SU554399A1

SU554399A1 - Drilling control system

Info

Publication number: SU554399A1
Application number: SU1866370A
Authority: SU
Inventors: Александр Васильевич Сахаров
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Методики И Техники Разведки (Витр)
Priority date: 1973-01-03
Filing date: 1973-01-03
Publication date: 1977-04-15

Description

Цель изобретени - максимальное использование ресурса коронки в различных геологических услови х бурени . Это достигаетс тем, что Система снабжена последовательно включенными блоками - измерителем буримости гориой породы, измерителем интенсив«ости износа коронки, определителем проходки на коровку, иричем измеритель интенсивности износа коронки подключен к датчикам скорости вращени коронки и осевой нагрузки и к блоку умножени сигналов этих датчиков , а. определитель проходки на коронку соединен ,по входу с датчиком механической скорости бурени , а по выходу - с экстремальным регул тором, выход которого через коммутатор подключен к исполнительным механизмам с задающими потенциометрами, а их подвижные контакты механически св заны с выходом одного исполнительного механизма, при этом электрические входы задающих потенциометров параллельно подключены к выходу другого исполнительного механизма, а их электрические выходы - к регулируемым приводам осевой нагрузки и скорости вращени коронки.The purpose of the invention is to maximize the use of the crown resource in various geological conditions of drilling. This is achieved by the fact that the System is equipped with series-connected blocks — measuring the drillability of the rock, measuring the wear rate of the crown, determining the penetration to the cow, and measuring the intensity of the wear of the crown and axial load, and multiplying the signals of these sensors, but. The crown penetration indicator is connected to the mechanical drilling speed sensor through the input, and to the extreme controller, the output of which through the switch is connected to actuators with master potentiometers, and their moving contacts are mechanically connected to the output of one actuator, while the electrical inputs of the setting potentiometers are connected in parallel to the output of another actuator, and their electrical outputs are connected to adjustable drives of axial load and rotational speed to ronki.

На фиг. 1 приведена функциональна схема системы управлени процессом бурени ; на фиг. 2 - несколько кривых функционала интенсивности износа алмазной коронки.FIG. 1 shows a functional diagram of a drilling control system; in fig. 2 - several curves of the functional intensity of wear of the diamond crown.

Система управлени процессом бурени включает датчик 1 осевой нагрузки F; датчик 2 скорости п вращени коронки; датчик 3 механической скорости бурени ; блок 4 умиожени (F-n); блок 5 делени - ; измеритель 6 буримости горной породы; измеритель 7 интенсивности / износа коронки; определи . тель 8 проходки Я на коронку; экстремальный регул тор 9, осуществл ющий регулирование управл ющих параметров f и л по максимум проходки на коронку; коммутатор 10, осуществл ющий коммутацию каналов управлени ; ключ 11; ключ 12; исполиительный запоминающий механизм 13 с механическим выходом, осуществл ющий одновременное регулирование параметров Р и п при сохранении Р-п Const; исполнительный запоминающий механизм 14 с электрическим выходом, осуществл ющий одновременное пропорциональное регулирование параметров Рнп; потенциометр 15, задающий скорость вращени коронки; потенциометр 16, задающий нагрузку на коронку; задатчик 17 начальных управл ющих параметров РО и По; суммирующее устройство 1в, вырабатывающее сигнал, пропорциональный скорости вращени коронки; суммирующее устройство 19, вырабатывающее сигнал, пропорциональный нагрузке на коронку; регулируемый привод 20 вращени с жесткой механической характеристикой; регулируемый привод 21 подачи со стабилизацией нагрузки на коронку; задатчик 22 начальной величины расхода Q промывочной жидкости; суммирующее устройство 23, вырабатывающее сигнал , пропорциональный суммарной интенсивности разрущени горной породы и алмазной коронки; регулируемый привод 24 промывки с жесткой характеристикой Q f(p), объект 25 регулировани - алмазна коронка.The drilling process control system includes an axial load sensor 1 F; a crown rotation speed sensor 2; sensor 3 mechanical speed drilling; adrenaline unit 4 (Fn); block 5 division -; meter 6 drillability of rock; meter 7 intensity / wear of the crown; define. tel 8 penetrations I am on the crown; extreme controller 9, which regulates the control parameters f and l according to the maximum penetration rate on the crown; a switch 10 performing the switching of control channels; key 11; key 12; ispolitelny memory mechanism 13 with a mechanical output, carrying out the simultaneous adjustment of the parameters P and p while maintaining Rn Const; an executive memory device 14 with an electrical output that simultaneously and proportionally adjusts the parameters of the PNP; potentiometer 15, which sets the speed of rotation of the crown; potentiometer 16, which sets the load on the crown; setpoint adjuster 17 of initial control parameters RO and Po; a summing device 1c producing a signal proportional to the speed of rotation of the crown; a summing device 19, generating a signal proportional to the load on the crown; adjustable rotational drive 20 with a rigid mechanical characteristic; adjustable feed drive 21 with crown load stabilization; the unit 22 of the initial flow rate Q of the washing liquid; a summing device 23 generating a signal proportional to the total intensity of destruction of the rock and the diamond crown; an adjustable flush actuator 24 with a rigid Q f (p) characteristic, the adjusting object 25 is a diamond crown.

Система управлени процессом бурени работает следующим образом.The drilling process control system operates as follows.

Начальное значение параметров РО и по устанавливаютс с помощью задатчика 17, причем сигнал задатчика соответствует среднему значению мощности (Ро-По) и среднему знаРThe initial value of the parameters PO and are set using the setting device 17, and the setting signal corresponds to the average power value (Po-Po) and the average sign

Начальное значе11ию переменнойThe initial value of the variable

«о,"about,

срwed

чение Qo расхода промывочной жидкости устанавливаетс с помощью задатчика 22, причем величина расхода соответствует минимально допустимой дл конкретного диаметра коронки.The Qo of the flush flow rate is set using the setting device 22, and the flow rate corresponds to the minimum allowable for a particular crown diameter.

Регулирование управл ющих параметров Р и п осуществл етс одновременно, причем имеютс два канала управлени , работающих поочередно. Исполнительный запоминающий механизм 13 первого канала управлени производит одновременное пропорциональное и разнонаправленное регулирование параметров Р и п при сохранении P-n Consi. При работе второго канала управлени исполнительный запоминающий механизм 14 осуществл ет одновременное пропорциональное регулирование параметров Р и п.The control parameters P and P are controlled simultaneously, and there are two control channels operating alternately. The executive memory mechanism 13 of the first control channel performs simultaneous proportional and multidirectional adjustment of the parameters P and n while maintaining the Pn Consi. When the second control channel is operating, the executive memory mechanism 14 performs simultaneous proportional control of the parameters P and p.

Определитель 8 вырабатывает сигнал, пропорииональный возможной величине проходки Н на коронку, причемThe determinant 8 generates a signal, proporionalny possible amount of penetration H on the crown, and

f . К-Умах f. K-Umah

(1) /(one) /

где УМСХ - механическа скорость бурени ; / - интенсивность износа алмазной коронки .where UMSH is the mechanical speed of drilling; / - wear rate of the diamond crown.

Этот сигнал поступает на экстремальный регул тор 9. Сигнал с выхода экстремального регул тора направл етс на ключи 11 и 12 и одновременно запускает коммутатор 10, который поочередно с равными интервалами времени переключает каналы управлени посредством ключей 11 и 12. Таким образом, осуществл етс шаговый поиск оптимальных управл юш ,их параметров в зависимости отThis signal is sent to the extreme controller 9. The signal from the output of the extreme controller is directed to the keys 11 and 12 and at the same time starts the switch 10, which alternately at equal intervals of time switches the control channels by means of the keys 11 and 12. Thus, stepping is performed optimal control, their parameters depending on

мощности (Р-п управлени и переменнойpower (PP control and variable

F .. F ..

- . 1акои поиск ооеспечивает люоое сочетание параметров Р и п из всего множества, заключенного в рабочей области этих параметров .-. The search allows to provide any combination of parameters P and n from the entire set contained in the working area of these parameters.

Например, сначала включен ключ 11. Тогда в работу вступает исполнительный запоминающий механизм 13, регулирующий отноще/ F For example, key 11 is switched on first. Then an executive storage mechanism 13 regulating the relation / F enters the work.

ние - и сохран ющий (F-rt)Const в л /- and preserving (F-rt) Const in l /

сторону уменьшени интенсивности износа алмазной коронки в конкретной горной породе. Величина механической скорости бурени при этом практически не измен етс ; происходит поиск максимума проходки Н на коронку по величине / согласно формуле (1).side of decreasing wear rate of the diamond crown in a particular rock. The magnitude of the mechanical drilling rate is practically unchanged; the search for the maximum penetration H on the crown by the magnitude / according to formula (1) takes place.

Поиск максимального значени проходки на коронку по сн етс графиком на фиг. 2.The search for the maximum penetration rate is explained in the graph in FIG. 2

Кривые I и II характеризуют интенсивность износа коронки в одной и той же горной по роде (/(г Const) при различной прокладываемой мощности (F п). Кривые II и III характеризуют интенсивность износа коронки в двух горных породах с разной буримостью при (F-n) Const.Curves I and II characterize the intensity of wear of the crown in the same mountain species (/ (g Const) at different installed power (F p). Curves II and III characterize the intensity of wear of the crown in two rocks with different drillability at (Fn) Const.

Например, до включени исполнительного запоминающего механизма 13 рабоча точка, характеризующа интенсивность износа алмазной коронки, находитс в точке а. После первого пробного шага рабоча точка перемещаетс в точку б.For example, prior to the activation of the actuating memory mechanism 13, the operating point characterizing the wear rate of the diamond crown is at point a. After the first trial step, the operating point moves to point b.

В указанный момент происходит переключение каналов управлени и в работу вступает исполнительный запоминающий механизм 14, измен ющий величину (Р-п). При этом измен етс как интенсивность / износа коронки , так и механическа скорость бурени . Регулирование может происходить как в сторону увеличени мощности, так и в сторону ее уменьшени .At the specified moment, the control channels are switched and the executive storage mechanism 14 changes its value (Pn). This changes both the intensity / wear of the crown and the mechanical drilling rate. Regulation can occur both in the direction of increasing power, and in the direction of decreasing it.

Направление регулировани определ етс интенсивностью изменени параметров VMOX и /. Из формулы (1) видно, что, если при уменьшении мощности будет более интенсивно уменьщатьс величина /, чем Умех, то величина Я будет увеличиватьс . Регулирование в этом направлении происходит до тех пор, пока сигнал, пропорциональный Н, не станет уменьшатьс .The direction of control is determined by the intensity of the change in the VMOX and / parameters. It can be seen from formula (1) that if, with decreasing power, the value of / is more intensely reduced than Umeh, then the value of I will increase. Regulation in this direction occurs until a signal proportional to H decreases.

Когда сигнал, пропорциональный проходке Н на коронку уменьшитс , направление регулировани мощности измен етс . Например, при втором шаге поиска, уменьша мощность (F-n), сигнал, пропорциональный величине Я, увеличиваетс ; тогда рабоча точка перемещаетс в точку в.When the signal proportional to the penetration of H to the crown decreases, the direction of power control changes. For example, in the second search step, by decreasing the power (F-n), the signal proportional to the value of I increases; then the operating point moves to point c.

В точке в включаетс исполнительный запоминающий механизм 13, вывод щий путем реfгулировани отношени At point b, an executive memory mechanism 13 is turned on, outputting by adjusting the ratio

раоочую точку V л уWell point V l y

в минимум г. Сигнал на выходе экстремального регул тора 9 становитс равным нулю. В этом случае запуск коммутатора 10 прекращаетс . Процесс регулировани закончен - найдена максимально возможна проходка на коронку в данной горной породе и соответствующа ей оптимальна механическа скорость бурени .at least g. The signal at the output of the extremal controller 9 becomes zero. In this case, the start of the switch 10 is terminated. The adjustment process is completed - the maximum possible penetration of the crown in this rock was found, and the corresponding optimal mechanical drilling rate.

При смене горной породы измен етс интенсивность / износа коронки. Например, рабоча точка, характеризующа интенсивность износа в новой горной породе, перемещаетс на кривую III в точку д, то есть величина / уменьщаетс . Тогда согласно формуле (1) на выходе экстремального регул тора 9 по вл етс сигнал и снова начинаетс поиск, в результате которого рабоча точка перемещаетс в точке е. Это соответствует максимальноWhen changing rocks, the intensity / wear of the crown changes. For example, the operating point characterizing the wear rate in a new rock is moved by curve III to point d, i.e., the value / decreases. Then, according to the formula (1), the output of the extreme regulator 9 appears and the search begins again, as a result of which the operating point moves at point e. This corresponds to the maximum

возможной величине проходки Я на коронку в новой горной породе, причем наход т новую оптимальную механическую скорость дл данрой горной породы.the possible amount of penetration I on the crown in the new rock, and find a new optimal mechanical speed for the danroy of the rock.

Регулирование величины расхода промывочной жидкости осуществл етс пропорционально нроизводительности щлама. На входы суммирующего устройства 23 ноступают сигналы с датчика 3 и измерител 7, один из которых пропорционален Умех, а второй /, и сигнал с задатчиком 22. Устройство 23 вырабатывает сигнал, соответствующий оптимальному расходу промывочной жидкости. Этот сигнал поступает на регулируемый привод 24The adjustment of the flow rate of the washing liquid is proportional to the productivity of the slime. The inputs of the summing device 23 receive signals from the sensor 3 and the meter 7, one of which is proportional to Umeh, and the second /, and a signal from the setting device 22. The device 23 generates a signal corresponding to the optimal flow rate of washing liquid. This signal is fed to an adjustable actuator 24

промывки, который устанавливает необходимую величину расхода промывочной л идко€ТИ .flushing, which sets the required amount of flow flushing l idko € TI.

Экономическа эффективность предложенной системы управлени процессом бурени заключаетс в том, что эта система в любых геологическ 1х услови х устанавливает дл коронки такой режим бурени , который соответствует минимальному расходу алмазов.The economic efficiency of the proposed drilling control system lies in the fact that this system, in any geological conditions, establishes for the crown a drilling mode that corresponds to the minimum diamond consumption.

2525

Claims

1. R. X. Gaffi Tullin, E. A. Kozlovsky, A. E. Trop. Automation of the process of exploratory core drilling VIEMS, M., 1971.

2. US patent Aib 3373823, cl. 173-6, publ. 03/19/1968 (prototype).

9ig.2