Устройство для спуска и подъема колонны труб

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУСКА И ПОДЪЕМА КОЛОННЫ ТРУБ, содержащее спуско-подъемный механизм с бесконтактными выключателями, талевый блок с элеватором, клиновой захват, ключ, центратор , сигнализатор замков колонны труб, блок отключения спуско-подъемного механизма и крмандоаппарат, отличающееся тем, что, с целью повышения степени механизации спуско-подъемных операций при ремонте и. бурении скважин, сигнализатор замков колонны труб и блок отключения спуско-подъемного механизма выполнены в виде двух индуктивных дифференциальных датчиков, кварцевого генератора, делителя частоты, трех формирователей импульсов, двух усилителей, двух усилителей-ограничителей , двух схем И и двух триггеров, причем выход кварцевого генератора через делитель частоты и соответствующие усилители подключен к входным обмоткам индуктивных дифференциальных датчиков, а их выходные обмотки через соответствующие усилитель-ограничитель, формирователь импульсов и схему И подключены к одному входу соответствующего триггера, другой вход которого соединен с выходом делителя частоты, а выходы триггеров подключены к командоаппарату, при этом другой вход каждой схемы И через соответствующий формирователь импульсов соединен с выходом кварцевого генератора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4ИО Е 21 В 19/00

Ф

k

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2833673/22-03 (22) 26.10.79 (46) 15.01.85. Бюл. № 2 (72) В. А. Пантелеев, Н. И. Давиденко, С. К. Шпилевский и А. С. Тихоненко (71) Специальное конструкторское бюро сейсмической техники (53) 622.242 (088.8) (56) 1. Котляров А. M. Автоматизация буровых агрегатов. М., «Недра», 1971, с. 103—

107.

2. Авторское свидетельство СССР № 574517, кл. Е 21 В 19/00, 1973 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУСКА И

ПОДЪЕМА КОЛОННЫ ТРУБ, содержащее спуско-подъемный механизм с бесконтактными выключателями, талевый блок с элеватором, клиновой захват, ключ, центратор, сигнализатор замков колонны труб, блок отключения спуско-подъемного механизма и командоаппарат, отличающееся тем, что, с целью повышения степени меха„„3Ц,„1134693 А низации спуско-подъемных операций при ремонте и бурении скважин, сигнализатор замков колонны труб и блок отключения спуско-подъемного механизма выполнены в виде двух индуктивных дифференциальных датчиков, кварцевого генератора, делителя частоты, трех формирователей импульсов, двух усилителей, двух усилителей-ограничителей, двух схем И и двух триггеров, причем выход кварцевого генератора через делитель частоты и соответствующие усилители подключен к входным обмоткам индуктивных дифференциальных датчиков, а их выходные обмотки через соответствующие усилитель-ограничитель, формирователь импульсов и схему И подключены к одному входу соответстгующего триггера, другой вход которого соединен с выходом делителя частоты, а выходы триггеров подключены к командоаппарату, при этом другой вход каждой схемы И через соответствующий формирователь импульсов соединен с выходом кварцевого генератора.

1134693

Изобретение относится к оборудованию для бурения и ремонта нефтяных скважин, в частности к средствам автоматизации спуско-подъемных операций.

Известно устройство для останова колонны бурильных труб при подъеме (1).

Известно также устройство для спуска и подъема колонны труб, содержащее спускоподъемный механизм с бесконтактными выключателями, талевой блок с элеватором, клиновой захват, ключ, центратор, сигнализатор замков колонны труб, блок отключения спуско-подъемного механизма и командоаппарат (2) .

Недостатком данного устройства является малая степень механизации, обусловленная низкой надежностью механизма отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора, а также сигнализатора замков бурильной колонны вследствие наличия подвижных элементов конструкции и гидроцилиндра.

Кроме того, необходима перестройка сигнализатора замков колонны труб при смене диаметра труб колонны.

Цел ь изобретения — повышение степени механизации спуско-подъемных операций при бурении и ремонте нефтяных и газовых скважин.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для спуска и подъема колонны труб сигнализатор замков колонны труб и блок отключения спуско-подъемного механизма выполнены в виде двух индуктивных дифференциальных датчиков, кварцевого генератора, делителя частоты, трех формирователей импульсов, двух усилителей, двух усилителей-ограничителей, двух схем И и двух триггеров, причем выход кварцевого генератора через делитель частоты и соответствующий усилитель подключен ко входным обмоткам индуктивных дифференциальных датчиков, а их выходные обмотки через соответствующие усилитель-ограничитель, формирователь импульсов и схему И подключены к одному входу соответствующего триггера, другой вход которого соединен с выходом делителя частоты, а выходы триггеров подключены к командоаппарату, при этом другой вход каждой схемы И через соответствующий формирователь импульсов соединен с выходом кварцевого генератора.

На фиг. 1 показана схема, предлагаемого устройства для спуска и подъема колонны труб; на фиг. 2 — электрическая функциональная схема сигнализатора замков колонны и устройства отключения спускоподъемного механизма; на фиг. 3 — устройство датчика сигнализатора замков колонны; на фиг. 4 — датчик устройства отключения спуско-подъемного механизма; на фиг. 5— эпюры напряжений, поясняющие работу электрической схемы.

Устройство для спу=ка и подъема колонны труб (фиг. 1) содержит лебедку,!, связанную с талевым блоком 2 и элеватором 3, который в свою очередь соединен с центратором 4, установленные на устье скважины трубный ключ 5 и клиновой захват 6. На элеваторе 3 смонтирован датчик 7 устройства отключения спуско-подъемного механизма, а на ключе 5 — датчик 8 сигнализатора замков колонны.

Схема сигнализатора замков колонны и устройства отключения спуско-подъемного механизма (фиг. 2) содержит кварцевый генератор 9, связанный с формирователем

10 коротких импульсов и делителем 11 частоты, к выходу делителя частоты подключены идентичные усилители 12 и 13, выход усилителя 12 подключен последовательно к датчику 8 сигнализатора замков колонны, усилителю-ограничителю 14, формирователю 15 коротких импульсов, первому входу схемы

И 16 и С-входу Д-триггера 1?, а выход усилителя 13 подключен последовательно к датчику 7 устройства отключения спуско-подьемного механизма, усилителю-ограничителю 18, формирователю 19 коротких импульсов, первому входу схемы И 20 и С-входу

Д-триггера 21; выход формирователя 10 коротких импульсов подключен ко вторым входам схем И 16 и 20; выход делителя 11 частоты подключен к Д-входам Д-триггеров 17 и 21, выходы Д-триггеров 17 и 21 подключены к командоаппарату 22.

Датчик 8 сигнализатора замков колонны (фиг. 3) состоит из обмоток 23 и 24 возбуждения, соединенных последовательно и подключенных к выходу усилителя 12, и выходных обмоток 25 и 26, соединенных последовательно. Обмотки 23, 25 и 24, 26 расположены попарно на Т-образных каркасах 27 и 28.

Датчик блока отключения спуско-подьемного механизма (фиг, 4) состоит из обмотки 29 возбуждения и двух выходных обмоток 30 и 31, включенных встречно-последовательно и расположенных на цилиндрическом каркасе 32.

К устройству относится также колонна труб ЗЗ с замками 34.

Эпюры напряжений в контрольных точках электрической функциональной схемы (фиг. 5); а — форма напряжения на выходе кварцевого генератора 9; б — форма напряжения на выходе формирователя 10 коротких импульсов; в — форма напряжения на выходе делителя 11 частоты; г — форма напряжения на выходе усилителей-ограничителей 14 и 18; д — форма напряжения на выходе формирователей 15 и 19 коротких импульсов; е — форма напряжения на выходе схем И 16 и 20; ж — форма напряжения на выходе Д-триггеров 17 и 21.

1134693

Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии в рабочих зонах датчиков сигнализатора замков колонны и устройства отключения спуско-подъемного механизма колонны труб нет. Импульсы высокой частоты (а) с кварцевого генератора

9 поступают параллельно на формирователь

10 коротких импульсов и делитель 11 частоты. Низкочастотные импульсы (в) с делителя ll частоты. поступают параллельно на Д-входы Д-триггеров 17 и 21 и на уси10 лители 12 и 13, с усилителей 12 и 13 сигнал поступает на обмотки 23 и 24 возбуждения датчика 8 сигнализатора замков колонны и обмотку 29 возбуждения да;.чика 7 устройства отключения спуско-подъемного 1 механизма. В исходном состоянии связь между обмоткой 23 возбуждения и параллельно ей расположенными противоположными сторонами обмотки 25 постоянна и в противоположных сторонах обмотки 25 наводятся противофазные токи, равные по амплитуде, и напряжение на выходных зажимах обмотки 25 отсутствует, аналогично и для обмоток 24 и 26. В датчике 7 блока отключения спуско-подъемного механизма в выходных обмотках 30 и 31, включенных встречно, наводятся противофазные токи, равные по амплитуде, и на выходе датчика

7 сигнал также отсутствует. На первых входах схем И 16 и 20 при этом имеется потенциал логический «О», и импульсы (б) с формирователя 10 коротких импульсов не про- 30 ходят на входы С Д-триггеров 17 и 21, установленных в «О», и триггера не изменяют своего состояния. Командоаппарат не р а бота ет.

В операции «Спуск колонны» заводят очередное звено колонны труб 33 с замком

34 в центратор 4; элеватор 3 с закрепленным на нем датчиком 7 устройства отключения спуско-подъемного механизма опуска-. ется на верхний замок колонны, при этом в рабочую зону датчика попадает замок 34 40 колонны 33 и индуктивная связь между обмоткой 29 возбуждения датчика 7 с обмоткой 30 увеличивается, а с обмоткой

31 остается такой же, как в исходном состоянии. В результате этого баланс амплитуды и фазы нарушается и на выхода дат- 45 чика 7 появляется напряжение, изменяющееся по амплитуде и фазе по мере перемещения замка в датчике. Это напряжение преобразуется усилителем-ограничителем

18 в однополярные прямоугольные импульсы (r), из которых затем формирователем

19 формируются короткие стробирующие импульсы (д), поступающие на первый вход схемы И 20. При совпадении стробирующих импульсов с импульсами (б), поступающими с формирователя 10, схема И 20 форми- 55 рует синхроимпульсы (е), поступающие на вход С Д-триггера 21. Пока синхроимпульсы (е), изменяющие свою фазу дискретно относительно фазы напряжения возбуждения (в) датчика 7 по мере изменения фазы выходного напряжения датчика, совпадают по фазе с нулевым значением напряжения возбуждения (в) датчика, Д-триггер 21 находится в состоянии логический «О» на выходе (ж), когда же по мере перемещения замка 34 в рабочей зоне датчика 7 синхроимпульсы (е) совпадут по фазе с единичным значением напряжения возбуждения (в) датчика 7, Д-триггер примет состояние логической «1» на выходе (ж). По мере продвижения замка 34 в рабочей зоне датчика 7 начинает увеличиваться связь обмотки возбуждения 29 с выходной обмоткой 31 и уменьшаться с обмоткой 30, лри этом фаза выходного напряжения датчика 7 начинает изменяться в сторону уменьшения фазового сдвига относительно исходного состояния и при совладении фазы синхроимпульса (е) с нулевым значением напряжения возбуждения (в) датчика 7 Д-триггер 21 переходит в состояние логически и

«О» на выходе (ж). При этом командоаппарат выдает последовательно команды на закрытие элеватора, снятие с клинового захвата и на спуск звена колонны труб 33.

Описанный процесс повторяется до тех пор, пока вся колонна не будет опущена.

В операции «Подъем колонны» работают как устройство отключения спуско-подъемного механизма, так и сигнализатор замков колонны. При этом блок отключения спускоподъемного механизма работает аналогично работе в ot ерации «Спуск колонны», но командоаппарат . ыдает последовательно команды на закрытие и подъем элеватора.

Сигнализатор замков колонны работает следующим образом.

На датчик 8 сигнализатора замков колонны напряжение возбуждения (в) подается аналогично подаче напряжен ия возбуждения на датчик 7 устройства отключения спуско-подъемного механизма с выхода делителя 11 частоты через усилитель

12. При подъеме колонны труб 33 с замками 34 она перемещается в рабочей зоне датчика 8. Когда в рабочей зоне датчика 8 находится участок колонны без замка в противоположных сторонах обмотки

25, расположенных параллельно обмотке

23 в перпендикулярной ей плоскости, наводятся противофазные напряжения равной амплитуды, которые взаимно уничтожаются и на выходных зажимах обмотки 25 напряжение отсутствует. Электрическая цепь сигнализатора замков колонны, состоящая из усилителя-ограничителя 14, формирователя 15 коротких импульсов, схемы И 16 и

Д-триггера 17, работает аналогично работе сигнализатора замков колонны в исходном состоянии. На выходе Д-триггера 17 имеется логический «О» и командоаппарат

22 не работает. При входе в рабочую зону

1134693

Фиг z датчика 8 замка 34 индуктивная связь между обмоткой 23 и выходной обмоткой 25 изменяется, равновесие фаз и амплитуд в противоположных сторонах обмотки 25 нарушается и на ее выходных зажимах появляется напряжение, изменяющееся по амплитуде и фазе по мере перемещения замка 34 в рабочей зоне датчика 8. Вторая половина датчика, состоящая из обмоток

24 и 26, работает аналогично и введена для повышения точности срабатывания при воз- 10 можном поперечном раскачивании колонны.

Электрическая часть схемы сигнализатора

z> замков колонны, состоящая из усилителяограничителя 14, формирователя 15 коротких импульсов, схемы И 16 и Д-триггера

17, работает аналогично работе блока отключения спуско-подъемного механизма в операциях «Спуск колонны» и «Подъем колонны» при введении в его датчик 7 замка колонны. При выходе замка 34 колонны труб 33 из рабочей зоны датчика 8 командоаппарат 22 выдает команды на прекращение подъема, отворачивание и отвод звена колонны труб. Процесс повторяется до полного извлечения колонны.

lI34693 ф г 5

Составитель В. Булыгин

Редактор Н. Киштулинец Техред И. Верес Корректор О. Ти гор

Заказ 10051/29 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Mocxsa, . Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4