Реле для защиты бурильных труб от скручивания

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ она при СНК СССР

Зарегистрировано е Отделе изобретен

Ф. М. Ахундов.

Реле для защиты бурильных труб от скручивания.

Заявлено 21 октября 1939 года в 11КНП за ¹ 2 073.

Опубликовано 31 яая 1941 года.

При вращательном бурении скважин долото иногда заклинивается, а так как при этом верхняя часть, колонны бурильных труб продол-, жает приводиться во вращение бу- . ровым двигателем, то в этом слу- . чае происходит скручивание и из:ioì бурильных труб.

Одним из видов защит бурильных труб от скручивания является защита при помощи максимального реле мгновенного действия, включенного в цепь бурового двигателя и установленного на срабатывание, при токе, соответствующем макси- мально допустимому напряжению в, бурильных трубах.

Зта система защиты имеет своим недостатком срабатывание макси- . мального реле при колебаниях на- грузки бурового двигателя и вы- ключение последнего при нормальной работе инструмента.

Для устранения этого недостатка,, в схему защиты вводилось реле времени. В такой схеме максималь- ное реле срабатывает при силе тока, соответствующей меньшему на- I пряжению в бурильных трубах, чем максимально допускаемое, и вклю- чает реле времени. Последнее через установленнио заранее выдержку времени, в течение которой напряжение в бурильных трубах достигает предельно допустимого значения, производит выключение бурового двигателя.

Применением реле времени значительно уменьшается число ложных отключений двигателя при пиковых перегрузках, но тем не менее и эта защита обладает существенными недостатками.

Вследствие практической невозможности получения надежной выдержки времени 0,3 —: 0,5 сек. не представляется возможной защита бурильных труб при малых глубинах (до 500- —: 800 м) скважин. Само реле времени имеет значительную погрешность (: 0,3 —: — 0,5 сек.) в выдержке времени; поэтому оно отключает двигатель либо раньше установленного времени — при вполне допустимой пиковой перегрузке либо позже. Преждевременные (ложные) отключения нервируют бурильщика и снижают скорость проходки, а отключения с запаздыванием иногда приводят к авариям с бурильн ы м и трубами.

Вообще системы защиты бурильных труб, в которых выдержка времени устанавливается заранее, не могут считаться удовлетворительными, так как уставка времени, определяемая из расчета длины, диаметра и числа оборотов бурильных труб, не всегда соответствует времени закручивания, при котором напряжение кручения достигает предельно допустимого значения. Это происходит в результате того, что скорость вращения бурового двигателя при заклинивании долота изменяется, и характер этого изменения, вследствие трения труб о стенки скважины и влияния махового момента ротора двигателя, бывает различным, а поэтому с достаточной точностью не может быть учтен заранее.

Предметом настоящего изобретения является такое реле для защкты бурильных труб от скручивания, в котором указанные недостатки устранены, Предлагаемое реле выполнено так, что оно дает импульс на выключение бурового двигателя с выдержкой времени, соответствующей заданному углу скручивания колонны труб.

Сущность изобретения, закл1очающаяся в оригинальном конструктивном выполненик механизма реле и изложенная ниже в «предмете изобретения», поясняется чертежом, IIa фкг. 1 — -3 которого изображено предлагаемое реле в трех проекциях (с частичными разрезами), на фиг. 4 — диаграмма. ил;нострирующая работу реле, на фиг. 5— электрическая схема включеш;я ре ле.

На двух подшипниках, сделанных в каркасе 1, сидит вйнт-валик ", имеющий правую двухходовую нарезку с -треугольным профилем. С правой стороны (фиг. 2) на кожухе 3 реле сделан прорез Е, через который выходит наружу конец винта 2, служащий для соединения с роторяым нлп другим соответствующим валом при вода. Это соединение может оыть осуществлено посредством специального гибкого вала или жесткого вала с шарнлрами Гука.

Несколько выше винта 2 параллельно ему на коромысле 4 укреплена четырехгранная направляющая 5. На направляющек 5 сидит ползун 7, находящийся под действием надетой на винт цилинд рической винтовой пружинны б. Ползун 7 снабжен внизу острием О. отстоящим от винта 2 на расстоянм.

1 —:1,5 мм, а вверху — эбонитовым штифтом-пальцем У. В крайнем левом (по флг. 2) положении ползун 7 упирается в рези новую подушку 8, предназначенную для амортизации ударов ползуна.

Контакты 9 реле смонтированы на эбонитовой или тому подобной колодочке 10, которая сидит на коромысле 4 и может быть установлена в любом месте вдоль прореза С, имеющего на кромке деления (фи: .

3) шка Ibl угла поворота колонн1-.; труб или числа оборотов, которое сделает винт 2 с момента сцепления с пслзуном до момента воздействия последнего на контакть;

Закрепление колодочки 10 на надлежащем месте шкалы осущес-— вляется болтом 11. Для предотвр.— щения поворота колодочки 10 вокруг болта 11 опа снабжена внизу прямоугольным выступом, входящлм в прорез С.

Правое (фиг. 1) плечо коромысла 4 образует якорь электромагнита 12 и нагружено пружиной 13, натяжение которой может регулироваться рычагом 14, нерестанавливаемым пс шкале 15. Пружина 13 удерживает якорь-коромысло 4 отведенным от электромагнита 12 и тем самым держит вш:.т 2 и ползун 7 в расце; —. нии.

Через проходной изолятор 16 в реле прснугцен четырехжильный гиокий кабель, две жилы которого соединяются с концами катушки электромагнита 12, а остальные две — c контактами реле. Катушк;. электромагнита 12 включается в цепь бурового двигателя илк элек— трического моментомера, если тако вой имеется в приводе. На фиг.:: показано включение реле чере.. трансформатор тока Т в статорнук. цепь бурсе ггс асинхронного двкга60172

Реле для защиты бурильных т,:уб

or скручивания путем выключения бурового двигателя при перегрузках, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что для создания выдержки времени, соответствующей заданному утлу скручивания колонны труб, применен ползун 7. сидящий на направляющей 5 и находящиися под воздействием приводимого в постоя:- ное вращение от бурового двигателя ходового винта 2, с целью размыкания после определенног,о числа оборотов контактов 9. теля М. Контакты реле включены последовательно с нулевой катушкой контактора К двигателя.

Как уже отмечено выше, реле имеет два самостоятельно регулируемых органа — рычаг 14 и переставные контакты 9, посредством которых устанавливается ток трогания реле и, соответственно, угол за кручивания, при котором должен отключиться буровой двигатель.

Уставка тока и угла закручивания выбираются таким образом, чтобы зацепление ползуна 7 и винта 2 произошло при сравнительно небольшой перегрузке (30 —: 100 о) труб и чтобы размыкание контактов реле происходило в момент достижения касательных напряжений в бурильных трубах установленного

"предельного значения.

Реле работает следующим обра- зом.

Винт 2 приводится во вращение от вала привода, но нормально острие ползуна 7 не находится в сцеплении с нарезкой винта 2 и пол- зун 7 находится в положении, пока- за|н,ном на фиг. 2.

При увеличении силы тока в це- . пи катушки S (вызванном перегруз- кой двигателя M) до установленной по шкале 15 величины электромаг- нит 12 притягивает свой якорь — ко-, нец коромысла 4 и вводит острие ползуна 7 в сцепление с нарезкой вращающегося винта 2. Ползун, начнет перемещаться вправо (по фиг. 2), и так как винт 2 механиче- ски связан с колонной бурильных труб, то перемещение ползуна будет пропорционально дополн ительному углу р закручивания колонны.

В некоторый момент палец У ползуна дойдет до контактов 9, разомкнет их, и буровой двигатель M остановится.

В случае, если перегрузка труб носит пиковый характер,то лолзун 7 не успеет еще дойти доконтактов 9, как коромысло 4, вследствие уменьшения силы тока в катушке S, отойдет от сердечника электромагнита 12 и сцепление между ползуном 7 и винтом 2 прекратится; вследствие этого ползун 7 под действием пружины 6 быстро отойдет в исходное положение и отключения бурового двигателя не произойдет.

Характер работы реле наглядно иллюстрируется диаграммой на фиг. 4.

Здесь точки а, Ь и с показывают начало работы реле; в этих точках сила тока в цепи бурового двигателя достигает величины уставки тока реле

1У„, но благодаря тому, что на участках аа, и bl3, нагру-зка имеет пикообразный характер и при этом время t перегрузки меньше времени дополнительного закручивания, отключение двигателя не происходит.

На участке сс, перегрузка продолжается сравнительно долго, чтоуказывает на заклинивание долота, и по достижении угла закручивания и, следовательно, касательного напряжения в бурильных трубах установленного максимального значения— реле отключает двигатель.

5Кирным пунктиром сс, на диаграмме показана кривая, по которой изменилась бы сила тока двигателя при заклинивании долота, если бы работа бурильных труб происходила без толчков и вибраций. Аналогичный вид будут иметь изменения момента и касательных напряжений в бурильных трубах.

Очевидно, если бы при заклин..вании долота не изменялась скорость вращения бурового двигателя, кривая сс, обратилась бы в наклонную прямую.

Предмет изобретения.

Отв, редлКтор Л. В. Ннкитмм

Тит. «Гон. печ.». М 69167. Згм. X% 4226 — 460

Дена ЗБ коп

Госпланиздаг