Устройство для спуска и подъема колонны труб

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ц Е 21 В 19/00 ОБРЕТЕНИЯ ДЕТЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(72) В. А. Пантелеев, Н. И. Давиденко, С. К. Шпилевский и А. С. Тихоненко (71) Специальное конструкторское бюро сейсмической техники(56) 1. Котляров А. М. Автоматизация буровых агрегатов. М., Недра, 1971, с. 103 - 107.2. Авторское свидетельство СССР574517, 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 801134693 А низации спуско-подъемных операции 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.5 О 15 20 25 ЗО 40 45 50 55 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. Изобретение относится к оборудованиюдля бурения и ремонта нефтяных скважин,в частности к средствам автоматизацииспуско-подъемных операций.Известно устройство для останова колонны бурильных труб при подъеме 1.Известно также устройство для спускаи 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 замковбурильной колонны вследствие наличия подвижных элементов конструкции и гидроцилиндра.Кроме того, необходима перестройка сигнализатора замков колонны труб при сменедиаметра труб колонны,Цел ь изобретения - повышение степенимеханизации спуско-подъемных операцийпри бурении и ремонте нефтяных и газовыхскважин.Поставленная цель достигается тем, чтов устройстве для спуска и подъема колонны труб сигнализатор замков колонны труби блок отключения спуско-подъемного механизма выполнены в виде двух индуктивныхдифференциальных датчиков, кварцевого генератора, делителя частоты, трех формирователей импульсов, двух усилителей, двух усилителей-ограничителей, двух схем И и двухтриггеров, причем выход кварцевого генератора через делитель частоты и соответствующийусилитель подключен ко входным обмоткаминдуктивных дифференциальных датчиков,а их выходные обмотки через соответствующие усилитель-ограничитель, формировательимпульсов и схему И подключены к одномувходу соответствующего триггера, другойвход которого соединен с выходом делителя частоты, а выходы триггеров подключены к командоаппарату, при этом другой входкаждой схемы И через соответствующий формирователь импульсов соединен с выходомкварцевого генератора. 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 3 подключен последовательно к датчикуустройства 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.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 11 частоты. поступают параллельно на Д-входы Д-триггеров 17 и 21 и на уси 10 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 датчика 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 20 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 0, и импульсы (б) с формирователя 10 коротких импульсов не про ходят на входы С Д-триггеров 17 и 21, установленных в 0, и триггера не изменяют своего состояния. Командоаппарат не работает.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 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 (г), из которых затем формирователем 19 формируются короткие стробирующиеимпульсы (д), поступающие на первый вход схемы И 20. При совпадении стробирующих импульсов с импульсами (б), поступающими с формирователя 1 О, схема И 20 форми 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 0 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 й 0 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 ог 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 напряжения возбуждения на датчик 7 устройства отключения спуско-подъемного механизма с выхода делителя 11 частоты через усилитель 12. При подъеме колонны труб ЗЗ 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 0 и командоаппарат 22 не работает. При входе в рабочую зонудатчика 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 можном поперечном раскачивании колонны. Электрическая часть схемы сигнализаторагз в замков колонны, состоящая из усилителя- ограничителя 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.134693 2 г г 5 Редактор Н. КиштулинецЗаказ 10051/29ВНИИПИпо д113035 Яофилиал ППП Составитель В. БулыТехред И. ВересТираж 540Государственного комам изобретений ива, Ж - 35, РаушскаПатент, г. Ужгород,Питетаоткрытя иаб рректор О Тиго дписное СССР й д, 4/5 роектиая, 4