Категории: ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника |
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
Функциональная схема автоматизации представляет собой чертеж, на котором показаны технологическое оборудование (упрощенно) и средства автоматизации одним из рассмотренных выше способов (ГОСТ или ОСТ). Поскольку для поддержания нормального хода технологического процесса осуществляется контроль или регулирование ряда параметров, то на функциональной схеме каждой отдельной системе присваивается свой порядковый номер, а каждому элементу этой системы — буква в порядке прохождения сигнала, начиная с приемного устройства. Например, в системе регулирования уровня жидкости в абсорбере—буйковый уровнемер 1а, регулирующее устройство 16, вторичный прибор 1в, исполнительное устройство 1г. Конкретная марка каждого устройства, обозначенного на функциональной схеме своей цифрой и буквой, указана в спецификации на оборудование, помещаемой в пояснительной записке проекта. Функциональные схемы автоматизации могут быть выполнены двумя способами: расположением группы средств автоматизации вблизи приемных устройств и технологических аппаратов или вынесением всех средств автоматизации в нижнюю или верхнюю часть схемы с указанием их расположения на местных или центральном щитах (пультах) управления. Преимущество первого способа—более наглядное представление о точках контроля и управления каждого технологического аппарата. При втором способе более четко прослеживается состав местных и центрального щитов (пультов) управления. В случаях сложных технологических схем наряду с развернутым изображением каждого элемента данной системы с присвоением ему отдельного номера и буквы (система регулирования уровня в абсорбере) применяют упрощенное изображение системы, когда показывают приемное и исполнительные устройства, а также блок приборов и регулирующих устройств в совмещенном изображении с присвоением этой системе только номера и последующей подробной расшифровкой всех ее элементов в пояснительной записке (система регулирования подачи центробежного насоса). Кроме того, в случаях сложных систем допускается разрыв линий связи с нумерацией обоих концов в местах разрыва. При этом номеpa линий связи, расположенные в нижнем ряду, должны следовать в возрастающем порядке, а в верхнем ряду могут располагаться произвольно. Упрощенный пример выполнения функциональной схемы по ОСТ 36-27—77 показан на рис. 16.2. Более подробно функциональные схемы автоматизации технологических процессов добычи и транспорта нефти и газа рассмотрены в третьей части.
Контрольные вопросы 1. Что представляет собой функциональная схема автоматизации технологического процесса? 2. Нарисуйте систему регулирования давления в сепараторе с применением обозначений по конструктивному признаку, 3. Нарисуйте систему регулирования уровня жидкости в аппарате с применением обозначений по функциональному признаку. ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ Глава 17 АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ Процесс вращательного бурения скважин характеризуется независимыми и зависимыми параметрами. К независимым относятся: осевая нагрузка на долото, частота его вращения, расход промывочной жидкости. От этих параметров режима бурения, а также от механических свойств горных пород, конструкции и состояния долота зависят вращающий момент и скорость проходки (зависимые параметры). Задача автоматизации процесса бурения заключается в автоматическом изменении независимых параметров в функции изменения механических свойств горных пород и изменения состояния бурильного инструмента (долота и бурильных труб). При этом режим бурения должен обеспечивать максимальную скорость проходки, что достигается рациональным сочетанием нагрузки на долото, его частоты вращения и расхода промывочной жидкости. При ручном управлении процессом бурения нагрузка на долото регулируется бурильщиком изменением подачи бурильного инструмента с помощью тормозного устройства лебедки. Подача инструмента осуществляется уменьшением усилия на лентах тормозного барабана. Бурильные трубы (бурильный инструмент) под действием силы своего веса опускаются вниз (подача бурильного инструмента) до тех пор, пока бурильщик не затормозит барабан лебедки. При подаче бурильного инструмента осевая нагрузка ступенчато увеличивается. По мере разбуривания горных пород и соответственно углубления долота осевая нагрузка уменьшается. Отпуская тормоз лебедки, бурильщик снова осуществляет подачу. При этом, очевидно, она осуществляется не плавно, а ступенчато. Частоту вращения бурильного инструмента при роторном способе бурения можно изменять ступенчато, меняя подачу от привода к ротору. При бурении электробуром это выполняется с помощью громоздких частотных преобразователей. При турбинном бурении частота вращения зависит от нагрузки на долото. Расход промывочной жидкости можно изменять сменой рубашек бурового насоса, т. е. также ступенчато. Таким образом, вследствие отсутствия плавнорегулирующих приводов вращения долота и буровых насосов не имеется возможности осуществлять автоматическое регулирование частоты вращения долота и расхода промывочной жидкости. Исследования показывают, что наиболее эффективным в процессе бурения с нерегулируемым приводом является автоматизация подачи долота. Автоматическое регулирование подачи инструмента обеспечивает регулирование нагрузки на долото, что приводит к соответствующей скорости проходки (углубления скважин) при необходимом режиме промывки забоя скважины. Рассмотрим характер изменения проходки в функции изменения нагрузки на долото при ручной и автоматической подаче бурильного инструмента. Во время ручной подачи бурильщик на короткое время освобождает тормоз барабана, который в этот промежуток поворачивается на определенный угол, а бурильный инструмент опускается. При этом часть веса колонны передается на забой, в результате чего увеличивается нагрузка на долото. По мере срезания породы долото опускается, уменьшается осевая нагрузка на него, а следовательно, и момент, передаваемый через бурильные трубы и долото, уменьшается до нулевого значения. Цикл этот изображен на рис. 17.1, где АБ—начальное давление на забой при освобождении тормоза, АВ — проходка. Площадь треугольника АБВ пропорциональна работе, выполненной долотом за период рассмотренного цикла. Возьмем на этой диаграмме точку К, причем АК=АБ/2. Если из этой точки провести линию К.Л, параллельную оси абсцисс, то площадь прямоугольника АКЛВ будет равна площади треугольника А БВ. Следовательно, по аналогии с предыдущим рассуждением, такая же работа может быть выполнена долотом при нагрузке и крутящем моменте в два раза меньших, если их поддерживать в течение всего цикла постоянными, т. е. если начальную нагрузку {АБ) все время поддерживать постоянной, то работа долота при тех же предельных напряжениях бурильного инструмента и всего оборудования в два раза больше, чем при периодической подаче долота. Износ всего оборудования, обусловленный переменной нагрузкой, в отличие от переменных динамических нагрузок, характерных для ручной подачи, будет меньшим. Таким образом, автоматическая подача бурильного инструмента обеспечивает: 1) увеличение механической скорости, 2) относительное снижение крутящего момента в бурильных трубах, 3) уменьшение износа долота и соответственное увеличение проходки. Для управления осевой нагрузкой можно воздействовать на перемещение верхнего или нижнего конца бурильной колонны. В первом случае устройство подачи долота УПД) располагается на поверхности. Такие устройства называются наземными устройствами подачи долота. Во втором случае УПД устанавливают в скважине вблизи забоя и называют их глубинными устройствами подачи долота. Схема управления процессом бурения показана на рис. 17.2. Бурильщик, наблюдая за показаниями прибора при отклонении нагрузки на долото с целью приведения ее к заданному значению, перемещает на расстояние 5 рукоятку тормоза лебедки. При этом изменяется усилие F тормозных колодок на шкив барабана лебедки, изменяется подача инструмента и осевая нагрузка на долото. С уменьшением тормозного усилия увеличивается подача v и осевая нагрузка на долото Q и наоборот. Таким образом, роль бурильщика сводится к перемещению рукоятки управления тормозом лебедки в функции Изменения показаний р прибора (изменения нагрузки на долото). При этом нагрузку на долото приводят в соответствие со значением ее, заданным геолого-техническим нарядом на бурение. С помощью тормоза бурильщик управляет подачей бурильного инструмента, которую определяют по выражению где А5—подача бурильного инструмента; К.—коэффициент пропорциональности, показывающий, какое перемещение инструмента приходится на единицу отклонения нагрузки на долото; AG—отклонение осевой нагрузки от заданного значения. Управление по формуле (17.1) можно осуществить автоматически, если вместо бурильщика в схеме 17.2 предусмотреть исполни- тельный механизм (привод), управляемый первичным преобразователем и воздействующий на тормоз буровой лебедки (рис. 17.3). В этом случае получим схему автоматического регулирования по отклонению. Сопоставив схемы 17.2 и 17.3, видим, что система автоматического управления замкнутая в отличие от разомкнутой при ручном управлении. Обратная связь в этой замкнутой системе осуществляется первичным преобразователем, в качестве которого в данном случае применяют гидравлический трансформатор давления индикатора веса или первичный преобразователь электрического индикатора веса. Входной величиной для управления приводом служит сигнал, соответствующий нагрузке на долото. Поскольку мощность сигнала первичного преобразователя в большинстве случаев может оказать ся недостаточной для управления приводом, в схему вводят промежуточное звено-усилитель. На рис. 17.4 показана структурная схема автоматического регулятора подачи долота. Кроме рассмотренных элементов в этой схеме предусмотрены блок сравнения и задатчик. С помощью задатчика устанавливают значение нагрузки на долото, которая должна автоматически поддерживаться регулятором подачи. Блок сравнения выполняет функцию выработки управляющего сигнала, пропорционального разнице между существующей и заданной нагрузками на долото. Таким образом, само рассогласование является источником воздействия, направленного на его устранение. По степени автоматизации процесса бурения устройства подачи долота можно разделить на механизмы подачи долота (МПД) и автоматы подачи долота (АПД). МПД представляют собой устройства, обеспечивающие равномерную подачу долота. При их использовании бурильщик освобожден от физического труда, но он должен наблюдать за приборами, измеряющими параметры процесса бурения, и управлять МПД для поддержания параметров на заданном уровне. АПД представляют собой автоматические регуляторы, осуществляющие подачу долота с поддержанием заданного режима бурения (осевой нагрузки на долото, частоты вращения долота, силы тока привода, мощности на выходном валу, расхода промывочной жидкости). Схема АПД включает измерительные устройства, задатчики, элементы сравнения, устройства обратной связи. По принципу действия УПД делятся на фрикционные, гидравлические и электромашинные. Как уже указывалось, по месту воздействия на бурильную колонну УПД делят на наземные и глубинные. У наземных устройств конструкция, схема и габариты не зависят от размеров скважины и условий работы долота на забое, у глубинных механизм подачи расположен в скважине, вблизи забоя, что накладывает ограничения на конструкцию, схему, габариты устройств из-за ограниченного диаметра ствола скважины, высокого давления заполняющей скважину буровой жидкости, высокой температуры, ударов и вибраций, сопровождающих работу долота. Однако глубинные УПД позволяют лучше осуществлять управление подачей долота, особенно в глубоких скважинах, так как из контура управления исключается колонна бурильных труб, вносящая помехи из-за сложных условий, в которых она работает.
|
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-08-28 lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда... |