Устройство для управления спуско-подъемными операциями на буровых установках

(5) 4 Ъ1 Я АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ уйбышевском. В. В. Куйаварзин шивилли И. Н. ения порошкошины и нефтя- ИОЭНГ, 1976,И ГОСУДАРСТВЕННЬИ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ВТОРСКОМ СВИДЕТСЛЬСТВУ(71) Филиал в г. Сызранго политехнического инститбышева(56) Вансович А. Р., СулхаТиристорная станция управым тормозом. - РНТС: 1 Чное оборудование, Ы., ВН Авторское свидетельство СССР791953, кл, Е 21 В 44/00, 1978.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕСГУСКОПОДЪЕЖНЫМИ ОПЕРЛЦМИ НЛ БУРОВЫХ УСТАНОВКАХ(57) Изобретение относится к областрения нефтяных и газовых скважин. изобретения - . - иовы, иенце пройзводцтельности спускоподьемных операций и облег. чение условии тпуда бурильщика в цикле подьема загруженного элеватора. Для этого устр-во снабжено блоками 6 и 22 определения направления перемещения талевого блока и контроля двигателей привода 11 бу. ровой лебедки (БЛ), тахогенератором 12 приводного вала, ключом 23, элементом И 20 и индикатором 24. К входам блока 6 подключены выходы б ока 7 определения буксования шинно-пневматических муфг 10, блока 4 за. дания скорости спуска бурильного инструмента ц тахогенератора 5. Выходы последнего подключены к блоку 7. Выход блока 6 подключен к первому входу элемента И 20, к трем ругцм входам которого подключеы коммутирующий блок 17, блок 18 контроля клинового захвата9, блок 21 контроля муфт 10 и блок 22 контроля двигателей приводя 1 БЛ 9. Выход135755 элемента И 20 подключен к входу ключа 23, подключенного параллельно второму выходу сигнализатора 16 состояния буровых насосов к входу регулятора 8 тока возбуждения порошкового тормоза 2. К, выходу блока 7 подключен индикатор 24. Устр-воИзобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для управления спус. коподьемными операциями (СПО) на буровых установках, где в качестве вспомога тельного установлен электромагнитный ферропорошковый тормоз.Цель изобретения - повышение производительности спускоподъемных операций и облегчение условий труда бурильщика в цикле подъема загруженного элеватора. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока определения направления перемещения телевого блока; на фиг. 3 - струк турная схема блока определения буксования шинно-пневматических муфт; на фиг. 4 типичный режим управления в цикле подъем бурильной колонны на длину одной свечи, на фиг. 5 -- графики движения подъемной системы буровой установки в период20 замедления в цикле подъема. Устройство содержит тиристорный блок 1 управления электромагнитным порошковым тормозом 2 с обмоткой 3 возбуждения, 25 запитывающейся от тиристорного блока 1 управления, последний включает блок 4 задания скорости спуска бурильного инструмента с обратной связью по скорости на базе тахогенератора 5, первый и второй выходы которого подключены к одноименным входам блока 6 определения направления перемещения талевого блока и блока 7 определения буксования шинно-пневматических муфт (ШПМ), а также блока 4 задания скорости спуска и регулятор 8 тока возбуждения порошкового тормоза 2, находяще гося на одном валу с буровой лебедкой 9 и ведомой частью шинно-пневм.атической муфты 10, ведущая часть муфты сочленена с валом привода 11 буровой лебедки, на котором установлен также тахогенера 1 ор 12 приводного вала, первый и второи выходы последнего соединены соответственно с третьим и вторым входами блока 7 определения буксования ШПМ. Буровая лебедка 9 имеет ленточный тормоз 13, управление им осуществляется при помощи приосуществляет торможение в конце цикла подъема свечи тормозом 2. Последний включается автоматически без участия ленточного тормоза 13 БЛ 9. Замок колонны ос танавливается в рабочей зоне бурового ключа. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. вода 14, связанного с блоком 15 контроля положения привода ленточного тормоза, выход которого соединен с третьим входом блока 4 задания скорости спуска, четвертый вход последнего подключен к первому выходу сигнализатора 16 состояния буровых насосов, второЙ выход которого соединен с входом регулятора 8 тока возбуждения. К входу тиристорного блока 1 управления подключен выход коммутирующего блока 17, первый вход которого подключен к выходу блока 18 контроля клинового захвата 19 и третьему входу элемента И 20, а второй вход - к выходу блока 21 контроля шинно-пневматических муфт 10 и второму входу элемента И 20, первый вход последнего соединен с четвертым входом блока 7 определения буксования ШПМ и с выходом блока 22 контроля двигателей привода 11 буровой лебедки, четвертый вход - с выходом блока 6 определения направления перемещения талевого блока, а выход - с входом ключа 23, подключенного параллельно второму выходу сигнализатора 16 состояния буровых насосов к входу регулятора 8 тока возбуждения порошкового тормоза. В устройство входит также индикатор 24, подключенный к выходу 7 определения нача. ла буксования ШПМ.Блок 6 определения направления перемещения талевого блока включает диод 25, делитель 26 напряжения резистивный на резисторах 27 и 28 и компаратор 29 так, что второй вход блока 6 соединен с вторыми входами делителя 26 и компаратора 29, а первый вход блока 6 подключен к аноду диода 25, катод которого соединен с первым входом делителя 26; выход делителя 26 соединен с первым входом компаратора 29, а выход последнего - с выходом блока 6.Блок 7 определения буксования ШПМ включает диоды 30 и 31, делители 32 и 33 напряжения резистивные на резисторах соответственно 34 - 37, компаратор 38 и элемент 39 И так, что первый и третий входы блока 7 соединены с анодами соответственно диодов 30 и 31, катоды которых подключены к первым входам делителей со 3575515 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зответственно 32 и 33, вторые входы которых соединены между собой с вторым входом блока 7. Выходы делителей 32 и 33 подключены соответственно к второму и первому входам компаратора 38, выход последцего соединен с первым входом элемента И 39, второй вход которого подключен к четвертому входу блока 7, а выход -- к выходу блока 7.Величины резисторов 27 и 28, 34 и 35, 36 и 3 выбираются из условий недопущения перенапряжений на входах кочпараторов 29 и 38 вплоть до максимально возможных скоростей вращения барабанного вала, а также создания номинальной нагрузки для тахогенераторов 5 и 12.Устройство работает следующим образом.В процессе спуска и подъема незагруженного элеватора, когда колонна стоит на клиновом захвате 19 и с выхода блока 8 контроля положения клинового захвата на первый вход коммутирующего блока 17 поступает сигнал низкого логического уровня (0), последний остается в нулевом состоянии и тиристорный блок 1 управления поддерживает порошковый тормоз в режиме Размагничивание. При этом остаточный момент тормоза минимален. Управление спускоподъемом незагруженного элеватора осусцествляется бурильщиком только с помощью ленточного тормоза 13.В цикле спуска бурильной колонны на 1 лину однои свечи после снятия колонны с клинового захвата 19 с выхода блока 18 контроля клинового захвата на первый вход коммутирующего блока 17 поступает сигнал высокого логического уровня (1), на второй вход блока 17 также поступает сигналс выхода блока 21 контроля ШПМ, так как 1 ЦПМ отключена и движение колонны осуществляется под действием инерционных масс. В этих условиях коммутирующий блок 17 срабатывает и тиристорный блок 1 управления переводит порошковый тормоз 2 в режим Торможение. Во время спуска инструмента действует обратная связь по скорости от тахогенератора 5, которая автоматически поддерживает заданную скорость спуска. Установка заданнои скорости спуска определяется сигналами с блока 5 контроля положения привода 14 ленточного тормоза 13, поступающими на третий вход блока 4 задания скорости спуска. Блок 15 контроля положения привода ленточного тормоза выполнен на основе датчиков положения (например, коленчатых выключателей), которые установлены в нем так, чтобы при полностью откинутой рукоятке привода 14 ленточного тормоза срабатывал датчик, включающий максимальную скорость спуска. Для уменьшения уставки заданной скорости спуска бурильщик перемещает рукоятку привода 14 вниз, при этом поочередно срабатывают другие датчики и осуществляют переключсция в блокс 4 задания скорости спуска и, цдкоцсц, и цдчдгс касания тормозными лецтдчц тормозных шкивов срабатывает последний датчик, включая минимально возможную уставку скорости в блоке 4. Дальцейцее увелцчснце тормозного момента, действующего ца барабанный вал лебедки 9, может быть создано лишь за счет физиологической работы бурцльццкд, воздействующего ца рукоя ку привода4 ленточного тормоза с оцрс;сгегцц,ьм л сцлием. Регулируя величину силы нажатия д рукоятку 4 привода ц время ее приложения бурильцик управляет процессом замедления спускаемой бурильцной колонны цсред посадкой последней ца клиновый захват 19 в конце цикла спуска.При раоотс оуровой гсбсдки с) ца спуск ца выходах тдхогенсрдторов 5 и 12 генерируются ЭДС с плосдмц (+) цд вторых выходах ц мицусамц- )цд первых, возццкаюцие на входах блоков 6 ц 7 напряжения являются обратными для диодов 25, 30 и 31, поэточу ца выходах блока 6 определения направления перемещснця тдлевого блока и блока 7 определения оуксовдния ШПМ устанавливаются сигналы 0.Типичный режим управления в цикле подъема бурильной колонны цд длину одной с вечи иллюстрируется фиг. 4,ца которой приведены следующие диаграммы: тахогрдмчд барабанного вала лсбедки при по ъеме загруженного элеватора со = 1(1) с указанием скорости устдцовившегося движения и, д также 1 1 р 1, 1 и и 1,. - времени до подхвата бурильной колонны, времени разгона, устдновившсгося движения, замедления и общего времени подъема загруженного элеватора: положение крана управления ШПМ 0 отражает зависимость уровня напряжения на выходе блока 21 контроля ШПМ от времени (ч = 4(1); положение клинового захвата 19 отражает зависимость уровня напряжения ца выходе блока 18 контюля положения клинового захвата от времени Р, = 1 д(1); зависимость уровня напряжения ца выходе блока 22 контроля двигателей привода 1 от времени 122 = 1; состояние коммутирующего блока 17 отражает зависимость -, = 15(1), где ( -, = ь 1конъюнкция входных сигналов коммутирующего блока 17; зависимость уровня сигнала на выходе блока 6 определения ца. правления перемещения талевого блока от времени 16 = 1(1); зависимость уровня сигнала на выходе элемецта И 20 от времени (.; =1-,(1); зависимость тормозного момента ленточного тормоза 13 от времени М ., = 1(1).Как видно из фцг. 4, в течение времени подъема свечи до начала замедления коммутирующий блок 17 находится в нулевом состоянии: при 1 ( 1 = 1 )7 = Г 8 (= 0.0 = -0; при 1 из диапа(11 1 пр + 1,ь В процессе движения бурильной колонны с установившейся скоростью подъема, поступающие в блок 7 определения буксования ШПМ напряжения с тахогенераторов 5 и 12 (на входы первый - второй иретий - второй соответственно), равны по ве 50 личине ( 1 т = 1 з 2), так как ШПМ 10 находится в заряженном состоянии и приводной вал и барабанный вал й 1 ебедки вращаются с одной скоростью (со= ож ). Под действием приложенных напряжений по 55 цепям диод 30 - делитель 32 и диод 31 делитель 33 протекают токи, создающие равные напряжения на выходах делителей 32 зона 11 ( 1 ( 1 з = 1 р +. ЬпвЪ = 10 = О. Поэтому тиристорный блок 1 управления поддерживает порошковый тормоз 2 в режиме Размагничивание, при этом остаточный момент тормоза 2 минимален; подъем инструмента практически осуществляется без оперативного вмешательства со стороны бурильщика.За время 1. до момента пересечения стыком свечей зоны АКБ (в момент 1 з) бурильщик отключает кран управления ШПМ 10 р = 1) и начинается разрядка муфты, а за время (п (в момент 14) - отключает двигатели привода 11 (1.22 = 1) (см. фиг. 4). В течение времени 1.п. до полной Остановки кОлОнны17 = 1 18 1 21 == 11 =коммутирующий блок 17 срабатывает и подготавливает тиристорный блок 1 управления к переводу порошкового тормоза 2 в режим торможения, однако блок 4 задания скорости спуска не работает, так как при работе буровой лебедки 9 на подъем на выходах тахогенераторов 5 и 2 генерируются ЭДС с плюсами (+) на первых выводах и минусами ( - ) - на вторых, возникающее на первом и втором входах блока 4 напряжение имеет полярность, блокирующую его работу, поэтому сигналы с блока 15 контроля положения привода ленточного тормоза, поступающие на третий вход блока 4, не переводят порошковый тормоз 2 в режим Торможение. Под действием напряжения с тахогенератора 5, обратной связи по скорости приложенного к первому и второму входам блока 6 определения направления перемещения талевого блока, через диод 25 и резисторы 27 и 28 делителя 26 сначала цикла подъема (О ( 1 ( 6) протекает ток, возникающее на резисторе 28 падение напряжения подается на первый и второй входы компаратора 29; в цикле подъема при любой скорости инструмента выполняется условие 1 ) (2 на входах компаратора 29 или (11 ) О, так как 2 = О, поэтому на выходе компаратора 29 и блока 6 устанавливается сигнал 1 (см. фиг. 4), посту. павший на четвертый вход элемента И 20. 5 10 15 20 25 и 33, а значит - на первом и втором входах компаратора 38 111 = 1.)2, вследствие чего на выходе компаратора 38 и первом входе элемента И 39 устанавливается сигнал 0. На выходе блока 7-также установлен сигнал 0.В момент времени 1 з отключается ШПМ 10, сигнал 1 с выхода блока 21 контроля ШПМ поступает на второй вход элемента И 20. В процессе разрядки ШПМ 1 О момент, который способна передать муфта (М:.,-), сниаеся (фиг. 5) . До оена времени 4 ШПМ 10 передает на барабанный вал лебедки 9 момент М. = М = М-, где М - момент двигателей привода 1; Мпт - приведенный к барабанному валу статический момент от веса колонны. В момент времени 14 сигнал 1 с выхода блока 22 контроля двигателей привода поступает на четвертый вход блока 7 определения буксования ШПМ и на первый вход элемента И 20, на выходе последнего устанавливается сигнал 1, который поступает на управляющий вход ключа 23; ключ 23 срабатывает и замыкает цепь регулятора 8 тока возбуждения тоомоза 2, ток в обмотке 3 возбуждения достигает установленной заранее величины в соответствии с весом инструмента и порошковый тормоз 2 развивает на барабанном валу лебедки 9 в момент М. С момента времени 11 до 1; ШПМ 10 передает на барабанный вал момент Мп = Мпт + Мтп - 1 ппС и,тсИ,где 1 - момент инерции системы колонна - - талевая система - барабанный вал лебедки - ведомая часть ШПМ, приведенный к барабанному валу.В указанном интервале времени валы привода 1 и лебедки 9 движутся с рав- НЫМИ СКОРОСТЯМИ (йпр == 4 ОО.в.)ным замедлением (фиг. 5) где 1 р - момент инерции системы двигате.ля - трансмиссия - ведущая часть .ШПМ.В момент времени 15 момент на муфте М. достигает величины М п.п, т.е. М, = М, и Начинается буксование ШПМ 10, в результате чего с момента 15 и до полной остановки подьемной системы (1 о) опр ) ох , поэтому на входах. блока 7 определения буксования ШПМ устанавливаются неодинаковые напряжения с тахогенераторов 5 и 12, а именно 1 з) 11-2, что приводит к возникновению на выходе компаратора 38 сигнала 1, так как на первом и втором входах последнего соотношение напряженийследуюшее: 1)) Ь 2 (фиг. 3) . Единичный сигнал с выхода компаратора 38 подается на первый вход элемента И 39, на втооом входе которого сигнал 1 с четвертого входа блока 7 установлен ранее, поэтому на выходе элемента 39 И появляется сигнал 1, который с выхода блока 7 подается на вход индикатора 24; последний срабатывает (светится) и информирует бурильщика о том, что ШПМ 0 находится в режиме буксования. В интервале времени от 5 до б барабанный вал лебедки 9 движется с замедлением (см. фиг, 5) том) замыкает цепь регулятора 8 тока возбуждения тормоза, ток в обмотке 3 возбуждения достигает величины, установленной заранее по окончании спуска последней свечи в соответствии с полным весом бурильной колонны. При этом сигнал с первого выхода (первый контакт) сигнализатора 16, действующий на четвертый вход блока 4 задания скорости спуска, включает минимально возможную скорость спуска; порошковый тормоз работает в режиме регулятора подачи долота с обратной связью по скорости подачи (механической скорости проходки). По мере утяжеления колонны производится плавная регулировка тока возбуждения порошкового тормоза 2 регулятором 8 тока возбуждения.В предлагаемом устройстве блок контроля двигателей привода контролирует положение рукоятки командоконтролера электродвигателя привода или штурвала топливных насосов дизелей привода лебедки, может быть реализован на основе конечного выключателя. При отключении двигателей привода на выходе блока 22 устанавливается сигнал логической 1.Предлагаемое устройство, повышает производительность труда за счет сокращения времени цикла под.ьема бурильного инструмента на длину свечи, получаемого вследствие совершения работы торможения электромагнитным порошковым тормозом, включаемым автоматически на последних этапах цикла подъема, который создает рациональную интенсивность замедления без участия ленточного тормоза. дИй и Мтт + Мт и. - Мтипоз При правильном выборе моментов времени отключения ШПМ и двигателей привода и величины тока возбуждения порошкового тормоза последний останавливает бурильную колонну в положении, когда стык свечей колонны находится в рабочей зоне ключа АКЬ, что полностью исключает машинно-ручные операции по подгонке замка и также способствует увеличению производительности труда при СПО.Устройство облегчает условия работы бурильщика, исключая необходимость физиологической работы по торможению колонны и подгонке ее замка в конце цикла подъема. Ее. с помощью этого воздеиствия возможна частичная коррекция тахограммы подъема на завершающем этапе, при этом физиологическая работа бурильщика минимальна, а основную работу по торможению колонны выполняет порошковый тормоз 2. При соответствуюшем выборе значений з 1, .т и М время замедления з.з.п также минимально (см, фиг. 5).Если не применять торможения с помошью электромагнитного порошкового тормоза 2, то процесс замедления протекает в нерациональном режиме, отмеченном на фиг. 5 пунктирными линиями (М = О), при этом з.п.п ) з з и, а проигрыш во времени Лз.зп = з.зг(з.з может достигать 10 с и более на одну свечу.После окончания СПО в момент включения буровых насосов и возобновления циркуляции промывочной жидкости сигнализатор 16 состояния буровых насосов сигналов с второго выхода (вторым контак 4045 тройства ельность ных шки Применение предлагаемого ус позволяет увеличить продолжи службы тормозных колодок и тормо вов ленточного тормоза. Устройство создает предпосылк пользования электромагнитного фе кового тормоза в качестве осно буровой установке, а ленточного честве аварийно-остаповочного, а т полной механизации и автоматиза цесса спускоподъема. и для ис- рропорошвного на - в каакже дляции проВ момент времени (6 бурильная колонна останавливается (ом= О) в положении, когда стык свечей находится в зоне АКБ, сигнал О с выхода блока 6 определения направления перемещения талевого блока поступает на четвертый вход элемента И 20, обнуляет его выход, ключ 23 возвращается в начальное состояние и отключает регулятор 8 тока возбуждения тормоза; бурильщик ставит колонну на клинья, тиристорный блок управления порошковым тормозом 1 переводит тормоз 2 в режим Размагничивание. Цикл подъема свечи завершен.В период работы индикатора 24 (1; (( ( 6) бурильщик для компенсации ошибок20 управления ШПМ 10 и двигателями привода 11 может накладывать ленточный тормоз 13, создавая дополнительный тормозной момент М., тогда замедление при буксовании ШПМ определяется так (см. фиг. 5)35Формула изобретения. Устройство для управления спускочодъемными операциями на буровых установках, содержащее тиристорный блок управления электромагнитным порошковым тор мозом, включающий блок задания скорости спуска и регулятор тока возбуждения порошкового тормоза, тахогенератор обратной связи по скорости, выходы коТорого соединены с первым и вторым входами блока задания скорости спуска, блок контроля положения привода ленточного тормоза, выход которого подключен к третьему входу блока задания скорости спуска, сигнализатор состояния буровых насосов, первый выход которого соединен с четвертым входом блока 15 задания скорости спуска, а второй - с входом регулятора тока возбуждения порошкового тормоза, блок контроля клинового захвата, выход которого подключен к первому входу коммутируюгцего блока, блок контроля шинно-пневматических муфт, выход которого подключен к второму входу ком. мутирующего блока, выход которого соединен с входом тиристорного блока управления электромагнитным порошковым тормозом, выход которого соединен с обмот кой возбуждения порошкового тормоза, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности спускоподьемных операций и облегчения условий труда бурильщика в цикле подъема загруженного элеватора, устройство снабжено блоком оп релеления направления перемещения талевого блока, блоком определения буксования шинно-пневматических муфт, блоком контроля двигателей привода, тахогенератором приводного вала, ключем, элементом И и индикатором, причем первый и второй выходы та 1 Охогенератора обратной связи по скорости соединены с соответствующими входами блока определения направления перемещения талевого блока и. блока определения буксования шинно-пневматических муфт, выход которого соединен с индикатором, первый выход тахогенератора приводного вала соединен с третьим, а второй выход - с вторым входами блока определения буксования винно-пневматических муфт, выход блока контроля двигателей привода соединен с первым входом элемента И и с четвертым входом блока определения буксования шинно-пневматических муфт, выход блока контроля шинно-пневматических муфт подключен к второму входу элемента И, выход блока контроля клинового захвата подключен к третьему входу элемента И, а выход блока определения исправления перемеще. ния талевого блока соединен с четвертым входом элемента И, выход которого через ключ соединен с входом регулятора тока возбуждения порошкового тормоза.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок определения буксования шиннопневматических муфт содержит два диода, два делителя, компаратор и элемент И, причем катоды первого и второго диодов соединены с первыми входами соответствук- щих делителей, выход второго делителя подключен к первому, а выход первого делителяк второму входам компаратора, выход которого соединен с первым входом элемента И, при этом анод первого диода является первым входом блока, вторые входы делителей являются вторым входом блока, анод второго диода является третьим входом блока, второй вход элемента И является четвертым входом блока, а выход элемента И является выходом блока.357551Момемл 7 ле сеа слъоом Залы Леб ЛЛ б лабм- алуа омаеь. - "е н.спл е"си - об 7 оаагСааб.негр-о бблигактор Л. Патайсиое тений и открыт45ул. проектная Редактор С. ПатрушеваЗаказ 549729В 11 ИИПИ Государственного к113035, МоскваПроизводствеппо-полиграфия Составитель В. ШТехред И. ВересТираж 533митета СССР по делаЖ - -35, Раушскаяское предприятие, г. У Под изобре б., д. ж город,