Устройство для спуска и подъема бурильной колонны

 

11 ц 5745 I7

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.06.73 (21) 1932335/03 (51) М. Кл.- Е 21В 19/00 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.09.77. Б1ол7eleIII № 36

Дата опубликования описания 29.09.77 (53) УДК 622.242(088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Ю. А. Зильберберг, P. П. Райгородский и Л. М. Соловьева

Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУСКА И ПОДЪЕМА БУРИЛЬНОЙ

КОЛОННЪ|

Изобретение касается оборудования для бурения нефтяных и газовых скважин, в частности средств механизации и автоматизации спуско-подъемных операций.

Известно устройство для спуска и подъема бурильной колонны, содержащее лебедку с бесконтактными выключателями, талевый блок с элеватором, оперативную муфту, клиновой захват, центратор, командоаппараты, сигнализатор замков бурильной колонны и механизм отсчета пути талевого блока с барабаном кабель-каната.

Сигнализатор замков бурильной колонны электрически связан с тормозом лебедки, а элеватор сблокирован с клиновым захватом таким образом, что последний не откроется до тех пор, пока клинья элеватора не зажмут свечу. Электрическая связь между элеватором и клиновым захватом осуществляется через троллси, установленные вблизи верхнего и нижнего .положений талевого блока.

Однако в этом устройстве»е совмещены во времени операции свинчивания — развинчивания свечей с перемещением незагруженного талевого блока. В результате затрачивается дополнительное время на подъем талевого блока выше верхнего торца свечи на малой скорости с помощью, натяжного устройства, что не дает, возможности производить спуск— подъем в оптимальном режиме. Кроме того, 30 требуется жесткий допуск на длину свечей, а также применение специальных бурильных замков с кольцами нз диамагнитного материала, обеспечивающих работу снгна 7Н32ТОра замков бурильной колонны.

Целью изобретения является автоматизация спуско-подъемных операций.

Для этого предлагаемое устройство снабжено механизмом отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора, смонтиpoBBHHblM на центраторе и талсвом блоке, блоком отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора, связанным с механизмом отсчета пути талевого блока чсрсз olleративную муфту и сигнали3атор замков бурильной колонны.

Кроме того, барабан кабель-каната снабжс11 флаж1 .Ом вык.71О 1ате.7е11 лсбсд1 .и, рые c670I HpoBBHbl с выключателем,командоаппарата, связанного с механизмом отсчета пути талсвого блока, а сигнализатор замков бурильной колонны выполнен в виде двух ры !агов и снаожен силОВым цилиндром, штоl . которого связан с рычагами, причем блок отклlочсния лсосдки при подъеме загружснного элеватора выполнен в виде сблокированных с переключателем скоростей выключателей с общим кулачком, связанным с оперативной муфтой и водилом дифференциала в виде рычага с,роликом, размещенным в пазу диска

574517 на валу реверсивного двигателя, при этом механизм отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора выполнен в виде установленного на центраторе рычага с роликом, шарнирно соединенного с подпружиненным толкателем и.установленным на талевом блоке выключателем, связанным с кабель-канатом.

На фиг. 1 показана общая схема предлагаемого устройства для подъема и,спуска бурильной колонны; на фиг. 2 — сигнализатор за маков бурильно "; на фиг. 3 — блок отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора, вид спереди; на фиг. 4 — то же, продольный .разрез; на фиг. 5 — механизм отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора.

Устройство для спуска и подъема бурильной колонны содержит талевый блок 1 с раздвинутыми секциями шкивов, автоматический элеватор 2, бу|ровую лебедку 3, центратор 4, буровой ключ 5, клиновой захват 6, датчик веса 7, механизм 8 отсчета пути талевого блока, который связан с талевым блоком посредством кабель-.каната 9, командоаппарат

10, постоянно связанный с механизмом 8, отсчета, командоаппарат 11 и блок отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора 12, соединенные с механизмом отсчета 8 посредством оперативной муфты 13, сигнализатор замков 14 бурильной колонны, механизм отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора 15, смонтированный на центраторе и талевом блоке, датчики верхнего !6 и нижнего 17 положений клиньев, бесконтактные выключатели 18 и 19 лебедки, задатчик скорости спуска 20 и тахогенератор

21, соединенные с механизмом 8 отсчета пути талевого блока. На автоматическом элеваторе 2 смонтирован датчик захвата колонны

22, электрически связанный с кабель-канатом 9.

Механизм отсчета пути талевого блока состоит из барабана 23 для намотки кабельканата 9 и каната, связанного с противовесом 24, и понижающего редуктора. 25. Барабан кабель-каната, снабжен флажком 26 для воздействия на выключатели 18 и 19. Передаточное отношение редуктора 25 обеспечивает поворот вала командоаппа рата 10 на угол, близкий к 360,,на,пути талевого блока от крайнего, нижнего положения до верхнего, а вала командоаппарата 11 и блока отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора 12 — на тот же угол, но на пути бурильного замка от сигнализатора замков

14 до бурового ключа 5.

Сигнализатор замков 14 бурильной колонны (см. фиг. 2) состоит из двух, рычагов 27 с губками 28, выключателя 29 и силового цилиндра 30, шток которого посредством тяг 31 связан с рычагами 27. Корпус цилиндра 30 и рычаги 27 шарнирно укреплены на втулке 32, чосаженной на ось 33.

Блок отключения лебедки при подъеме запруженного элеватора 12 (см. фиг. 3 и 4), ко5

1О

ЗО

33

65 торый предназначен для коррекции точки о ключения в зависимости от веса бурильной колонны п,скорости ее подъема, состоит и:s набора сблокированных с переключателем скоростей лебедки выключателей 34 — 38, кулачка 39, воздействующего на выключатели

34 — 38 и связанного через дифференциал 40 с валом 41. Блок также включает водило дифференциала, выполненное в виде рычага

42 с роликом 43, размещенным в,профилированном пазу 44 диска 45, установленного на валу реверсивного двигателя 46. Указанный двигатель связан через зубчатую передачу 47 с сельсином 48, который электрически соединен с сельсином датчика веса 7. Вал 41 связан через вал командоаппарата 11 с ведомой частью оперативной муфты 13. Для перевода в исходное положение вала 41 после отключения муфты 13 служат пружина 49 и кривошип 50.

Механизм отключения лебедки при подьеме незагруженного элеватора 15 включает рычаг 51 с роликом 52, шарнирно укрепленный на центраторе 4 и связанный с подпружиненным толкателем 53, также вмонтированным в центратор 4, выключатель 54 с приводным рычагом 55, смонтированный на талевом блоке 1. Толкатель 53 может воздействовать на приводной рычаг 55 при совместном движении талевого блока и центратора.

Выключатель 54 электрически соединен с приводом лебедки через кабель-канат 9. С помощью этого кабель-каната осуществляется электрическая связь датчика захвата колонны 22 автоматического элеватора 2 со схемой управления клиновым захватом 6 (см. фиг. 1).

Торможение барабана лебедки 3 осуществляется обычным ленточным тормозом 56, нормально замкнутым посредством силового цилиндра 57, и вспомогательным тормозом (не показан).

Управляющий .сигнал на торможение при спуске поступает в виде разности напряжений тахогенератора 21 и задатчика скорости спуска 20, кулачок 58 которого регулирует скорость спуска в функции положения талевого блока. Устройство, включает также свечу 59.

Устройство работает следующим образом.

В операции «Спуск колонны» сигнализатор замков 14 бурильной колонны и блок отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора 12 выключены из работы, рычаги

27 разведены (на фиг, 2 показано пунктиром), и муфта 13 не включается. Исходное положение талевого блока 1 — крайнее нижнее. Заводят очередную свечу 59 и ее верхним концом, входящим в центратор 4, поворачивают рычаг 51, который поднимает толкатель 53. При подъеме незагруженного элеватора 2 по свече 59 ключом 5 свинчивают свечу 59. Последнюю часть пути талевый блок 1 проходит вместе с центратором 4.

Прн подходе центратора 4 к верхнему торцу свечи 59 рычаг 51 опускается, и толкатель

53 воздействует через рычаг 55 на выключа574517 тель 54, по сигналу которого отключается привод лебедки 3 и подтормаживается ее барабан с такой интенсивностью, что обеспечивает подхват и снятие с клинового захвата 6 колонны автоматическим элеватором 2 с заданной скоростью при движении талевого блока 1 по инерции вверх. По сигналу датчика захвата, колонны 22 поднимается клиновой захват, а по сигналу датчика 16 из верхнего положения растормаживается барабан

10 лебедки 3 и колонна спускается в скважину.

При этом флажок 26 многократно воздействует на выключатели 18 и 19, однако сигнала от них не поступает, поскольку выключатели 18 и 19 сблокированы с выключателем командоаппарата 10, который срабатывает в

15 начале последнего оборота барабана 23. Такая схема способствует повышению масштаба отсчета пути талевого блока 1 и обеспечивает точность остановки замка бурильной колонны в зоне работы ключа 5. Остановка осуществляется по сигналу выключателя 18, который дает команду на опускание клинового захвата 6. По сигналу датчика 17 нижнего из положения барабан лебедки 3 вновь растормаживается, и талевый блок 1 приспуска- ется в крайнее нижнее положение, где останавливается по сигналу выключателя 19. Далее цикл повторяется.

Перед началом операции «Подъем колон- зо ны» сводятся рычаги 27 сигнализатора 14 замков бурильной колонны, которые обхватывают губками 28 бурильную трубу. При включении определенной скорости подъема лебедки включается >HIM| 03HH TI3 I3bTI<люча тслсй 34 — 38. 1Лсходное положение талевого блока 1 — крайнее нижнее. При подхвате колонны автоматическим элсватором 2 рсвсрсивпый двигатель 46 блока отключения лебедки прп подъсмс загруженного элсватора 4

12 поворачивает диск 45 на угол, пропорциональный весу колонны. При этом ролик 43 перемещается в пазу 44, поворачивая рычаг

42, который поворачивает кулачок 39 по часовой стрелке, отдаляя его в угловом измерении от выключателей 34 — 38 (на фиг. 3 показано пунктиром). При прохождении промежуточных замков свечи через сигнализатор

14 выключатель 29 не срабатывает, поскольку он сблокирован с выключателем командоаппарата 10, который срабатывает лишь тогда, когда .все промежуточные замки будут выше сигнализатора 14. При прохождении через сигнализатор 14 замка, подлежащего развинчиванию, выключатель 29 срабатывает и включает оперативную муфтч 13, благодаря чему вал командоаппарата 11 и вал 41 начинают вращаться. При этом кулачок 39 поворачивается против часовой стрелки и отключает задействованный выключатель из набора выключателей 34 — 38, по сигналу которого 6О отключается привод лебедки. После этого талевый блок с колонной движутся по инерции вверх, и при вхождении замка, подлежащего развинчиванию, в зону работы ключа 5 включается тормоз лебедки 3, а затем опускаются клинья по сигналу выключателя командоаппарата 11. Вход замка в зону ключа происходит с постоянной скоростью. Это достигается выполнением профиля паза 44 такой конфигурации, что угловое оасстояние между положением кулачка 39, занимаемым после подхвата колонны и задействованным выключателем, пропорционально разности между расстоянием от спгнализатора 14 до зоны работы ключа 5 и величиной пробега по инерции колонны данного веса с момента отключения привода лебедки до достижения скорости, близкой к О. Чем больше вес, тем на больший угол повернется кулачок по часовой стрелке, тем позднее произойдет отключение при повороте кулачка 39 против часовой

cTpe |<> oT aa. t 41. Поско ab x каждый ключатель 34 — 38 соответствует определенной скорости подъема. то включение в работу выключателя 34 соответствует наиболее раннему отключеншо привода лебедки, т. е. максимальной скорости подъема, а выключателя 38 наиболее позднему отключению, минимальной скопости.

По сигналу датчика 17 нижнего положения клиньев отключается муфта 13, и вал 41 под действием пружины 49 приходит в исходное положение. Одновременно растормаживается барабан лебедки 3, незагруженный талевый блок 1 опускается, и ключ 5 отвинчивает свечу. Управление тормозом аналогично операции «Спуск колоцны». Окончательная остановка в крайнем нижнcM положении производится по команде выключателя 19. Да,тес после выноса отвинчснной свечи цикл повторяется.

Таким образом, одновременно с автоматизацией выправления спуском и подъемом бурильной колонны, достигается сокращение впсмсни за счет исключения перебегов и Ilcобходимости псрехода на малую скорость прп подъеме талсвого блока. При этом обсспечивается требуемая точность остановки замка в зоне ключа и постоянство скорости подхвата колонны нсзависпмо от разности в длинах свечей.

Формула изобретения

1. Устройство для спуска и подъема бурильной колонны, содержащее лебедку с бесконтактными выключателями, талевый блок с элеватором, оперативную муфту, клиновой захват, центратор, командоаппараты, сигналиватор замков бурильной колонны и механизм отсчета пути талевого блока с барабаном кабель-каната, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что, с целью автоматизации спуско-подъемных операций. оно снабжено механизмом отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора, смонтированным на центраторе и талевом блоке, блоком отключения лебедки при подъеме загруженного элевато ра, связанным с механизмом отсчета пути та. левого блока через оперативную муфту и сиг. нализатор замков бурильной колонны.

574517

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что барабан кабель-каната снабжен флажком выключателей лебедки, которые сблокированы с выключателем командоаппарата, связанного с механизмом отсчета пути талового блока.

3. Устройство по п. 1, отл и ч а ю щееся тем, что сигнализатор замков бурильной колонны выполнен в .виде двух рычагов и снабжен силовым цилиндром, шток которого связан,с рычагами.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок отключени я лебедки при подьеме загруженного элеватора выполнен в виде

8 сблокиро ванных с переключателем скоростей выключателей с общим кулачком, связанным с оперативной муфтой и водилом дифференциала в вчде рычага с .роликом, размещенно5 го в пазу диска на валу реверсивного двигатсля.

5. Устройство по п. 1, отл ич а юще еся тем, что механизм отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора выполнен

10 в викс установленного на центраторе рычага с роликом, шарнирно соединенного с подпружиненным толкателем и установленным на талевом блоке выключателем, связанным с кабель-канатом.

574517

Гоставитсль Н. Туленннов

Техред И. Михайлова

Редактор О. Юркова

Корректоры: Л. Брахнина и И. Позняковская

Подписиос

Типография, пр. Сапунова, 2

Лак l3 2202/4 Изд. № 775 Тираж 778

ИГ10 Государственного комитета Совета Министров ГГСР ио делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5