converter and converted control signal is directed to converter which feeds motor. Electric drive is subjected to testing according to algorithm given in description of invention. EFFECT: higher efficiency. 1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, а именно к способам регулирования электропривода регулятора подачи долота, обеспечивающим поддержание в процессе бурения такого давления на забой, при котором обеспечивается максимально допустимая в данных условиях скорость проходки. Данный способ может быть использован при проводке нефтяных и газовых скважин. The invention relates to drilling equipment, and in particular to methods of regulating the electric drive of the bit feed regulator, which ensure that during drilling the pressure at the bottom is maintained at which the maximum penetration rate is allowed under the given conditions. This method can be used when wiring oil and gas wells.

Известен способ регулирования электропривода регулятора подачи долота, по которому на входе электропривода задают нагрузку на долото с помощью задатчика нагрузки на долото, растормаживают колонну бурильных труб, измеряют вес колонны с помощью датчика веса, фиксируют вес колонны до соприкосновения долота с забоем и повторяют перечисленные операции при каждом разбуривании скважины на длину очередной пристыкованной к колонне трубы; после соприкосновения долота с забоем измеряют вес колонны с помощью датчика веса, определяют нагрузку на долото, определяют ошибку по нагрузке на долото, определяют сигнал задания на скорость двигателя регулятора подачи долота, обрабатывая эту ошибку, измерят скорость двигателя с помощью датчика скорости, определяют ошибку по скорости двигателя, определяют сигнал задания на ток регулятора подачи долота, обрабатывая эту ошибку; измеряют ток двигателя с помощью датчика тока, определяют ошибку по току двигателя, определяют управляющее воздействие на преобразователь, питающий двигатель регулятора подачи долота, обрабатывая эту ошибку, и подают это управляющее воздействие на преобразователь, питающий двигатель регулятора подачи долота [1]. A known method of controlling the electric drive of the bit feed regulator, according to which the bit load is set at the bit input using a bit load adjuster, brake the drill pipe string, measure the weight of the string using a weight sensor, record the weight of the string until the bit contacts the face and repeat the above operations when each well drilling to the length of the next pipe docked to the string; after the bit contacts the face, the column weight is measured using a weight sensor, the load on the bit is determined, the error on the bit load is determined, the reference signal for the motor speed of the bit feed controller is determined, processing this error, the engine speed is measured using the speed sensor, the error is determined by engine speed, determine the signal of the reference to the current of the bit feed controller, processing this error; they measure the motor current with a current sensor, determine the error in the motor current, determine the control action on the converter supplying the bit feed regulator motor, processing this error, and feed this control effect on the converter supplying the bit feed regulator motor [1].

Недостатками данного технического решения являются прежде всего невысокая точность измерения веса колонны бурильных труб по сигналу, пропорциональному натяжению неподвижного конца талевого каната регулятора подачи долота, неоднозначность этого сигнала при одном и том же усилии на крюке для режимов подъема и подачи (например, при переходе с подачи на подъем датчик веса показывает меньший вес, а при переходе с подъема на подачу - больший), возникающая из-за наличия сил трения в системе, эквивалентная сигналу положительной обратной связи, что может привести в ряде случаев к неустойчивой работе электропривода и автоколебаниям при малых скоростях бурения, а также низкая точность измерений датчика веса из-за наличия сил трения в системе, что вызывает снижение точности поддержания заданной нагрузки на долото. The disadvantages of this technical solution are, first of all, the low accuracy of measuring the weight of the drill pipe string by a signal proportional to the tension of the fixed end of the hoist rope of the bit feed regulator, the ambiguity of this signal with the same effort on the hook for lifting and feeding modes (for example, when switching from feed on lifting, the weight sensor shows less weight, and when switching from lifting to feeding, it shows more), which arises due to the presence of friction forces in the system, which is equivalent to a positive feedback signal, it may in some cases lead to unstable operation of the drive and oscillate at low drilling speeds and low precision load cell measurements because of friction forces in the system that causes a reduction in accuracy maintain the desired WOB.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ регулирования электропривода регулятора подачи долота, при котором на его входе задают нагрузку на долото с помощью задатчика нагрузки на долото, растормаживают колонну бурильных труб, измеряют ток двигателя с помощью датчика тока, фильтруют измеренный сигнал, дифференцируют отфильтрованный сигнал, усиливают дифференцированный сигнал, определяют статический ток двигателя, вычитая из сигнала, измеренного датчиком тока, усиленный дифференцированный сигнал, фиксируют статический ток двигателя с помощью потенциометра, запоминая тем самым вес колонны до соприкосновения долота с забоем, и повторяют перечисленные выше операции при каждом разбуривании скважины на длину очередной пристыкованной к колонне трубы; после соприкосновения долота с забоем вновь измеряют ток двигателя с помощью датчика тока, фильтруют измеренный сигнал, дифференцируют отфильтрованный сигнал, усиливают дифференцированный сигнал, определяют статический ток двигателя (вес колонны бурильных труб), вычитая из сигнала, измеренного датчиком тока, усиленный дифференцированный сигнал; определяют нагрузку на долото, определяют ошибку по нагрузке на долото, вычитают из нее дифференциальную составляющую тока двигателя, определяют сигнал задания на скорость двигателя регулятора подачи долота, обрабатывая эту ошибку, измеряют скорость двигателя с помощью датчика скорости, определяют ошибку по скорости двигателя, определяют сигнал задания на ток регулятора подачи долота, обрабатывая эту ошибку, определяют ошибку по току двигателя; определяют управляющее воздействие на преобразователь, питающий двигатель регулятора подачи долота, обрабатывая эту ошибку, и подают это управляющее воздействие на преобразователь, питающий двигатель регулятора подачи долота [2]. The technical solution closest to the invention is a method for controlling the electric drive of the bit feed regulator, in which the bit load is set at its input using a bit load adjuster, brake the drill pipe string, measure the motor current using a current sensor, filter the measured signal, and differentiate the filtered signal amplify the differentiated signal, determine the static current of the motor, subtracting the amplified differentiated signal from the signal measured by the current sensor, fix static motor current using a potentiometer, thereby remembering the weight of the column until the bit touches the face, and the above operations are repeated for each well drilling to the length of the next pipe connected to the column; after the bit contacts the face, the current of the motor is again measured using a current sensor, the measured signal is filtered, the filtered signal is differentiated, the differential signal is amplified, the static current of the engine (the weight of the drill pipe string) is determined by subtracting the amplified differentiated signal from the signal measured by the current sensor; determine the load on the bit, determine the error on the load on the bit, subtract from it the differential component of the motor current, determine the reference signal for the motor speed of the bit feed controller, process this error, measure the speed of the engine using a speed sensor, determine the error by the speed of the engine, determine the signal tasks for the current of the bit feed regulator, processing this error, determine the error by the motor current; determining the control action on the converter feeding the motor of the bit feed regulator, processing this error, and applying this control effect on the converter feeding the motor of the bit feed regulator [2].

Недостатками этого технического решения являются, во-первых, значительная динамическая ошибка по нагрузке на долото при возмущениях по каналу нагрузки из-за невозможности снизить этот показатель качества работы регулятора подачи долота вследствие значительной разницы в постоянных времени электромагнитного и механического звеньев электропривода, поскольку увеличение коэффициента в формирующей части регулятора веса, регулирующего по пропорционально-интегральному закону, которое могло бы улучшить рассматриваемый показатель, приводит к существенному ухудшению электромагнитных переходных процессов; во-вторых, низкое быстродействие электропривода при реакции на возмущающие воздействия из-за значительной разницы в постоянных времени электромагнитного и механического звеньев электропривода, поскольку увеличение коэффициента в пропорциональной части при регулировании веса по пропорционально-интегральному закону, которое могло бы улучшить рассматриваемый показатель, приводит к существенному ухудшению электромагнитных переходных процессов; в-третьих, дополнительный износ элементов колонны бурильных труб из-за колебательного характера процессов при возмущениях по каналу нагрузки при применяемой настройке регулятора веса; в-четвертых, значительные перегрузки долота, приводящие к снижению его износостойкости, и значительные недогрузки, снижающие производительность буровых работ, возникающие из-за неизбежного запаздывания, с которым электропривод реагирует на приложение нагрузки, поскольку в системе с распределенными параметрами, какой является электропривод регулятора подачи долота, не только с запаздыванием воспринимается информация об изменении нагрузки, но и воздействие на рабочий инструмент происходит через конечное время прохождения сигнала по трубам. The disadvantages of this technical solution are, firstly, a significant dynamic error in the load on the bit due to disturbances along the load channel due to the inability to reduce this performance indicator of the bit feed regulator due to the significant difference in the time constants of the electromagnetic and mechanical links of the electric drive, since the increase in the coefficient the forming part of the weight regulator, which regulates according to the proportional-integral law, which could improve the indicator in question, the drive um to a significant deterioration in electromagnetic transients; secondly, the low speed of the electric drive in response to disturbing influences due to the significant difference in the time constants of the electromagnetic and mechanical links of the electric drive, since an increase in the coefficient in the proportional part when adjusting the weight according to the proportional-integral law, which could improve the indicator in question, leads to significant deterioration of electromagnetic transients; thirdly, additional wear of drill pipe string elements due to the oscillatory nature of the processes during disturbances along the load channel when the weight regulator setting is applied; fourthly, significant overloads of the bit, leading to a decrease in its wear resistance, and significant underloads, which reduce drilling productivity due to the inevitable delay with which the electric drive reacts to the application of load, since in a system with distributed parameters, what is the electric drive of the feed regulator bits, not only with delay is perceived information about the change in load, but also the impact on the working tool occurs through the final time of the signal rubam.

Вследствие указанных недостатков долото в процессе работы испытывает значительные механические перегрузки и быстро изнашивается. Необходимость частой смены долота и выполнения соответствующих спуско-подъемных операций снижает производительность буровых операций. Работая в твердых слоях, при дополнительном увеличении твердости породы и, следовательно, динамическом возрастании нагрузки на долото, породоразрушающий инструмент не только сам испытывает перегрузки, но и передавливает разбуриваемую породу, что отрицательно сказывается на эффективности бурения. Due to these shortcomings, the bit during operation experiences significant mechanical overloads and quickly wears out. The need for frequent change of the bit and the implementation of appropriate hoisting operations reduces the productivity of drilling operations. Working in hard layers, with an additional increase in the hardness of the rock and, consequently, a dynamic increase in the load on the bit, the rock cutting tool not only experiences overloads, but also crushes the drillable rock, which negatively affects drilling efficiency.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в улучшении качества регулирования электропровода регулятора подачи долота за счет формирования динамических характеристик электропривода, обеспечивающих оптимальные условия отработки долота вследствие снижения динамической ошибки регулирования и увеличения быстродействия системы, повышении надежности работы электропривода, а также увеличение за счет этого производительности буровых работ. The technical result to which the invention is directed is to improve the quality of regulation of the electric wire of the bit feed regulator by forming the dynamic characteristics of the electric drive, providing optimal conditions for working the bit due to a decrease in the dynamic error of regulation and an increase in the speed of the system, increasing the reliability of the electric drive, as well as an increase due to this drilling performance.

Технический результат достигается тем, что в способе регулирования электропривода регулятора подачи долота, заключающемся в том, что задают нагрузку на долото, растормаживают колонну бурильных труб, измеряют ток двигателя электропривода датчиком тока, определяют статический ток двигателя, для чего фильтруют измеренный сигнал тока, дифференцируют отфильтрованный сигнал тока, умножают дифференцированный сигнал на коэффициент, равный моменту инерции двигателя, приведенному к валу двигателя, для определения его динамической составляющей, вычитают из отфильтрованного сигнала тока динамическую составляющую тока двигателя, фиксируют статический ток двигателя, запоминая тем самым вес колонные до соприкосновения долота с забоем, и повторяют перечисленные выше операции при каждом разбуривании скважины на длину очередной пристыкованной к колонне трубы, после соприкосновения долота с забоем вновь измеряют ток двигателя и определяют его статический ток, определяют нагрузку на долото, ошибки по нагрузке на долото, обрабатывают ее, определяя сигнал задания на скорость двигателя регулятора подачи долота, измеряют скорость двигателя с помощью датчика скорости, определяют ошибку по скорости двигателя, обрабатывают ошибку по скорости двигателя, определяя сигнал задания на ток, определяют ошибку по току, обрабатывают ее, определяя управляющее воздействие на преобразователь, питающий двигатель, и подают его на преобразователь,
после задания нагрузки на долото преобразуют его в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе микропроцессорного комплекта, задают в микропроцессорном комплекте скорость подачи долота, после растормаживания колонны бурильных труб и измерения тока двигателя преобразуют текущее значение тока двигателя, измеренное датчиком тока, в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя, преобразованный сигнал значения тока двигателя фильтруют в микропроцессорном комплекте, дифференцируют отфильтрованный сигнал тока двигателя в микропроцессорном комплекте, умножают в микропроцессорном комплекте дифференцированный сигнал на коэффициент, равный моменту инерции двигателя, приведенному к валу двигателя, для определения динамической составляющей тока двигателя,
вычитают в микропроцессорном комплекте из отфильтрованного сигнала тока динамическую составляющую тока двигателя для определения статического тока двигателя, фиксируют статический ток двигателя, запоминая тем самым в микропроцессорном комплекте все колонны до соприкосновения долота с забоем, и повторяют перечисленные выше операции при каждом разбуривании скважины на длину очередной пристыкованной к колонне трубы, затем тестируют электропривод регулятора подачи долота, после соприкосновения долота с забоем вновь определяют статический ток двигателя, измеряя ток двигателя с помощью датчика тока, преобразуя текущее значение тока двигателя в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя,
обрабатывают преобразованный сигнал значения тока двигателя, фильтруя в микропроцессорном комплекте, дифференцируя в микропроцессорном комплекте отфильтрованный сигнал, умножая в микропроцессорном комплекте дифференцированный сигнал на коэффициент, равный моменту инерции двигателя, приведенному к валу двигателя, для определения динамической составляющей тока двигателя, и вычитая из отфильтрованного сигнала тока динамическую составляющую тока двигателя,
определяют нагрузку на долото в микропроцессорном комплекте, определяют в микропроцессорном комплекте ошибку по нагрузке на долото, обрабатывают в микропроцессорном комплекте ошибку по нагрузке на долото по алгоритму, приведенному в описании, определяя сигнал задания на скорость двигателя регулятора подачи долота, после измерения скорости двигателя с помощью датчика скорости преобразуют текущее значение скорости двигателя в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя, определяют в микропроцессорном комплекте ошибку по скорости двигателя, обрабатывают в микропроцессорном комплекте ошибку по скорости двигателя, определяя сигнал задания на ток регулятора подачи долота,
определяют ошибку по току двигателя с помощью датчика тока, обрабатывают эту ошибку, определяя управляющее воздействие на преобразователь, питающий двигатель регулятора подачи долота, выдают это управляющее воздействие в порт ввода-вывода микропроцессорного комплекта, преобразуют его из цифровой в аналоговую форму с помощью цифроаналогового преобразователя и подают преобразованное управляющее воздействие на преобразователь, питающий двигатель регулятора подачи долота.The technical result is achieved by the fact that in the method of controlling the electric drive of the bit feed regulator, namely, that the load on the bit is set, the drill pipe string is released, the current of the electric motor is measured by a current sensor, the static motor current is determined, for which the measured current signal is filtered, and the filtered one is differentiated current signal, multiply the differentiated signal by a factor equal to the moment of inertia of the motor, reduced to the motor shaft, to determine its dynamic component d, the dynamic component of the motor current is subtracted from the filtered current signal, the static current of the motor is recorded, thereby remembering the weight of the column until the bit touches the face, and the above operations are repeated each time a well is drilled to the length of the next pipe docked to the column, after the bit contacts the face again measure the motor current and determine its static current, determine the load on the bit, errors on the load on the bit, process it, determining the reference signal for the speed of the motor eating the bit feed regulator, measure the speed of the motor using a speed sensor, determine the error by the speed of the engine, process the error by the speed of the motor, determine the signal for the current reference, determine the error by current, process it, determine the control effect on the converter that feeds the motor, and feed him to the converter,
after setting the load on the bit, it is converted to digital form in the analog-to-digital converter of the microprocessor set, the bit feed rate is set in the microprocessor set, after braking the drill pipe string and measuring the motor current, the current motor current value measured by the current sensor is converted into digital form using analog-to-digital converter, the converted signal of the motor current value is filtered in a microprocessor kit, the filtered motor current signal is differentiated ator Included in microprocessor, a microprocessor multiplied differentiated signal supplied by a factor equal to the moment of inertia of the engine, the motor shaft for determining the dynamic component of the motor current,
in the microprocessor kit, the dynamic component of the motor current is subtracted from the filtered current signal to determine the static motor current, the static motor current is recorded, thereby remembering all the columns in the microprocessor kit until the bit contacts the face, and the above operations are repeated for each well drilling to the length of the next docked to the pipe string, then the electric drive of the bit feed regulator is tested, after the bit contacts the face, the static is determined again motor current, measuring the motor current using a current sensor, converting the current value of the motor current to digital form using an analog-to-digital converter,
they process the converted signal of the motor current value by filtering in the microprocessor kit, differentiating the filtered signal in the microprocessor kit, multiplying the differentiated signal in the microprocessor kit by a factor equal to the moment of inertia of the motor, reduced to the motor shaft, to determine the dynamic component of the motor current, and subtracting it from the filtered signal current dynamic component of the motor current,
determine the load on the bit in the microprocessor set, determine the error on the load on the bit in the microprocessor set, process the error on the load on the bit in the microprocessor set according to the algorithm described in the description, determining the reference signal for the motor speed of the bit feed controller, after measuring the engine speed using speed sensors convert the current value of the engine speed into digital form using an analog-to-digital converter, determine the error in the microprocessor set according to the engine speed, the error in the microprocessor set is processed according to the engine speed, determining the signal of the reference for the current of the bit feed regulator,
they determine the error in the motor current using a current sensor, process this error by determining the control action on the converter supplying the bit feed regulator motor, issue this control action to the input / output port of the microprocessor kit, convert it from digital to analog form using a digital-to-analog converter, and submitting a transformed control action to the converter feeding the motor of the bit feed regulator.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода регулятора подачи долота; на фиг. 2 - алгоритм программы регулирования осевой нагрузки на долото в регуляторе подачи долота; на фиг. 3 - алгоритм работы подпрограммы определения статического тока двигателя; на фиг. 4 - алгоритм вычисления управляющего воздействия в подпрограмме регулирования осевой нагрузки на долото; на фиг. 5 и 6 - алгоритм тестирования электропривода регулятора подачи долота; на фиг. 7 - алгоритм работы подпрограммы определения конечного рассогласования по нагрузке на долото; на фиг. 8 - алгоритм работы подпрограммы формирования формы эталонного переходного процесса по нагрузке на долото. In FIG. 1 shows a functional diagram of the electric drive of the bit feed regulator; in FIG. 2 - algorithm of the program for regulating the axial load on the bit in the bit feed regulator; in FIG. 3 - algorithm of the routine for determining the static current of the motor; in FIG. 4 - algorithm for calculating the control action in the subroutine for regulating axial load on the bit; in FIG. 5 and 6 - algorithm for testing the electric drive of the bit feed regulator; in FIG. 7 - the algorithm of the subroutine for determining the final mismatch in the load on the bit; in FIG. 8 is a flow chart of a routine for shaping a reference transient process according to a bit load.

Электропривод регулятора подачи долота содержит задатчик 1 нагрузки на долото, датчик 2 тока, датчик 3 скорости, микропроцессорный комплект 4, преобразователь 5, двигатель 6, понижающий редуктор 7, цепную передачу 8, барабан 9 лебедки (не показана), талевый канат 10 с талевой системой (не показана) и буровой инструмент, который состоит из колонны бурильных труб 11 и долота 12 (фиг. 1). The electric drive of the bit feed controller contains a bit load adjuster 1, a current sensor 2, a speed sensor 3, a microprocessor set 4, a converter 5, an engine 6, a reduction gear 7, a chain gear 8, a winch drum 9 (not shown), a hoist rope 10 with a hoist system (not shown) and a drilling tool, which consists of a drill pipe string 11 and a bit 12 (Fig. 1).

Вход 1 микропроцессорного комплекта 4 соединен с задатчиком 1 нагрузки на долото 12, вход 2 - с датчиком 2 тока, вход 3 - с датчиком 3 скорости. К выходу микропроцессорного комплекта 4 подключают преобразователь 5, питающий двигатель 6, сочлененный через понижающий редуктор 7, цепную передачу 8, барабан 9 лебедки и талевый канат 10 с талевой системой; последняя через кронблок 13 соединена с буровой вышкой 14, несущей буровой инструмент, подвешенный на крюке 15. Колонна бурильных труб 11 опускается в скважину 16 и фиксируется в нерабочем положении с помощью квадрата 17. Шланг 18 служит для подачи бурового раствора, а датчик 19 веса, установленный на неподвижном конце талевого каната 10, - для визуального контроля за ходом изменения нагрузки на долото 12. Input 1 of the microprocessor set 4 is connected to the setpoint 1 of the load on the bit 12, input 2 to the current sensor 2, input 3 to the speed sensor 3. To the output of the microprocessor set 4, a converter 5 is connected, a feeding motor 6, articulated through a reduction gear 7, a chain gear 8, a winch drum 9 and a hoist rope 10 with a hoist system; the latter through the crown block 13 is connected to the derrick 14, which carries the drilling tool suspended on the hook 15. The string of drill pipes 11 is lowered into the borehole 16 and is fixed in the idle position using the square 17. The hose 18 serves to supply the drilling fluid, and the weight sensor 19, mounted on the fixed end of the hoist rope 10, - for visual monitoring of the progress of changes in the load on the bit 12.

Задатчик 1 нагрузки на долото 12, датчик 2 тока, датчик 3 скорости, преобразователь 5, двигатель 6 соответствуют [1], а понижающий редуктор 7, цепная передача 8, барабан лебедки 9, талевый канат 10 с талевой системой и буровой инструмент, состоящий из колонны бурильных труб 11 и долота 12, могут быть взяты из [2] . Микропроцессорный комплект 4 выполняет функции регулирования осевой нагрузки на долото, числа оборотов и момента электропривода регулятора подачи долота. В качестве микропроцессорного комплекта 4 может быть использован микропроцессорный комплект, например, МК-51 [3]. В состав электропривода регулятора подачи долота может входить двигатель как постоянного, так и переменного тока. The setpoint 1 of the load on the chisel 12, the current sensor 2, the speed sensor 3, the converter 5, the engine 6 correspond to [1], and the reduction gear 7, the chain gear 8, the winch drum 9, the hoist rope 10 with a hoist system and a drilling tool consisting of drill pipe strings 11 and drill bits 12 may be taken from [2]. Microprocessor set 4 performs the functions of regulating the axial load on the bit, the number of revolutions and the moment of electric drive of the bit feed regulator. As a microprocessor kit 4, a microprocessor kit, for example, MK-51 [3], can be used. The electric drive of the bit feed regulator may include a motor of either direct or alternating current.

Электропривод регулятора подачи долота работает следующим образом. The electric drive regulator feed bit works as follows.

При изменении нагрузки на долото 12 вследствие изменения твердости разбуриваемой породы изменяются также скорость подачи долота 12 (число оборотов двигателя 6) и ток двигателя 6. Информация об изменении последних двух параметров поступает в микропроцессорный комплект 4 через, соответственно, датчик 3 скорости и датчик 2 тока. Информация о текущем значении нагрузки на долото 12 вычисляется программно по сигналу с датчика 2 тока. Так, при увеличении нагрузки на долото 12 сигнал с датчика 2 тока в среднем уменьшается. Микропроцессорный комплект 4 определяет с помощью этого вычислительного значения факт увеличения нагрузки и по заложенному в него алгоритму (фиг. 2) вырабатывает и выдает на преобразователь 5, питающий двигатель 6, такое управляющее воздействие, которое приводит нагрузку на долото 12 в соответствие с установленным на задатчике 1 нагрузки на долото 12 значением. При этом сигнал с датчика 2 тока увеличивается, а сигнал с датчика 3 скорости уменьшается. Процесс регулирования завершается в том случае, когда вычисленное микропроцессорным комплектом 4 через сигнал с датчика 2 тока значение нагрузки на долото 12 с требуемой по условиям регулирования точностью совпадает с сигналом с задатчика 1 нагрузки на долото. При снижении нагрузки на долото вследствие какого-либо возмущения изменение сигналов с датчика 2 тока и датчика 3 скорости противоположно описанному ранее. When changing the load on the bit 12 due to changes in the hardness of the drilled rock, the feed rate of the bit 12 (engine speed 6) and the current of the motor 6 also change. Information about the change in the last two parameters is transmitted to the microprocessor set 4 through, respectively, the speed sensor 3 and the current sensor 2 . Information about the current value of the load on the bit 12 is calculated programmatically by a signal from the current sensor 2. So, with increasing load on the bit 12, the signal from the current sensor 2 decreases on average. Using this computational value, the microprocessor set 4 determines the fact of an increase in the load and, according to the algorithm laid down in it (Fig. 2), generates and issues to the inverter 5, which feeds the motor 6, such a control action that brings the load on the bit 12 in accordance with that set on the control unit 1 load on the bit 12 value. In this case, the signal from the current sensor 2 increases, and the signal from the speed sensor 3 decreases. The regulation process ends when the load on the bit 12 calculated by the microprocessor set 4 through the signal from the current sensor 2 coincides with the accuracy required by the regulation conditions with the signal from the bit load adjuster 1. When the load on the bit is reduced due to any disturbance, a change in the signals from the current sensor 2 and the speed sensor 3 is opposite to that described previously.

Ниже подробнее рассмотрена работа электропривода регулятора подачи долота. Программа регулирования осевой нагрузки на долото, заложенная в микропроцессорный комплект 4, включает в себя подпрограмму определения статического тока двигателя, подпрограмму тестирования электропривода регулятора подачи долота с вложенными в нее подпрограммной определения конечного рассогласования по нагрузке на долото и подпрограммой формирования формы эталонного переходного процесса по нагрузке на долото, а также подпрограмму регулирования осевой нагрузки на долото и подпрограмму регулирования скоростной подсистемы, включающей в себя подпрограмму регулирования числа оборотов двигателя и подпрограмму регулирования тока двигателя. При включении электропривода регулятора подачи долота программа регулирования осевой нагрузки на долото инициализирует используемые ею переменные. Устанавливается на задатчике 1 нагрузки на долото и преобразуется в цифровую форму с помощью амплитудно-цифрового преобразователя (не показан), входящего в состав микропроцессорного комплекта 4, заданное (технологически оптимальное) значение нагрузки на долото 12. В соответствии с заложенной в микропроцессорный комплект 4 программой регулирования осевой нагрузки на долото (фиг. 2) задается скорость подачи долота 12. Колонна бурильных труб 11 растормаживается и движется к забою 20. При этом в подпрограмме (фиг. 3) определения статического тока вычисляется и в микропроцессорном комплекте 4 запоминается полный вес колонны до соприкосновения с забоем 20. Это значение используется при вычислении нагрузки на долото 12. Осевая нагрузка на долото 12 является разностью между полным весом колонны до соприкосновения с забоем 20 и усилием на крюке 15. Поэтому для определения текущего значения осевой нагрузки вычитают текущее значение веса, вычисленное подпрограммой определения статического тока, из зафиксированного значения полного веса колонны бурильных труб 11 до соприкосновения с забоем 20 (фиг. 2). Далее электропривод регулятора подачи долота тестируется с помощью подпрограммы тестирования электропривода регулятора подачи долота (ПТЭП), заложенной в микропроцессорный комплект 4 и показанной на фиг. 2, для определения коэффициентов, используемых для вычисления управляющего воздействия в подпрограмме регулирования осевой нагрузки на долото (алгоритм вычисления управляющего воздействия приведен на фиг. 4). Тестирование электропривода регулятора подачи долота производится периодически при каждом увеличении разбуриваемой скважины 16 на заданную глубину. Алгоритм тестирования приводится в описании к фиг. 5 и 6. The operation of the electric drive of the bit feed regulator is described in more detail below. The program for regulating the axial load on the bit, embedded in microprocessor set 4, includes a subroutine for determining the static current of the engine, a subroutine for testing the electric drive of the bit feed regulator with a subroutine for determining the final mismatch in the load on the bit, and a subroutine for generating a reference transient process for the load on bit, as well as a subroutine for regulating the axial load on the bit and a subroutine for regulating the high-speed subsystem, including boiling a subroutine regulation of the engine speed and the motor current control routine. When turning on the electric drive of the bit feed regulator, the program for regulating the axial load on the bit initializes the variables used by it. Installed on the setpoint 1 of the load on the bit and converted into digital form using an amplitude-to-digital converter (not shown), which is part of the microprocessor set 4, the set (technologically optimal) value of the load on the bit 12. In accordance with the program included in the microprocessor set 4 control axial load on the bit (Fig. 2) sets the feed rate of the bit 12. The string of drill pipes 11 is braked and moves to the bottom 20. Moreover, in the subroutine (Fig. 3) determine the static current in is listed and in microprocessor set 4 the total weight of the column is stored until it touches the face 20. This value is used to calculate the load on the bit 12. The axial load on the bit 12 is the difference between the total weight of the column before it contacts the face 20 and the hook force 15. Therefore, for determining the current value of the axial load, subtract the current weight value calculated by the static current determination routine from the fixed value of the total weight of the drill pipe string 11 until it touches the face 20 (FIG. 2). Further, the electric drive of the bit feed regulator is tested using the test subroutine of the electric drive of the bit feed regulator (PTEP) embedded in the microprocessor set 4 and shown in FIG. 2, to determine the coefficients used to calculate the control action in the subroutine for regulating the axial load on the bit (the algorithm for calculating the control action is shown in Fig. 4). Testing the electric drive of the bit feed regulator is carried out periodically with each increase in the drilled well 16 to a predetermined depth. The testing algorithm is described in the description of FIG. 5 and 6.

При касании долотом 12 забоя 20, равно как и при увеличении твердости разбуриваемой породы, вес на крюке 15 начнет уменьшаться, а нагрузка на долото - увеличиваться, что определено вышеуказанным путем (фиг. 2). В этом случае число оборотов двигателя 6 при подаче уменьшается до тех пор, пока нагрузка на долото 12 не достигнет значения, близкого к заданному, и установится режим бурения, при котором скорость подачи долота 12 равна скорости бурения. Это достигается тем, что ошибка по осевой нагрузке, вычисленная как сумма текущего значения нагрузки на долото 12 с преобразованным в цифровую форму и инвертированным сигналом задания, при увеличении нагрузки будет положительна. В соответствии с этой ошибкой подпрограмма регулирования осевой нагрузки на долото (фиг. 2) по описанному ниже алгоритму (фиг. 4) вырабатывает управляющее воздействие. When bit 12 touches the face 20, as well as when the hardness of the rock being drilled increases, the weight on hook 15 will begin to decrease, and the load on the bit will increase, which is determined by the above method (Fig. 2). In this case, the number of revolutions of the engine 6 during feeding is reduced until the load on the bit 12 reaches a value close to the specified one, and a drilling mode is established at which the feed rate of the bit 12 is equal to the drilling speed. This is achieved by the fact that the axial load error, calculated as the sum of the current value of the load on the bit 12 with the digitized and inverted reference signal, is positive when the load increases. In accordance with this error, the subroutine for controlling the axial load on the bit (Fig. 2), according to the algorithm described below (Fig. 4), generates a control action.

Это управляющее воздействие за вычетом сигнала обратной связи по числу оборотов двигателя 6, измеренного датчиком 3 скорости и преобразованного в цифромикропроцессорном комплекте 4, определяет сигнал ошибки по скорости подачи (т. е. при спуске) колонны бурильных труб 11. При превышении нагрузкой на долото заданного значения этот сигнал будет положительным, а равновесие будет достигнуто в том случае, когда изменяющийся сигнал на выходе датчика 3 скорости совпадает со значением сигнала скорости, заданного подпрограммой регулирования осевой нагрузки на долото. Вычисленная ошибка отрабатывается подпрограммой регулирования числа оборотов двигателя (ПРЧОД), показанной на фиг. 2 и вложенной в показанную на той же фиг. 2 подпрограмму регулирования скоростной подсистемы (ПРСП). Управляющее воздействие, вырабатываемое подпрограммой регулирования числа оборотов двигателя, может быть вычислено при использовании пропорционального (П), пропорционально-интегрального (ПИ) или пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) алгоритмов регулирования [4]. This control action, minus the feedback signal according to the number of revolutions of the engine 6, measured by the speed sensor 3 and converted into a digital microprocessor set 4, determines the error signal according to the feed rate (i.e., during descent) of the drill pipe string 11. When the load on the bit exceeds the specified the value of this signal will be positive, and equilibrium will be achieved when the changing signal at the output of the speed sensor 3 coincides with the value of the speed signal specified by the axial adjustment routine load on the bit. The calculated error is processed by the engine speed control subroutine (RRPD) shown in FIG. 2 and embedded in that shown in the same FIG. 2 subroutine of regulation of a high-speed subsystem (PRSP). The control action generated by the engine speed control routine can be calculated using proportional (P), proportional-integral (PI) or proportional-integral-differential (PID) control algorithms [4].

При изменении тока (или момента) двигателя 6 изменяется сигнал на выходе датчика 2 тока, причем если при установившемся состоянии системы этот сигнал только положителен, то в динамике он может изменять свой знак (при использовании реверсивного преобразователя 5). Измеренное датчиком 2 тока и преобразованное в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя, входящего в состав микропроцессорного комплекта 4, текущее значение тока (или момента) двигателя 6, будучи вычтенным из управляющего воздействия, вырабатываемого подпрограммой регулирования числа оборотов двигателя (фиг. 2), дает величину ошибки по току, которая при превышении нагрузкой на долото заданного значения будет положительна, а в установившемся состоянии электромеханической системы равна нулю. В соответствии с этой ошибкой подпрограмма регулирования тока (или момента) двигателя 6 (ПРТД), показанная на фиг. 2, по П, ПИ или ПИД - законам управления вычисляет управляющее воздействие в микропроцессорном комплекте 4, которое, после выдачи его в порт ввода-вывода микропроцессорного комплекта 4 и преобразования в аналоговую форму с помощью цифроаналогового преобразователя, входящего в состав микропроцессорного комплекта 4, выдается на вход преобразователя 5. When the current (or torque) of the motor 6 changes, the signal at the output of the current sensor 2 changes, moreover, if this signal is only positive when the system is in steady state, then it can change its sign in the dynamics (when using the inverter 5). Measured by the current sensor 2 and converted into digital form using an analog-to-digital converter included in the microprocessor kit 4, the current value of the current (or torque) of the motor 6, being subtracted from the control action generated by the engine speed control routine (Fig. 2) , gives the magnitude of the current error, which, when the load on the bit exceeds the specified value, will be positive, and in the steady state of the electromechanical system is zero. In accordance with this error, the current (or torque) control subroutine of the motor 6 (PRTD) shown in FIG. 2, according to P, PI or PID - control laws, it calculates the control action in microprocessor kit 4, which, after issuing it to the input / output port of microprocessor kit 4 and converting it to analog form using a digital-to-analog converter, which is part of microprocessor kit 4, gives to the input of the converter 5.

Поскольку при превышении нагрузкой на долото 12 заданного значения управляющее воздействие, подаваемое с выхода микропроцессорного комплекта 4 на вход преобразователя 5, имеет положительный знак, то оно приводит к увеличению момента двигателя 6 и соответственно к подтормаживанию опускаемой колонны (снижению скорости спуска колонны бурильных труб 11). Если имеет место резкое увеличение твердости разбуриваемой породы, то момент двигателя 6 может даже привести к кратковременному приподъему долота 12, предотвращающему чрезмерное увеличение нагрузки на долото. Since when the load on the bit 12 of the set value is exceeded, the control action supplied from the output of the microprocessor set 4 to the input of the converter 5 has a positive sign, it leads to an increase in the torque of the engine 6 and, accordingly, to the braking of the lower string (lowering the speed of lowering the drill pipe string 11) . If there is a sharp increase in the hardness of the drilled rock, then the moment of the engine 6 can even lead to a short-term rise in the bit 12, preventing an excessive increase in the load on the bit.

При попадании долота 12 из твердой породы в более мягкую в первый момент времени нагрузка на долото 12 несколько уменьшается, и под воздействием управляющего воздействия с микропроцессорного комплекта 4 возрастет скорость подачи долота до такого значения, при котором установится режим бурения с большей скоростью при нагрузке на долото 12, близкой к заданной, что и будет обеспечено изменением знаков ошибок, отрабатываемых подпрограммой регулирования осевой нагрузки на долото, подпрограммой регулирования числа оборотов двигателя и подпрограммой регулирования тока двигателя (фиг. 2). When the bit 12 gets from hard rock to softer at the first moment of time, the load on the bit 12 slightly decreases, and under the influence of the control action from the microprocessor set 4, the bit feed speed will increase to a value at which the drilling mode with a higher speed is established when the load on the bit 12, which is close to the predetermined one, which will be provided by changing the error signs worked out by the axial load control subroutine for the bit, the engine RPM subroutine and the subroutine Amma regulation of the motor current (Fig. 2).

Как уже отмечалось, вес колонны бурильных труб 11 определяется подпрограммой определения статического тока (фиг. 3), которая работает по следующему алгоритму. Используется тот факт, что вес колонны достаточно точно соответствует натяжению ходовой ветви талевого каната (не показан), пропорциональному статическому току (моменту) двигателя 6. Поскольку сигнал текущего значения тока двигателя 6, измеренного датчиком 2 тока и преобразованного в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя, входящего в состав микропроцессорного комплекта 4, все еще может содержать помехи, то перед дифференцированием он обрабатывается в микропроцессорном комплекте 4 по одному из алгоритмов цифровой фильтрации [5] или сглаживается [6]. С этой целью возможна также установка RC-фильтра (не показан) на выходе датчика 2 тока. Полученный при дифференцировании и отфильтрованный сигнал умножается на коэффициент, пропорциональный моменту инерции двигателя. Вычисленное значение динамического тока вычитается из текущего значения тока и таким образом определяется статический ток двигателя 6, соответствующий текущему весу колонны на крюке 15. As already noted, the weight of the drill pipe string 11 is determined by the static current determination routine (Fig. 3), which operates according to the following algorithm. It is used the fact that the weight of the column corresponds quite accurately to the tension of the running branch of the hoist rope (not shown), proportional to the static current (torque) of the motor 6. Since the signal of the current value of the current of the motor 6, measured by the current sensor 2 and converted to digital form using If the digital converter included in microprocessor kit 4 can still contain interference, then before differentiation it is processed in microprocessor kit 4 according to one of the digital filter algorithms Fraction [5] or smoothed [6]. For this purpose, it is also possible to install an RC filter (not shown) at the output of the current sensor 2. The differentiated and filtered signal is multiplied by a coefficient proportional to the moment of inertia of the engine. The calculated value of the dynamic current is subtracted from the current value of the current and thus determines the static current of the motor 6, corresponding to the current weight of the column on the hook 15.

Управляющее воздействие в подпрограмме регулирования осевой нагрузки на долото вычисляется по следующему алгоритму (фиг. 4). Значения сигнала задания скорости Uзс, амплитуды Uзим управляющего воздействия, счетчика Nдс дискретных интервалов времени и счетчика 1 точек, в которых вводится коррекция в ход переходных процессов, при этом количество точек регулирования равно N, инициализируются при включении микропроцессорного комплекта 4 следующим образом:
Uзс = 0, Uзим = 0, J = 1, Nдс = Tим/ΔT, ,
где
Tим - время линейного нарастания сигнала задания на скорость на величину вычисленной данной подпрограммой амплитуды управляющего воздействия;
ΔT - дискретность во времени, с которой работает микропроцессорный комплект.The control action in the subroutine for regulating the axial load on the bit is calculated by the following algorithm (Fig. 4). The values of the signal for setting the speed U ss , the amplitude U winters of the control action, the counter N ds of discrete time intervals and the counter 1 points at which correction is introduced during transients, while the number of control points is N, are initialized when the microprocessor set 4 is turned on as follows:
U ss = 0, U winters = 0, J = 1, N ds = T im / ΔT,,
Where
T them - the time of linear rise of the reference signal to the speed by the value of the amplitude of the control action calculated by this subprogram;
ΔT - discreteness in time with which the microprocessor kit works.

При соответствии счетчика Nдс дискретных интервалов времени и счетчика 1 точек коррекции инициализированным значениям и наличии ошибки по нагрузке на долото 12, превышающей заданную в подпрограмме допустимую ошибку δдоп, , величина этой ошибки в момент времени k запоминается микропроцессорным комплектом 4 как δнач. Если же ошибка не превышает заданную, то величина сигнала задания на скорость не изменяется. Умножение δнач на текущее значение коэффициента из массива B (в зависимости от точки коррекции) определяет величину ошибки δп по нагрузке на долото, которая бы имела место в данный момент при предсказанном и желательном ходе переходного процесса. Массив коэффициентов B (1) определяется при предварительном тестировании электропривода регулятора подачи долота (см. описание к фиг. 5 и 6). Далее находится отклонение реальной ошибки δ от предсказанной δп (имеющее место вследствие действия на электромеханическую систему регулятор подачи долота - талевая система колонны бурильных труб возмущений и возможной неточности в определении коэффициентов) и с помощью предварительно определенного коэффициента M (алгоритм определения коэффициента см. в описании к фиг. 5 и 6) вычисляется величина требуемого для компенсации возмущений амплитуды Uзим= M*(δ-δп), корректирующего управляющего воздействия. После этого значение циклического счетчика 1 точек коррекции увеличивается, ограничивается в случае достижения заданного количества точек коррекции N, определяющих длительность переходного процесса, и приравнивается 1.If the counter N ds of discrete time intervals and the counter 1 of the correction points correspond to the initialized values and there is an error in the load on the bit 12 that exceeds the permissible error δ extra specified in the subroutine, the value of this error at time k is stored by microprocessor set 4 as δ beginning . If the error does not exceed the set value, then the value of the reference signal for speed does not change. Multiplying δ start by the current value of the coefficient from array B (depending on the correction point) determines the error δ p from the load on the bit, which would take place at the given moment with the predicted and desirable transition process. The array of coefficients B (1) is determined by preliminary testing the electric drive of the bit feed regulator (see the description of Figs. 5 and 6). Next is the deviation of the real error δ from the predicted δ p (taking place due to the action on the electromechanical system of the bit feed regulator - the hoist system of the drill pipe string of perturbations and possible inaccuracy in determining the coefficients) and using a predefined coefficient M (the algorithm for determining the coefficient see to Fig. 5 and 6) the magnitude of the amplitude U win = M * (δ-δ p ) required for compensating the disturbances is calculated, the corrective control action is calculated. After that, the value of the cyclic counter 1 correction points increases, is limited in case of reaching a given number of correction points N, which determine the duration of the transition process, and equals 1.

Но значение сигнала задания на скорость (до установки задания нагрузки на задатчике 1 нагрузки на долото, равное нулю), которое формирует данная подгруппа, увеличивается Uзим лишь за время Tим, в каждый дискретный интервал времени работы микропроцессорного комплекта 4, возрастая на Uзим.ΔT/Tим..But the value of the speed reference signal (before setting the load task on the bit load adjuster 1, equal to zero), which this subgroup forms, increases U win only during the time T them , in each discrete time interval of the microprocessor set 4, increasing by U win . ΔT / T named ..

При этом задание на скорость Vзс ограничено по амплитуде значением Uмакс, определяемым максимальным напряжением преобразователя 5 и технологическими ограничениями по скорости подачи долота 12.In this case, the task for the speed V ss is limited in amplitude to the value of U max , determined by the maximum voltage of the transducer 5 and technological restrictions on the feed rate of the bit 12.

Каждый раз после изменения Uзс значение счетчика Nдс дискретных интервалов времени увеличивается на 1. Коррекция амплитуды управляющего воздействия Uзим не будет производиться до тех пор, пока Nдс не достигнет значения Tим/ΔT,, что означает истечение интервала времени Tим. Если же при этом пройдены и все точки коррекции (1=1), то проверяется, стала ли ошибка по нагрузке на долото 12 меньше допустимой. Если же рассогласование все еще имеет место, то данная ошибка считается следствием нового возмущения и процесс регулирования продолжается таким образом до достижения условия δ<δдоп . Регулирование осевой нагрузки практически астатическое. Допустимая ошибка при моделировании принималась на уровне 10Е-5.Each time after changing the U ss , the counter value N ds of discrete time intervals increases by 1. The correction of the amplitude of the control action of U winters will not be performed until N ds reaches the value of T im / ΔT, which means the expiration of the time interval T im . If, at the same time, all correction points have been passed (1 = 1), then it is checked whether the error in the load on the bit 12 is less than permissible. If the mismatch still takes place, then this error is considered the result of a new disturbance and the control process continues in this way until the condition δ <δ add . Axial load regulation is almost astatic. Acceptable error in the simulation was accepted at the level of 10E-5.

Тестирование электропривода регулятора подачи долота выполняется в соответствии с заложенной в микропроцессорный комплект 4 подпрограммой тестирования электропривода регулятора подачи долота согласно алгоритму, приведенному на фиг. 5 и 6, следующим образом. После растормаживания колонна бурильных труб 11 движется к забою 20 с заданной скоростью, определяемой в микропроцессорном комплекте 4, что обеспечивается выполнением подпрограммы регулирования скоростной подсистемы (ПРСП на фиг. 2). При этом заданное значение нагрузки на долото 12 принимается равным нулю. При соприкосновении долота 12 с забоем 20 появляется нагрузка на долото 12, которая должна иметь безопасное для долота 12 значение из-за малой скорости подачи. Соприкосновение долота 12 с забоем 20 фиксируют по факту превышения нагрузкой на долото 12, определенной по алгоритму на фиг. 2 (подпрограмма регулирования осевой нагрузки на долото), нулевого значения. Далее отслеживают кривую переходного процесса ошибки по нагрузке на долото 12, для чего запоминают в микропроцессорном комплекте 4 первоначально обнаруженное ненулевое значение ошибки δ/k/ по нагрузке на долото 12 и выполняют подпрограмму определения конечного рассогласования по нагрузке на долото (см. в описании к фиг. 7). Вычисляется коэффициент Ав, равный отношению конечного рассогласования к величине ошибки δ/k/.. Testing the electric drive of the bit feed regulator is carried out in accordance with the routine for testing the electric drive of the bit feed regulator in the microprocessor set 4 according to the algorithm shown in FIG. 5 and 6, as follows. After disinhibition, the drill pipe string 11 moves to the bottom 20 with a predetermined speed, which is determined in the microprocessor set 4, which is ensured by the execution of the speed subsystem control routine (PRSP in Fig. 2). In this case, the set value of the load on the bit 12 is taken equal to zero. When the bit 12 contacts the face 20, a load on the bit 12 appears, which should have a value safe for the bit 12 due to the low feed rate. The contact of the bit 12 with the face 20 is fixed upon exceeding the load on the bit 12, determined by the algorithm in FIG. 2 (subroutine for adjusting axial load on the bit), zero value. Next, the transient curve of the error in the load on the bit 12 is monitored, for which the initially detected non-zero error value δ / k / on the load on the bit 12 is stored in the microprocessor set 4 and the routine for determining the final mismatch in the load on the bit is performed (see the description of FIG. . 7). The coefficient Av is calculated, which is equal to the ratio of the final mismatch to the error δ / k / ..

Далее уравновешивают электропривод регулятора подачи долота, т.е. нагрузка на долото 12 приводится в соответствие с заданным значением, для чего отклонение между заданной нагрузкой на долото 12, вновь приравненной к преобразованному в цифровую форму сигналу с задатчика 1 нагрузки на долото, и вычисляемой текущей нагрузкой на долото 12 (фиг. 2) обрабатывают, например, по пропорционально-интегральному закону и тем самым определяют сигнал Uзс задания скорости и выполняют подпрограмму регулирования скоростной подсистемы (фиг. 2). Электропривод считают уравновешенным, если вычисленное в соответствии с алгоритмом на фиг. 2 значение ошибки по нагрузке на долото 12 не превышает заданное ранее допустимое значение ошибки δдоп.. Значение Uзс, при котором достигнуто согласование, запоминается в микропроцессорном комплекте 4 как Uзс1.Next, balance the electric drive of the bit feed regulator, i.e. the load on the bit 12 is brought into correspondence with the set value, for which the deviation between the specified load on the bit 12, again equated to the digitized signal from the setpoint 1 load on the bit, and the calculated current load on the bit 12 (Fig. 2) is processed, for example, according to the proportional-integral law, and thereby determine the signal U ss speed settings and execute the subroutine for controlling the speed subsystem (Fig. 2). The drive is considered balanced if calculated in accordance with the algorithm of FIG. 2, the error value for the load on the bit 12 does not exceed the previously set permissible error value δ extra . The value U ss at which agreement is reached is stored in microprocessor set 4 as U ss1 .

После этого сигнал задания скорости увеличивается на 1 и выполняют подпрограмму определения конечного рассогласования по нагрузке на долото (см. в описании к фиг. 7). Вычисляется коэффициент Ау, равный отношению 1 к величине конечного рассогласования δкон..After that, the speed reference signal is increased by 1 and the subroutine for determining the final mismatch in the load on the bit is performed (see the description of Fig. 7). The coefficient Au is calculated, which is equal to the ratio of 1 to the value of the final mismatch δ con ..

Таким образом, если в момент времени k будет обнаружена ошибка, то через интервал дискретности, с которым работает микропроцессорный комплекс 4, по ее величине с помощью суммарного коэффициента пропорциональности M = Аy* Ав может быть рассчитано управляющее воздействие, требуемое для компенсации приложенного возмущения. Поскольку темп изменения скорости ограничен из технологических соображений, управляющее воздействие линейно нарастает в течение интервала времени Tим.Thus, if an error is detected at time k, then the control action required to compensate for the applied disturbance can be calculated from the discrete interval with which the microprocessor complex 4 operates, using its total proportionality coefficient M = Ay * Av. Since the rate of change of speed is limited from technological considerations, the control action increases linearly during the time interval T them .

Далее определяют форму эталонного переходного процесса по нагрузке на долото 12, для чего отрывают долото 12 от забоя 20, приподнимая колонну бурильных труб 11, вновь приводят долото 12 в соприкосновение с забоем 20 при ранее запомненном значении сигнала задания скорости Uзс1, определяют ошибку по нагрузке на долото (фиг. 2), запоминают данное значение ошибки δ/k/ по нагрузке на долото, умножают эту величину на коэффициент M для определения амплитуды Uзим линейно нарастающего в течение интервала времени Tим управляющего воздействия, требуемого для компенсации возмущения, и выполняют подпрограмму формирования эталонного переходного процесса по нагрузке на долото 12.Next, the shape of the reference transient process is determined by the load on the bit 12, for which the bit 12 is torn off from the bottom 20, lifting the drill pipe string 11, the bit 12 is brought back into contact with the bottom 20 at a previously stored value of the speed reference signal U ss1 , the load error is determined on bit (FIG. 2) storing this error value δ / k / on WOB, multiply this value by the M coefficient to determine the amplitude U winters linearly increasing during a time interval T he manipulated variable required for disturbance compensation, and perform a subroutine forming a reference transient load on the bit 12.

Для того чтобы оторвать долото 12 от забоя 20, изменяют сигнал задания скорости на противоположный и выполняют подпрограмму регулирования скоростной подсистемы (фиг. 2). Долото 12 считают выведенным из соприкосновения с забоем 20, если вычисленное значение нагрузки на долото 12 (фиг. 2) равно нулю. In order to tear the bit 12 from the face 20, change the speed reference signal to the opposite and execute the speed control subsystem (Fig. 2). The bit 12 is considered to be removed from contact with the face 20, if the calculated value of the load on the bit 12 (Fig. 2) is equal to zero.

Для того чтобы вновь привести долото 12 в соприкосновение с забоем 20, подав тем самым известное возмущение на электропривод, восстанавливают ранее запомненное значение Uзс1 сигнала задания скорости и выполняют подпрограмму регулирования скоростной подсистемы (фиг. 2). Долото 12 считают приведенным в соприкосновение с забоем 20, если вычисленное значение нагрузки на долото 12 (фиг. 2) отлично от нуля.In order to bring the bit 12 into contact with the face 20 again, thereby applying a known disturbance to the electric drive, the previously stored value U ss1 of the speed reference signal is restored and the speed subsystem control subroutine is executed (Fig. 2). The bit 12 is considered to be brought into contact with the face 20, if the calculated value of the load on the bit 12 (Fig. 2) is different from zero.

Далее подпрограмма тестирования электропривода входит в цикл ожидания реакции оператора. Если нажата кнопка "Повторное определение формы управляющего воздействия" (не показана), подключенная к входу микропроцессорного комплекта 4 (при нажатии этой кнопки имеет место высокий уровень напряжения на данном входе, что воспринимается микропроцессорным комплектом 4 как сигнал логической "1"), то увеличивают время нарастания управляющего воздействия Tим, например, на 0,5 с (первоначально Tим устанавливается равным 0,5 с) и вновь определяют форму эталонного переходного процесса. Подпрограмма тестирования электропривода завершает свою работу и передает управление в вызвавшую ее программу, если нажата кнопка "Завершение тестирования" (не показана). Данная кнопка подключается аналогично предыдущей. При нажатой кнопке "Завершение тестирования" имеет место высокий уровень напряжения на соответствующем входе, что воспринимается микропроцессорным комплектом 4 как сигнал логической "1". Это означает, что форма эталонного переходного процесса устраивает оператора, т.е. является гладкой (отсутствует колебательность) и соответствует заданным ранее критериям качества, а необходимые для регулирования нагрузки на долото 12 коэффициенты вычислены и запомнены в микропроцессорном комплекте 4.Next, the drive testing routine enters the operator waiting cycle. If the button "Redefining the form of control action" (not shown) is pressed, connected to the input of microprocessor set 4 (when this button is pressed, there is a high voltage level at this input, which is perceived by microprocessor set 4 as a logical "1" signal), then increase the rise time of the control action of T them , for example, by 0.5 s (initially T is set to 0.5 s) and the shape of the reference transient is again determined. The drive test subroutine completes its work and transfers control to the program that called it if the "End Test" button (not shown) is pressed. This button is connected similarly to the previous one. When the “Test completion” button is pressed, there is a high voltage level at the corresponding input, which is perceived by microprocessor set 4 as a logical “1” signal. This means that the form of the reference transient suits the operator, i.e. is smooth (there is no oscillation) and meets the quality criteria previously set, and the coefficients necessary for regulating the load on the bit 12 are calculated and stored in microprocessor set 4.

В подпрограмме, алгоритм работы которой приведен на фиг. 7, запоминают текущую величину ошибки по нагрузке на долото 12 как δпред , вновь определяют ошибку δ по нагрузке на долото 12 и сравнивают разность δ-δпред с произведением Kδ на δпред , где коэффициент Kδ может быть принят на уровне 0,03. Если эта разность превышает или равна указанному произведению, то вышеперечисленные в подпрограмме операции повторяются. В противном случае подпрограмма определения конечного рассогласования по нагрузке на долото 12 завершает свою работу и передает управление вызвавшей ее подпрограмме, запоминая в микропроцессорном комплекте 4 величину конечного рассогласования по осевой нагрузке на долото 12 как δкон .In a subroutine whose operation algorithm is shown in FIG. 7, remember the current value of the error on the load on the bit 12 as δ before , again determine the error δ on the load on the bit 12 and compare the difference δ-δ before with the product of K δ by δ before , where the coefficient K δ can be taken at level 0, 03. If this difference is greater than or equal to the specified product, then the operations listed in the subroutine are repeated. Otherwise, the subroutine for determining the final mismatch in the load on the bit 12 ends its work and transfers control to the subroutine that caused it, storing in the microprocessor set 4 the value of the final mismatch in the axial load on the bit 12 as δ con .

В подпрограмме формирования эталонного переходного процесса по нагрузке на долото, алгоритм которой приведен на фиг. 8, прежде всего инициализируют счетчик времени, организованный по прерыванию, флаг Т1 1-го интервала времени Tим длительности переходного процесса по нагрузке на долото 12 (Т1 приравнивается 1) и счетчик N размерности массива коэффициентов B (N = 2). Далее в течение 1-го интервала времени длительности переходного процесса по нагрузке на долото 12 формируют линейно нарастающее в течение Tим управляющее воздействие на двигатель 6 электропривода регулятора подачи долота через преобразователь 5, для чего с дискретностью работы микропроцессорного комплекта 4 увеличивают сигнал задания скорости Uзс на величину произведения Uзим•ΔT/Tим, , где Uзим - амплитуда управляющего воздействия, а ΔT - дискретность во времени работы микропроцессорного комплекта 4, и выполняют подпрограмму регулирования скоростной подсистемы (фиг. 2). В соответствии с временной дискретностью работы микропроцессорного комплекта 4 определяют ошибку δ по нагрузке на долото 12 (вычисление ошибки см. на фиг. 2) и выводят ее значение на графический дисплей (на фиг. 1 не показан), если таковой входит в состав микропроцессорного комплекта 4. При его отсутствии кривая переходного процесса по нагрузке на долото 12 может отслеживаться с помощью осциллографа, подключаемого к предназначенному для этого входу микропроцессорного комплекта 4 (на фиг. 1 не показан).In the subroutine of the formation of the reference transient process for the load on the bit, the algorithm of which is shown in FIG. 8, first of all, initialize a time counter organized by interruption, flag T1 of the 1st time interval T with the duration of the transient process for the load on the bit 12 (T1 is equal to 1) and the counter N of the dimension of the array of coefficients B (N = 2). Further, for 1-th time interval duration transient load on the bit 12 is formed linearly increasing during T he control action to the actuator supply regulator motor 6 bit via the converter 5, for which a readability operation the microprocessor sets 4 increases the speed reference signal U sc by the value of the product U win • ΔT / T im , where U win - the amplitude of the control action, and ΔT - discreteness in the time of operation of the microprocessor set 4, and the subroutine is regulated ya speed subsystem (Fig. 2). In accordance with the time discrete operation of the microprocessor set 4, the error δ is determined from the load on the bit 12 (calculation of the error, see Fig. 2) and its value is displayed on the graphic display (not shown in Fig. 1), if any, is included in the microprocessor set 4. If it is absent, the transition curve for the load on the bit 12 can be monitored using an oscilloscope connected to the microprocessor set 4 input intended for this purpose (not shown in Fig. 1).

Затем проверяют значение счетчика времени и, если интервал времени Tим еще не истек и флаг 1-го интервала не сброшен (т.е. все еще длится 1-й интервал времени Tим), то повторно выполняются операции по формированию линейно нарастающего управляющего воздействия. По истечению 1-го интервала Tим длительности переходного процесса по нагрузке на долото 12 они не повторяются, для чего в этом случае сбрасывается флаг 1-го интервала (Т1 = 0).Then, check the value of the time counter and, if the time interval T has not expired them and flag 1st interval is not reset (i.e., still lasts 1st time interval T to them), the re-forming operation performed linearly increasing the manipulated variable . At the expiration of 1 second interval duration T it transient load on the bit 12, they are not repeated, which in this case is reset flag 1st interval (T1 = 0).

По истечении каждого интервала времени Tим обнуляется счетчик времени, увеличивается на 1 счетчик размерности массива коэффициентов B и вычисляется очередной коэффициент из массива B, равный отношению текущей ошибки δ к ранее запомненной величине ошибки δ/k/ по нагрузке на долото (первое значение коэффициента из массива B всегда равно нулю, в подпрограмме определяются лишь последующие значения коэффициентов массива и их число).At the end of each time interval T, it resets the time counter, increases by 1 counter of the dimension of the array of coefficients B and calculates the next coefficient from the array B, equal to the ratio of the current error δ to the previously stored error value δ / k / for the load on the bit (the first value of the coefficient from of array B is always equal to zero, only subsequent values of array coefficients and their number are determined in the subroutine).

Если текущее значение ошибки по нагрузке на долото не превышает заданное допустимое, то переходный процесс по нагрузке на долото считают завершенным, и вместе с ним завершает свою работу и передает управление в вызвавшую ее подпрограмму подпрограмма формирования эталонного переходного процесса по нагрузке на долото. If the current value of the error on the load on the bit does not exceed the specified allowable, then the transient process on the load on the bit is considered completed, and with it completes its work and transfers control to the subroutine that caused it, the subroutine for creating the standard transition process on the load on the bit.

Таким образом, в ответ на возмущающее воздействие микропроцессорный комплект 4 через преобразователь 5 воздействует на двигатель 6, а следовательно, в конечном счете и на долото 12 вычисленным управляющим воздействием. В результате приложения к электроприводу регулятора подачи долота управляющего и возмущающего воздействий противоположной направленности переходные процессы в электроприводе должны прийти к равновесию. Но в связи с некоторой задержкой управляющего импульса отклонение все же имеет место, причем величина отклонения в каждый момент времени k+1 пропорциональна величине ошибки в момент времени k. Ошибка в каждый момент времени k+i (где i=1, ..., N) сравнивается с δ/k/ и вычисляется соответствующий коэффициент пропорциональности B(i). Данный переходный процесс принимается в качестве эталонного и по нему строится регулирование нагрузки на долото 12 по алгоритму, приведенному на фиг. 4. Коэффициенты B (i) (i=I, ..., N) позволяют предсказать ход развития переходного процесса при произвольном возмущении в электроприводе по первоначально обнаруженному рассогласованию (ошибке по нагрузке на долото 12). На этом тестирование электропривода завершается. Но оно повторяется при каждом увеличении длины колонны на заданную глубину (рекомендуется глубина 1000 м). Thus, in response to the disturbing effect, the microprocessor set 4 through the converter 5 acts on the engine 6, and therefore, ultimately on the bit 12 calculated control action. As a result of applying to the electric drive the feed bit of the bit the control and disturbing influences of the opposite direction, transients in the electric drive should come to equilibrium. But due to a certain delay of the control pulse, a deviation nevertheless takes place, and the deviation at each moment of time k + 1 is proportional to the error at the moment of time k. The error at each time moment k + i (where i = 1, ..., N) is compared with δ / k / and the corresponding proportionality coefficient B (i) is calculated. This transient process is adopted as a reference one and the control of the load on the bit 12 is built on it according to the algorithm shown in FIG. 4. The coefficients B (i) (i = I, ..., N) allow us to predict the progress of the transition process with arbitrary disturbance in the drive according to the initially detected mismatch (error in the load on the bit 12). This completes the drive testing. But it is repeated with each increase in the length of the column to a predetermined depth (a depth of 1000 m is recommended).

Моделирование переходных процессов в предлагаемом электроприводе регулятора подачи долота (использовался П-закон регулирования числа оборотов и ПИ-закон регулирования тока двигателя) показывает, что система управления практически полностью контролирует переходный процесс в механической части. При этом качество электромагнитных переходных процессов вполне приемлемое, так как амплитуда тока не превышает трети допустимого значения, а интегральный ток даже меньше, чем в известном электроприводе регулятора подачи долота, а это значит, что регулирование происходит при меньшем потребляемом токе. Хотя число оборотов двигателя 6 в данном электроприводе изменяется с гораздо большим темпом, чем в известном, ускорение не превышает технологически заданных ограничений. Вместе с тем динамическая ошибка по нагрузке на долото 12 уменьшается в несколько раз, и процесс практически завершается через 4 с вместо 130 с в исходной системе. Причем нагрузка вследствие изменения твердости менялась с 1 до 4 тс. Моделировался аналогично и случай возникающего скачком изменения нагрузки до 20 тс, при этом относительные динамические показатели двух систем остаются практически теми же, а амплитуда тока не превышает половины допустимой, хотя подобное изменение твердости как по амплитуде, так и по темпу не характерно для данной системы. Моделировался наиболее тяжелый случай. При более плавном изменении твердости эффективность применения данного электропривода значительно возрастает. Simulation of transients in the proposed electric drive of the bit feed regulator (the P-law for regulating the number of revolutions and the PI-law for regulating the motor current were used) shows that the control system almost completely controls the transient in the mechanical part. At the same time, the quality of electromagnetic transients is quite acceptable, since the amplitude of the current does not exceed a third of the permissible value, and the integral current is even less than in the known electric drive of the bit feed regulator, which means that the regulation takes place at a lower current consumption. Although the number of revolutions of the engine 6 in this electric drive changes at a much faster pace than in the known one, the acceleration does not exceed the technologically specified limits. At the same time, the dynamic error in the load on the bit 12 decreases several times, and the process almost ends after 4 s instead of 130 s in the original system. Moreover, the load due to changes in hardness changed from 1 to 4 ton-force. The case of a sudden change in load up to 20 tf was simulated in the same way, while the relative dynamic indicators of the two systems remain almost the same, and the current amplitude does not exceed half the allowable, although such a change in hardness both in amplitude and in rate is not typical for this system. The most severe case was simulated. With a smoother change in hardness, the efficiency of this drive increases significantly.

Аналогично динамической нагрузке на долото 12 снижаются и динамические нагрузки во всех узлах колонны бурильных труб 11, благодаря чему возрастает не только срок службы самого долота 12, но и бурильных труб 11, так как снижаются нагрузки на соединяющие их муфты 21. Все это, как отмечено выше, увеличивает производительность буровых работ. Similarly to the dynamic load on the bit 12, the dynamic loads in all nodes of the drill pipe string 11 are reduced, which increases not only the service life of the bit 12 itself, but also the drill pipe 11, since the loads on the couplings 21 connecting them decrease, all this, as noted higher increases drilling performance.

Электропривод регулятора подачи долота может содержать датчик 19 веса, присоединенный к входу микропроцессорного комплекта 4 (фиг. 1). Вместе с тем, поскольку вес колонны 11 более точно соответствует натяжению ходовой ветви талевого каната 10, чем натяжению неподвижной ветви, где установлен датчик 19 веса, то последний может использоваться для дополнительного визуального контроля за ходом изменения нагрузки на долото. The electric drive of the bit feed regulator may include a weight sensor 19 connected to the input of the microprocessor set 4 (Fig. 1). However, since the weight of the column 11 more closely matches the tension of the running branch of the hoist rope 10 than the tension of the fixed branch, where the weight sensor 19 is installed, the latter can be used for additional visual monitoring of the progress of changing the load on the bit.

Таким образом, в предлагаемом способе регулирования электропривода регулятора подачи долота устанавливают на задатчике 1 нагрузки на долото 12 заданное значение нагрузки на долото, преобразуют это значение в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя, входящего в состав микропроцессорного комплекта 4, первоначально в соответствии с программой, заложенной в микропроцессорный комплект 4, задают скорость подачи долота 12, растормаживают колонну бурильных труб 11, измеряют ток двигателя 6 с помощью датчика 2 тока, преобразуют текущее значение тока двигателя 6 в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя, входящего в состав микропроцессорного комплекта 4, определяют статический ток двигателя 6 по алгоритму, приведенному на фиг. 3, фиксируют статический ток двигателя 6; запоминая при этом вес колонны 11 до соприкосновения долота 12 с забоем 20, и повторяют перечисленные операции при каждом разбуривании скважины 16 на длину очередной пристыкованной к колонне трубы; тестируют электропривод регулятора подачи долота и повторяют эту процедуру при каждом углублении скважины 16 на заданную глубину; после соприкосновения долота 12 с забоем 20 вновь измеряют ток двигателя 6 с помощью датчика 2 тока, преобразуют текущее значение тока двигателя 6 в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя, определяют статический ток двигателя 6 по алгоритму, приведенному на фиг. 3, после этого в микропроцессорном комплекте 4 определяют нагрузку на долото 12, определяют ошибку по нагрузке на долото 12, определяют сигнал задания на скорость двигателя 6 электропривода регулятора подачи долота, обрабатывая эту ошибку по алгоритму, приведенному на фиг. 5 и 6, измеряют скорость двигателя с помощью датчика 3 скорости и преобразуют текущее значение скорости двигателя 6 в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе, определяют ошибку по скорости двигателя 6, обрабатывая эту ошибку, определяют сигнал задания на ток двигателя 6, определяют ошибку по току двигателя, определяют управляющее воздействие на преобразователь 5, питающий двигатель 6 электропривода регулятора подачи долота, обрабатывая эту ошибку, затем данное управляющее воздействие выдают в порт ввода-вывода микропроцессорного комплекта 4, преобразуют в аналоговую форму с помощью цифроаналогового преобразователя микропроцессорного комплекта 4 и подают на преобразователь 5. Далее все вышеперечисленные операции повторяются при каждом увеличении глубины скважины 16, например, более чем на 100 м. Thus, in the proposed method for regulating the electric drive of the bit feed regulator, the set load value for the bit 12 is set on the load controller 1, the bit load value is converted to digital form using an analog-to-digital converter included in the microprocessor set 4, initially in accordance with the program embedded in the microprocessor set 4, set the feed rate of the bit 12, brake the drill pipe string 11, measure the current of the motor 6 using the current sensor 2, convert t The current value of the current of the motor 6 in digital form using an analog-to-digital Converter, which is part of the microprocessor kit 4, determine the static current of the motor 6 according to the algorithm shown in FIG. 3, fix the static current of the motor 6; while remembering the weight of the column 11 until the bit 12 comes in contact with the face 20, and the above operations are repeated with each drilling of the well 16 for the length of the next pipe docked to the column; testing the electric drive of the bit feed regulator and repeating this procedure at each well 16 deepening to a predetermined depth; after the bit 12 contacts the face 20, the current of the motor 6 is again measured using the current sensor 2, the current value of the current of the motor 6 is converted to digital form using an analog-to-digital converter, the static current of the motor 6 is determined by the algorithm shown in FIG. 3, after that, in the microprocessor set 4, the load on the bit 12 is determined, the error on the load on the bit 12 is determined, the reference signal for the speed of the motor 6 of the electric drive of the bit feed controller is determined, processing this error according to the algorithm shown in FIG. 5 and 6, measure the speed of the motor using a speed sensor 3 and convert the current value of the speed of the motor 6 to digital form in an analog-to-digital converter, determine the error by the speed of the motor 6, processing this error, determine the reference signal for the current of the motor 6, determine the error by the current of the motor, determine the control action on the converter 5, feeding the motor 6 of the electric drive of the bit feed regulator, processing this error, then this control action is issued to the microprocessor I / O port set 4, is converted into analog form using a digital-to-analog converter microprocessor set 4 and served on the converter 5. Further, all of the above operations are repeated with each increase in the depth of the well 16, for example, more than 100 m

Предлагаемый способ регулирования электропривода регулятора подачи долота может быть реализован эффективно при применении микропроцессорной технологии, в электроприводе. Для того чтобы иметь возможность обработать сигналы задания и обратных связей в микропроцессорном комплекте 4, их предварительно преобразуют в цифровую форму. Вместе с тем, чтобы довести вычисленное в микропроцессорном комплекте 4 управляющее воздействие до преобразователя 5, его необходимо после вывода в порт ввода-вывода микропроцессорного комплекта 4 преобразовать в аналоговую форму. Тот факт, что статический ток двигателя определяют программно, позволяет исключить дополнительные погрешности при обработке сигнала с датчика 2 тока и повысить точность определения веса колонны бурильных труб 11, что в конечном счете снижает динамические нагрузки на долото 12. Для того чтобы обеспечить плавное соприкосновение долота 12 с забоем 20 и не допустить в этот момент перегрузок долота 12 до растормаживания колонны бурильных труб 11 задают скорость подачи долота 12. Требуемое техническим результатом качество регулирования нагрузки на долото 12 обеспечивается в первую очередь тем, что после того, как определяют нагрузку на долото 12 и ошибку по нагрузке на долото 12 последнюю обрабатывают по алгоритму, приведенному на фиг. 4, для определения управляющего воздействия по нагрузке на долото 12. Коэффициенты, необходимые для регулирования осевой нагрузки на долото 12 по данному алгоритму, определяют при тестировании электропривода. То, что в том же микропроцессорном комплекте 4 определяют ошибку по скорости двигателя, обрабатывают ее, определяя сигнал задания на ток, и в нем же определяют ошибку по току двигателя и обрабатывают ее, определяя управляющее воздействие на преобразователь, повышает надежность работы электропривода. The proposed method for regulating the electric drive of the bit feed regulator can be implemented efficiently using microprocessor technology in an electric drive. In order to be able to process the reference and feedback signals in microprocessor kit 4, they are preliminarily converted to digital form. However, in order to bring the control action calculated in the microprocessor set 4 to the converter 5, it must be converted into an analog form after output to the input / output port of the microprocessor set 4. The fact that the static current of the motor is determined by software allows eliminating additional errors when processing the signal from the current sensor 2 and increasing the accuracy of determining the weight of the drill pipe string 11, which ultimately reduces the dynamic loads on the bit 12. In order to ensure smooth contact of the bit 12 with a face 20 and to prevent at this moment overloads of the bit 12 until the drill pipe string 11 is released, set the feed speed of the bit 12. The quality of load regulation required by the technical result bit 12 is primarily provided by the fact that after determining the load on the bit 12 and the error in the load on the bit 12, the latter is processed according to the algorithm shown in FIG. 4, to determine the control action of the load on the bit 12. The coefficients necessary for regulating the axial load on the bit 12 according to this algorithm are determined when testing the electric drive. The fact that in the same microprocessor set 4 they determine the error by the motor speed, process it by determining the current reference signal, and it also determines the error by the motor current and process it, determining the control action on the converter, increases the reliability of the electric drive.

Литература:
1. Моцохейн Б.И. Электротехнические комплексы и системы буровых установок. М.: Недра, с.166.Literature:
1. Motsokhein B.I. Electrical complexes and systems of drilling rigs. M .: Nedra, s.166.

2. Авторское свидетельство СССР N 1452944, БИ N 3, 1989. 2. Copyright certificate of the USSR N 1452944, BI N 3, 1989.

3. Боборыкин А.В., Липовецкий Г.П. и др. Однокристальные микроЭВМ, 1994, с.107. 3. Boborykin A.V., Lipovetsky G.P. and other single-chip microcomputers, 1994, S. 107.

4. Азаров Б.Я., Ильяшенко Л.А., Ильяшенко Н.Л. и др. Применение микропроцессоров в автоматизированном электроприводе. - М., Энерг. ин-т, 1989, с. 66. 4. Azarov B.Ya., Ilyashenko L.A., Ilyashenko N.L. etc. The use of microprocessors in an automated electric drive. - M., Energ. Institute, 1989, p. 66.

5. Первозванский А.А. Курс теории автоматического управления: Учеб. пособ. - М.: Наука, Гл. ред. физ. -мат.лит., 1986, с. 130. 5. Pervozvansky A.A. The course of the theory of automatic control: Textbook. benefits - M.: Science, Ch. ed. physical Mat. lit., 1986, p. 130.

6. Башарин А.В., Постников Ю.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ, Учеб. пособие для вузов, 3-е изд. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинград, отд-ние, 1990, с. 250. 6. Basharin A.V., Postnikov Yu.V. Examples of calculation of an automated electric drive on a computer, Textbook. manual for universities, 3rd ed. - L .: Energoatomizdat, Leningrad, Department, 1990, p. 250.

Claims (2)

1. Способ регулирования электропривода регулятора подачи долота, заключающийся в том, что задают нагрузку на долото, растормаживают колонну бурильных труб, измеряют ток двигателя электропривод датчиком тока, определяют статический ток двигателя, для чего фильтруют измеренный сигнал тока, дифференцируют отфильтрованный сигнал тока, умножают дифференцированный сигнал на коэффициент, равный моменту инерции двигателя, приведенному к валу двигателя, для определения его динамической составляющей, вычитают из отфильтрованного сигнала тока динамическую составляющую тока двигателя, фиксируют статический ток двигателя, запоминая тем самым вес колонны до соприкосновения долота с забоем, и повторяют перечисленные выше операции при каждом разбуривании скважины на длину очередной пристыкованной к колонне трубы, после соприкосновения долота с забоем вновь измеряют ток двигателя и определяют его статический ток, определяют нагрузку на долото, ошибку по нагрузке на долото, обрабатывают ее, определяя сигнал задания на скорость двигателя регулятора подачи долота, измеряют скорость двигателя с помощью датчика скорости, определяют ошибку по скорости двигателя, обрабатывают ошибку по скорости двигателя, определяя сигнал задания на ток, определяют ошибку по току, обрабатывают ее, определяя управляющее воздействие на преобразователь, питающий двигатель, и подают его на преобразователь, отличающийся тем, что после задания нагрузки на долото преобразуют его в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе микропроцессорного комплекта, задают в микропроцессорном комплекте скорость подачи долота, после растормаживания колонны бурильных труб и измерения тока двигателя преобразуют текущее значение тока двигателя в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе, определяют статический ток двигателя в микропроцессорном комплекте по алгоритму, приведенному в описании, фиксируют статический ток двигателя в микропроцессорном комплекте, запоминая тем самым вес колонны до соприкосновения долота с забоем, и повторяют перечисленные выше операции при каждом разбуривании скважины на длину очередной пристыкованной к колонне трубы, затем тестируют электропривод регулятора подачи долота, после соприкосновения долота с забоем вновь ток двигателя, измеренный датчиком тока, преобразуют в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе и определяют в микропроцессорном комплекте статический ток двигателя по алгоритму, приведенному в описании, определяют нагрузку на долото в микропроцессорном комплекте, определяют в нем ошибку по нагрузке на долото, обрабатывают ее по алгоритму, приведенному в описании, определяя сигнал задания на скорость двигателя, после измерения скорости двигателя преобразуют текущее значение скорости двигателя в цифровую форму, определяют в микропроцессорном комплекте ошибку по скорости двигателя, обрабатывают ее, определяя сигнал задания на ток, определяют в микропроцессорном комплекте ошибку по току двигателя, обрабатывают ее, определяя управляющее воздействие на преобразователь, выдают его в порт ввода-вывода микропроцессорного комплекта, преобразуют в аналоговую форму в цифроаналоговом преобразователе микропроцессорного комплекта и подают преобразованное управляющее воздействие на преобразователь, питающий двигатель. 1. The method of controlling the electric drive of the bit feed regulator, namely, that the load on the bit is set, the drill pipe string is released, the current of the motor is measured by the current sensor, the static current of the motor is determined, for which the measured current signal is filtered, the filtered current signal is differentiated, the differentiated filter is multiplied, the differential the signal by a coefficient equal to the moment of inertia of the motor, reduced to the motor shaft, to determine its dynamic component, is subtracted from the filtered current signal the dynamic component of the motor current, the static motor current is recorded, thereby remembering the weight of the column until the bit contacts the face, and the above operations are repeated each time a well is drilled to the length of the next pipe docked to the column, after the bit contacts the face, the motor current is measured again and determined static current, determine the load on the bit, the error on the load on the bit, process it, determining the reference signal for the motor speed of the bit feed regulator, measure the speed l engine using a speed sensor, determine the error by the engine speed, process the error by the motor speed, determining the current reference signal, determine the current error, process it, determining the control action on the converter that feeds the motor, and feed it to the converter, characterized in that after setting the load on the bit, it will be converted to digital form in the analog-to-digital converter of the microprocessor set, the bit feed rate is set in the microprocessor set, after braking Drill pipe string and motor current measurements convert the current value of the motor current into digital form in an analog-to-digital converter, determine the static motor current in the microprocessor kit according to the algorithm described in the description, fix the static motor current in the microprocessor kit, thereby remembering the weight of the string to the contact of the bit with the face, and repeat the above operations with each drilling of the well to the length of the next pipe docked to the string, then test the ele tropodrive of the bit feed regulator, after the bit contacts the face, the motor current, measured by the current sensor, is converted to a digital form in an analog-to-digital converter and the static motor current is determined in the microprocessor set according to the algorithm described in the description, the bit load in the microprocessor set is determined, determine the error in it according to the load on the bit, process it according to the algorithm given in the description, determining the reference signal for the engine speed, after measuring the engine speed they convert the current value of the motor speed into digital form, determine the error in the motor speed in the microprocessor set, process it, determining the current reference signal, determine the error in the motor current in the microprocessor set, process it, determining the control action on the converter, issue it to the input port - the output of the microprocessor kit is converted into analog form in a digital-to-analog converter of the microprocessor kit and the converted control action is applied to the generator for powering the engine. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электропривод тестируют по алгоритму, приведенному в описании. 2. The method according to claim 1, characterized in that the electric drive is tested according to the algorithm described in the description.
RU96109027A 1996-04-29 1996-04-29 Method for adjusting electric drive of bit feed regulator RU2108456C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96109027A RU2108456C1 (en) 1996-04-29 1996-04-29 Method for adjusting electric drive of bit feed regulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96109027A RU2108456C1 (en) 1996-04-29 1996-04-29 Method for adjusting electric drive of bit feed regulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2108456C1 true RU2108456C1 (en) 1998-04-10
RU96109027A RU96109027A (en) 1998-06-20

Family

ID=20180241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96109027A RU2108456C1 (en) 1996-04-29 1996-04-29 Method for adjusting electric drive of bit feed regulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2108456C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478781C2 (en) * 2008-12-02 2013-04-10 НЭШНЛ ОЙЛВЕЛЛ ВАРКО, Эл.Пи. Method and device to reduce oscillations of sticking-slipping in drilling string
RU2478782C2 (en) * 2008-12-02 2013-04-10 НЭШНЛ ОЙЛВЕЛЛ ВАРКО, Эл.Пи. Method and device to calculate instantaneous speed of drilling string assembly bottom rotation
RU2609038C2 (en) * 2012-01-24 2017-01-30 Нэшнел Ойлвелл Варко Норвей Ас Method of reducing vibrations of drill string
RU2624472C1 (en) * 2016-04-12 2017-07-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method of "chisel-face" system transformation coefficient determination
RU2629029C1 (en) * 2013-08-17 2017-08-24 Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. Method of optimizing the efficiency of drilling with reduction of step-like supply
RU2638072C2 (en) * 2013-09-17 2017-12-11 Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. Elimination of abrupt oscillations of drilling string

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Моцохейцн Б.И. Электротехнические комплексы и системы буровых установок. - М.: Недра, 1991, с. 166. *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9885231B2 (en) 2008-12-02 2018-02-06 National Oilwell Varco, L.P. Methods and apparatus for reducing stick-slip
RU2478782C2 (en) * 2008-12-02 2013-04-10 НЭШНЛ ОЙЛВЕЛЛ ВАРКО, Эл.Пи. Method and device to calculate instantaneous speed of drilling string assembly bottom rotation
RU2518699C1 (en) * 2008-12-02 2014-06-10 НЭШНЛ ОЙЛВЕЛЛ ВАРКО, Эл.Пи. Method and device for calculation of instantaneous rotary speed of bottomhole assembly
US8950512B2 (en) 2008-12-02 2015-02-10 National Oilwell Varco, L.P. Methods and apparatus for reducing stick-slip
US9581008B2 (en) 2008-12-02 2017-02-28 National Oilwell Varco, L.P. Method and apparatus for reducing stick-slip
RU2478781C2 (en) * 2008-12-02 2013-04-10 НЭШНЛ ОЙЛВЕЛЛ ВАРКО, Эл.Пи. Method and device to reduce oscillations of sticking-slipping in drilling string
US10415364B2 (en) 2008-12-02 2019-09-17 National Oilwell Varco, L.P. Method and apparatus for reducing stick-slip
US10533407B2 (en) 2008-12-02 2020-01-14 National Oilwell Varco, L.P. Methods and apparatus for reducing stick-slip
RU2609038C2 (en) * 2012-01-24 2017-01-30 Нэшнел Ойлвелл Варко Норвей Ас Method of reducing vibrations of drill string
RU2629029C1 (en) * 2013-08-17 2017-08-24 Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. Method of optimizing the efficiency of drilling with reduction of step-like supply
RU2638072C2 (en) * 2013-09-17 2017-12-11 Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. Elimination of abrupt oscillations of drilling string
US10550683B2 (en) 2013-09-17 2020-02-04 Halliburton Energy Services, Inc. Removal of stick-slip vibrations in a drilling assembly
RU2624472C1 (en) * 2016-04-12 2017-07-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method of "chisel-face" system transformation coefficient determination

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210010882A1 (en) Method for measuring surface torque oscillation performance index
US10458223B2 (en) System and method for mitigating stick-slip
US6662110B1 (en) Drilling rig closed loop controls
DK2092402T3 (en) Method and apparatus for active sentence compensation
US3658138A (en) Process for optimizing the penetration speed of a drilling tool driven by a motor whose torque decreases with an increasing running speed and apparatus therefor
US6216789B1 (en) Heave compensated wireline logging winch system and method of use
US6065332A (en) Method and apparatus for sensing and displaying torsional vibration
US6029951A (en) Control system for drawworks operations
US6994172B2 (en) Well drilling control system
US20090127525A1 (en) Electronic Control for Winch Tension
JP4109289B2 (en) Automatic control system for back reaming
NO301559B1 (en) Method and apparatus for determining the torque applied to a drill string at the surface
RU2108456C1 (en) Method for adjusting electric drive of bit feed regulator
US4825962A (en) Drilling system
US4886129A (en) Well drilling operation control procedure
CA3032423A1 (en) System and method for mitigating torsional vibrations
US5844132A (en) Method and system for real-time estimation of at least one parameter linked with the behavior of a downhole tool
RU2096905C1 (en) Electric drive speed and torque control device
RU4188U1 (en) DEVICE FOR REGULATING THE ROTATION FREQUENCY AND THE MOMENT OF THE ELECTRIC DRIVE
RU2681160C1 (en) Active feed control regulator
SU1675546A1 (en) Drilling mode control method
RU96109027A (en) METHOD OF REGULATING THE ELECTRIC DRIVE OF THE DRILL SUPPLY REGULATOR
CA1242156A (en) Method and apparatus for braking a derrick winch
SU950905A1 (en) Apparatus for controlling well-drilling process
SU1719122A1 (en) Weight-on-bit and rotational speed automatic control system