Реле для защиты бурильных труб от скручивания

РЕТЕЛ ЬСТВУ она при СУК СССР Зарегистрировано в Отделе изобретен ия пуоликовапо 3 ИСАНИЕ И АВТОРСКОМУФ. М.Реле для защиты буриль зявлено 21 октября 193 При вращательном бурении сква. жин долото иногда заклинивается, а так как при этом верхняя часть колонны бурильных труб продолжает приводиться во вращение буровым двигателем, то в этом случае происходит скручивание и излом буриль 11 ых 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 максимально допустимому напряжению в бурильных трубах.Зта система защиты имеет своим недостатком срабатывание максимального реле при колебаниях нагрузки бурового двигателя и выключение последнего при нормальной работе инструмента.Для устранения этого недостатка в схему защиты вводилось реле времени. В такой схеме максимальное реле срабатывает при силе тока, соответствующей меньшему напряжению в бурильных трубах, чем максимально допускаемое, и включает реле времени. Последнее через 1 о хундов, ых труб От скруч да в 11 КНП за М 2 т 073 язя 1941 годз. установленную заранее выдержку времени, в течение которой напряжение в бурильных трубах достигает предельно допустимого значе. ния, производит выключение бурсвого 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 бурильными трубами.Вообще системы защиты буриль ных 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, закл 1 очающаяся в оригинальном конструктивном выполненик механизма релеи изложенная ниже в предметеизобретения, поясняется чертежом, иа фкг, 1 - -3 которого изображено предлагаемое реле в трех проекциях (с частичными разрезами), на фиг, 4 - диаграмма, ил;иострирующая работу реле, на фиг, 5 -электрическая схема включеш;я ре На двух подшипниках, сделанных в каркасе 1, сидит винт-валик 2, 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 нли другим соответствующим валом привода, Это соединение может оыть осуществленопосредством 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 цилиндрической винтовой пружинны б. Ползун 7 снабжен внизу острием О. отстоящим от винта 2 на расстоянм.1 - :1,5 мм, а вверху - эбонитовым гцтифтсм-пальцем У, В крайнем левом (по флг. 2) положении полз унупирается в резиноевую подушку 8, предназначенную для амортизации ударов ползуна.Контакты 9 реле смонтированы на эбонитовой или тому подобной кс. лодочке 10, которая сидит на коромысле 4 и может быть установлена в любом месте вдоль прореза С, имеющего на кромке деления (фи: .3) цкалы угла поворота колонии; труб или числа оборотов, которое сделает винт 2 с момента сцепления с пслзуном до момента воздействия последнего на контакты 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 ; 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 сагим держит вш:т 2 и ползун 7 в расце; - :вникЧерез проходной изолятор 1 б в реле прсиугцен четырехжильный гиокий кабель, две жилы которого соединяются с концами катушки электромагнита 12, а остальные две - с контактами реле. Катушка электромагнита 12 включается н цепь бурового двигателя или элек - трического моментомера, если тако вой имеется в приводе. На фиг. показано включение реле чере. трансформатор тока Т в стато рн угсцепь бурского асинхронного двкга 60172Реле для защиты бурильных т,:уб ог скручивания путем выключения бурового двигателя при перегрузках, отличающееся тем, что для создания выдержки времени, соответствующей заданному утлу скручивания колонны труб, применен ползуя 7, сидящий на направляющей 5 и находящиися под воздействием приводимого в постоянное вращение от бурового двигателя ходового винта 2, с целью размыкания после определенног,о числ: 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, посре 1 дством которых устанавливается ток трогания реле и, соответственно, угол закручивания, 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 установленногопредельного значвния.Реле работает следующим обра-зом,Винт 2 приводится во вращениеот вала привода, но нормальноострие ползуна 7 не находится всцеплении с нарезкой винта 2 и пол-зун 7 находится в положении, пока-зан,ном на фиг, 2,При увеличении силы тока в це-пи катушки(вызванном перегруз-кой двигателя М) до установленной по шкале 15 величины электромаг-нит 12 притягивает свой якорь - ко-, нец коромысла 4 и вводит острие ползуна 7 в сцвпление с нарезкой вращающегося винта 2. Ползун , начнет перемещаться вправо (пофиг. 2), и так как винт 2 механиче-ски связан с колонной бурильныхтруб, то перемещение ползуна будет пропорционально дополнительному углу р закручивания колонны. В некоторый момент палец У ползуна дойдет до контактов 9, разомкнет их, и буровой двигатель М остановится.В случае, если перегрузка трубносит пиковый характер,то ползун 7не успеет еще дойти доконтактов 9, ) как коромысло 4, вследствие уменьшения силы тока в катушке Я, 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 1 У, но благодаря тому, что на участках аа, и ЬЬ, нагрузка имеет пико- образный характер и при этом времяперегрузки меньше времени дополнительного закручивания, отключение двигателя не происходит.На учабтке 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.Жирным 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 буричьнь х трубахОчевидно, если бы при заклин:.- вании долота не изменялась скорость вращения бурового двигателя, кривая сс, обратилась бы в наклонную прямую. Предмет изобретения,