Сигнализатор замковых соединений при спуске и подъеме колонны труб

СО)ОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11) ф 151) Е 21 В 44/О Г1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Специальное конструкторское бюросейсмической техники(56) 1. Котляров А.М, Автоматизациябуровых агрегатов, М., Недра", 1971,с. 31-33.2, Котляровых агрегатовс. 103-107.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ж 2833673,кл, Е 21 В 19/00, 1979 (прототип).(54) ( 57) СИГНАЛИЗАТОР ЗАМКОВЫХСОЕДИНЕНИЙ ПРИ СПУСКЕ И ПОДЪЕМЕКОЛОННЫ ТРУБ, содержащий команаоаппарат, кварцевый генератор, соединенный через делитель частоты с входамипараллельно соединеннык усилителей, выход щиого иэ которых соединен с датчиком отключения спуско-подъемного механизма, а выход другого - с датчикомзамковых соединений, выхоаы которыхсоединены с соответствующими усилителями-ограничителями, элементы И и формирователь тактовых импульсов, о тии ч а ю щ и й с я тем, что, с цепьюповьцпения точности работы сигналиэатора путем улучшения эксплуатационных в А.М. Автоматизация буро, М., Недра", 1971,характеристик, в сигнализатор введены селектор-мультиплексор, коммутатор, счетчик, блок вычитания, пороговый элемент и блок установки в нуль, при этом один иэ выходов делителя частоты соединен с первыми входами первого элемента И и формирователя тактовых импульсов, второй вход которого соединен с другим выходом делителя частоты, выходы усилителей-ограничителей соеаи нены с первым и вторым входом селектора-мультиплексора, другие входы которого соединены с первыми выходами командоаппарата, второй выход которого , через блок установки в нуль соединен с первым входом коммутатора и с вхоаом установки в нуль счетчика, выход селек-тора-мультиплексора соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого поддъключен к кварцевому. генератору, а выхо- Я ды элементов И соединены с вторым и третьим входами коммутатора, выходы которого соеаинены с счетными входами счетчика и блока вычитания, выходы фор мирователя тактовых импульсов соедине-, ны соответственно с входом установки в нуль блока вычитания и с входом стра бирования порогового элемента, выходы счетчика соединены с входами блока вычитания, выходы которого соединены с входами порогового элемента, выход порогового элемента подключен к входу кома ндоаппарата. .Вф718 2тель подкпючен к второму формирователю тактовых ийпульсов, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выход второго усипитепя соединен с датчиком откшочения спуско-подъемного механизма, выход которого через усинитель.ограничитель подключен к третьему формирователю тактовы х нмпупьсов, ва- ход которого соединен с вторым входом второго эпемента И 3.. Недостатком известного устройства является низкая точность за счет разброса параметров датчиков.Целью изобретения является повышение точности путем улучшения эксйтуата. ционных характеристик.Поставпенная дель достигается тем, что в сигнащяатор замковых соединений при спуске и подъеме копонны труб, : содержащий командоаппарат, кварцевый генератор, соединенный через делитепь частоты с входами параллельно соединенных усилителей, выход одного нз которых соединен с датчиком отключения спускоподъемвто механизма, а выход другогос датчиком замковых соединений, иыходы которых соединены с соответствующими усипитепями-ограничитепями, элементы И и формнроватепь тактовых импупьсов, .введены сепектор-мупьтиплексор, коммутатор, счетчик, бпок вычитания, пороговый элемент и бпок установки в нуль, при этом один из выходов депитепя чаототы соединен с первыми входами первого эпемента И и формирователя тактовых импупьсов, второй вход которого соединен с другим выходом ценителя частоты, вы ходы усилителей-ограничитеней соединены с первым и вторым входом селектора мультиппексора, другие входы которого соединены с первыми выходами командоаппарата, второй выход которого черезблок установки в нуль соединен с первым входом коммутатора и с входом установ хи в нуль счетчика, выход сепектора-мупвф типпексора соединен с вторым входом, первого элемента И, выход которого"йодключен к первому входу второго эпемента И, второй вход которого подкшочен к кварцевому генератору, а выходы элементов . И соединены с вторым и третьим входами коммутатора, выходы которого соединены с счетными входами счетчикаи бпока вычитания, выходы формироватепя тактовых импульсов соединены соответственно с входом установки в нуль блока вычитания и с входом стробнрования порогового элемента, выходы счетчика соединены с входами бпока вычитания, вы 1 1033Изобретение относится к оборудованиюдля бурения и ремонта нефтяных скважин,а именно к средствам автоматизациисцускоподъемных операций.Известно устройство дпя опредепенияместонахождения замковых соединенийбурипьной колонны и останова ее вя заданной высотной отметке, содержащее индуктиваай трансформаторный датчик,электронный усипитепь, блок испопнительных реле и реле счета копичества свечей, световые и звуковые сигюньные уустройства.Устройство позволяет определить местонахождение замковых соединений буриньной колонны и останавливать ее на заданной высоте с применением диамагнитныхколец на замковых соединениях Г 13.Недостатками данного устройства яьпяются малая степень механизации и маная точность срабатывания датчика, необходимость установки на замках копоннытруб диамагнитных копец, а также необходимость периодической балансировкимостовой схемы вкпючения датчика. 25.Известно также устройство дня останова копонны бурипьных труб при ее подтеме состоящее из индуктивного датчика,укрепленного в роторе, и вынесенных эаего пределы предваритепьного усицитепя, З 0фазочувствительного усилителя, триггераШмитта и блока испопнительных реле.Данное устройство позволцет управлять подъемными операциями, при этомна замковых соединениях копонны трубустанавливаются диамагнитные коньца2.Недостатками данного устройства являются мапая степень механизации спускоподъемных работ и критичность к разбросу параметров датчиков ввиду нэобходимости установки на замках колонны трубдиамагнитных колец, малой точности срабатывания (50 мм) и. необходимостипериодической бапансировки мостовойсхемы вкпючения датчика.,ц 5Наиболее бпизким техническим решением к изобретению явпяется сигнализаторзамковых соединений при спуске и подь.еме копонны труб, содержащий кварцевыйгенератор, подключенный через депитень50частоты к входам усилителей и к однимиэ входов триггеров и через первый формироватепь тактовых импудьсов к первымвходам элементов И, выходы которыхсоединены с другими входами триггеров,выходы которых подключены к командо 55аппарату, выходы первого. усилителя взд.кпючены к датчику замковых соединений,выход которсе о через усипитепь ограничи18 4Блок 24 вычитания состоит (риг.3) из двух реверсивных счетчиков 27 и 28, К-триггера 29, трех эпементов И-НЕ 30-32, эпемента НЕ 33, эпемента ИЛЛНЕ 34 и дифференцирующей цепоЧки 35, через которую выход эпемента НЕ 33. соединен с входами установки в нуль реверсивных счетчиков 27 и 28. При этом их входы цредваритепьной установки соединены с вторым входом первого рлемента И-НЕ 30 и -входом Р триггера 29. Первый выход переноса реверсивного счетчика 27 соединен с вхо- дом прямого счета реверсивного счетчика 28, а второй выход переноса реверсивного Жетчика 27 соединен с входом ;обратного счета реверсивного счетчика 28 и вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 34, первый вход которого соединен с вторым выходом переноса второго реверсивного счетчика 28, а выход элемен.-. та ИЛИ-НЕ 34 - с первым входом первого элемента И-НЕ 30, а выход с Рс входом Ятриггера 29. Прямой выход В-триггера 29 соединен с вторым входом второго эпемента И-НЕ 31, а ин версный выход с вторым входом третьего эпемента И-НЕ 32 и входом эпемента НЕ 33. Первые входи эпементов И-НЕ 31 и 32 соединены, а выходы подкпючевы соответственно к входам прямого и обратного счета реверсивного счетчика 27. Вход предваритепьной установки устройства 24 вычитания подсоединен к первому выходу формироватеця 20 тактовых импуцьсов, а информационные входы соединены с выходами счетчика 23, а счетный вход устройства 24 вычитания соединен с вторым выходом . коммутатора 21. Выходы устройства 24 вычитания подсоединены к управляющим входам порогового элемента 26, представпяющего собой мультиппексор, информационные входы которого соединены в опредепенной комбинации с 0 и "1, чем устанавпивается порог срабатывания. 3 10337 ходы которого соединены с входами порогового элемента,выход порогового эпемента подкпючен к входу командоаппарата,На фиг. 4 показаны эпюры напряжений, где а - напряжение на выходе кварцевого генератора 11; б напряжение на первом выходе депителя 12 частоты; пя 12 частоты; г - напряжение на выходе усипитепей-ограничитепей 1 8 .и 16; д - напряжение на выходе первой схемы . И 19; е - напряжение на выходе второй схемы И 22; ж - напряжение на нервом выходе формирователя 20 тактовых импульсов; з - напряжение на втором выхо де формирователя 20 тактовых импуп 6 На фиг. 1 показана схема спуско-подь емного механизма; на Фиг, 2 - функцио нальная схема сигнализатора замковых соединений труб; на фиг. 3 - схема выпопиения бпока вычитания 1 на фиге 4 ф эпюры напряжений. 10Спуско подъемный механизм содержит ,(фиг. 1) пебедку 1, связанную с талввым блоком 2 и эцеватором 3 с устаиовпенным на нем датчиком 4 откпючеиия спуско-. подъемного механизма. Эпева , тор 3 соединен с центратором 8. На устье скважины смонтированы кпиновой захват 6 и трубный ключ 7 с установ,пенным на нем датчиком 8 замковых сое.динений, а также колонну труб.8 с замка 20 ,ми 10. ф Снгнапизатор замковых соединений труб (фиг. 2) содержит кварцевый генератор 11, выход которого через дени- у 5 тела 12 частоты и усипитепи 13 и 14 подкпючен к датчикам откнючения 4 опус ко-подъемного механизма и замковых соединений 8 (к их входным обмоткам), вьивдные обмотки которых подкпючены к двум усипитепям-ограничитепям 18 и 16; сепектор-мупьтиппексор 1.7, соответству ющие входы которого соединены с выходами усипитепей-ограничитеней 1 5, 16 икомандоанпарата 18, а выход подкпючен к первому входу первого элемента И 19,35 второй вход которого связан с первым входом формирователя 20 тактовых имеупьсов и выходом депитепя 12 частоты, Второй выаа последнего соединен с , вторым входом формироватепя 20 такто вмх ямпупьсоь, выход пврвого эпемента И 19.соединен с третьим входом комму 1 татора 21 и первым входом второго эпемента И 22, второй вход которого подключен к выходу генератора 11, а выход - к второму входу коммутатора 21, первый выход которого подкшсчен :к счетному входу счетчика 23, а второй выход - к счвтному входу бпока 24 вычитания; бпок 25 установки в нупь,50 выход которого соединен с входом коммутатора 21 и установочным входом счетчика 23, а вход - с командоаппаратом 18 а также пороговый эпемент 26, выход которого подан на вход командоаппарата 18, а входи соединены с формирователем 20 тактовых импульсов и бпоком 24 вычитания. в - напряжение на втором выходе депитесов; и - напряжение на выходе порогового элемента 26,Сигнанизатор замковых соединений нри спуске и подъеме колонны труб работает следующим образом. 5В исходном состоянии эпеватор 3 поднят, трубный ключ 7 отведен, в рабочих зонах датчика 8 замковых соединений и датчика 4 отключения спуско-подъемного 1 О механизма колонны труб нет. При подаче команды с командоапнарата 18 сигнал, поступает на вход блока 25 установки в нуль, который устанавливает в нуль счетчик 23 и переключает коммутатор 21 в 15 попожение, при котором выход второго элемента И 22 подключается к счетному входу счетчика 23, Импульсы высокой частоты (а) с кварцевого генератора 11 поступают на вход делителя 12 частоты;О и второй вход второго блока И 22. Низ-кочастотные импульсы (б) с делителя 12 частоты поступают на параллельно вкпю ченные второй вход первого элемента .И 19, первый вход формирователя 20 25 тактовых импупьсов и через усилители 13 и 14 на обмотки возбуждения датчика 4 замковых соединений и датчика 8 отключения спуско-подъемного механизма, во вторичных обмотках которых на- ЗО водятся ЭДС, отличающиеся по фазе от напряжения (б) на некоторый угол и через усипитепи-ограничитепи 15 и 16 сигнал (г) поступает на входы селектора-мультиплексора 17. В зависимости от 35 команды, поступающей с командоаппарата 18 на входы селектора-мультиплексора 17, сигнал (г) от датчика 4 ипи датчика 8 поступает на первый вход первого элемента И 19, с выхода которого 4 сигнал (д), состоящий из импульсов, ширина которых определяет величину сдвига фаэ между сигиапами (б и г), поступает на первый вход второго эпемента И 22, где тактируется импульсами высокой частоты (а) и преобразуется в чиспо импульсов (е), копичество которых в одном импульсе сигнала (д) будет соответствовать ширине этого импульса. С выхода второго элемента И 22 первая. 50 серия иьщупьсов (е) через коммутатор 21 поступает на счетный вход счетчика 23 и записывается в нем. Поспе окончания первого импульса (д), приходящего на третий вход коммутатора 21, последний подкпючает выход второго элемента55 И 22 к счетному входу блока 24 вычитания, на который поступают все после-. дующие серии импульсов (е). Формнроватепь 20 тактовых импупьсов в период между импульсами сигнала(д) формирует из низкочастотных импупьсов (б и в), поступающих с делителя 12частоты, импульсы (ж) предварительнойустановки, блока 24 вычитания и импупьсы (з) стробирования порогового эпемента 26, Импульсы (ж) поступают навход предварительной установки реверсивных счетчиков 27 и 28 блока 24 вычитания (фиг,З). При этом число импульсов первой серии (е), записанное в счетчике 23, будет переписано в реверсивные счетчики 27 и 28 с выходов счетчика 23 через информационные входы реверсивных счетчиков 27 и 28 блока 24 вычитания. Одновременно при поступлении импупьса (ж) В-Ь -триггер 29 (фиг.З) переключится в ф 0" и импульсы (е) спедующей серии через элементИ-НЕ 32 поступят на вход обратногосчета реверсивного счетчика 27. Если число импульсов (е) будет меньше ипи равно числу, ранее записанному в реверсивиых счетчиках 27 и 28, из этого числа вычтутся .вновь поступающие импупьсы (е) и реверсивные счетчики остановятся. Если же число импульсов (е) будет больше ранее записанного в реверсивных счетчиках 27 и 28, на их вы ходах переноса появятся нупи, когда иэ ранее записанного числа вычтется такое же число импульсов (е) и сигналы с выхода переноса реверсивных счетчиков 27 и 28 через элемент ИЛИ-НЕ 34 и ИНЕ 30 переключают Бтриггер 29 в состояние "1 ф и остальные импульсы (е)этой серии поступят через элемент ИНЕ 31 на вход прямого счета реверсивного счетчика 27, при этом реверсивные счетчики 27 и 28 начнут отсчитывать отрицательную разность чисел, равную ранее записанному и поступившему на счетный вход блока 24 вычитания (фиг,2).Дифференцирующая цепочка 35 (фиг. 3) иэлемент НЕ 33 предназначены дпа формирования сигнала при переключении реверсивных счетчиков 27 и 28 из обратного счета в прямой. Если число, записанное в устройстве 24 вычитания (фиг, 2), и число импульсов (е), поступившее на счетный вход устройства 24 вычитания, равны, на управляющих входах порогового элемента 26 будут нули, и при периодическом поступлении на его стрс- бирующий вход импульсов (з) состояние на выходе не изменится.Таким образом при поступлении команды с командоаппарата 18 через бпок 25установки в нупь коммутатор 21 подключает выход второго элемента И 22 ксчетному входу счетчика 23. В счетчике23 произойдет перезапись числа, выражающего величину начапьного сдвига фазмежду сигналом (б) на выходе депитепя12 частоты и сигнапом (г) на первомвходе первого элемента И 19, что поэвопяет упучшить эксппуатационные характеристики. В операции Спуск колонны работает топько устройство отключения сцускоподъемного механизма, нри етом заводят очередное звено копонны труб 9 с замками 10 в центратор 5, Командоаппарат 18 дает командуСпуск эпеватора 3. Счетчик 23,устанавпивается в нудь, а коммутатор 21 подкпючает выход второго элемента И 22 к счетному входу счетчика 23, к первому входу первого эпемента И 19 подсоединяется вторичная обмотка датчика 4 и в счетчике 23 записывается чиспо, равное ширине первого импульса сигнапа (д), ширина которого выражает разность фаэ сигнапов низкой частоты (б) на выходе депитепя 12 чае. тоты и сигнапа (г) во вторичной обмотке датчика 4. Эпеватор 3 с эакреппенным на нем датчиком 4 опускается на верхний замок копонныпри этом в рабочую зону датчика 4 попацает замок 10 колонны труб 9. Начапьный угоп сдвига фаз между ЭДС, наводиыой во вторичной обмотке датчика 4, и низкочастотным сигнапом (б) изменится, спедоватепьно изменится ширина импульсов (д), выраженная числом высокочастотных импупьсов (е), поступающих на счетный вход блока 24 вычитания. На управпяющих входах порогового элемента 26 будет чиспо, большее его порога срабатывания и с выхода на командоаппарат 18 будет подан сигнал (и). При этом команцоаппарат 18 выдает поспедоватепьно команды на закрытие элеватора 3, снятие кпинового захвата 6 и на спуск звена копонны труб 9, Процесс повторяетсяпока вся копонна не будет. спущена.В режиме Подъем колонны устройство отключения спуско-подъемного меха.5 низма работает также, как в режимеСпуск копонны, по коыандоаппарату 18выдает поспедоватепьно команды на закрытие и подъем эпеватора: 3.Сигнапизатор замков копонны работаетс педующим образом.При поступпении с командоаппарата18 команды Подъем копонны труб счет-.чик 23 устанавливается в нупь, а коммутатор 21 подкпючает выход второго эпе,мента И 22 к счетному входу счетчика .23. К первому входу первого эпементаИ 19 через сепектор-мультиппексор 17и усипитепь-ограничитепь 16 подсоединяется вторичная обмотка датчика 8, при20 этом в счетчике 23 записывается чиспо,равное. ширине первого имупьса сигнапа(д), выражающего угоп сдвига фаз ыеждусигналом (б) и сигнапом (г) с выходадатчика 8.При входе в рабочую зону датчика 8замка 10 колонны труб 9 начвпьный угонсдвига фаэ между ЭДС, наводимой вовторичной обмотке датчика 8, и низкочастотным сигнаном (б) изменится, спе 30 доватепьно, изменится ширина импульсов(д), выраженная чиспом высокочастотныхймпупьсов (е), поступающих на счетныйвход блока 24 вычитания, На управпякн-,щих входах порогового эпемента 26 появится число, бопьше порога срабатыванияи с его выхода на командоаппарат будетподан сигнал (и). При этом командоаппарат 18 выдает команды на прекращениеподъема, отворачивание н отвод звена40 колонны труб. Процесс повторяется до. попного иэвпечения копонны,Технико-экономическая эффективностьпредпагаемого сигнапиэ атора, испопьэуемого в составе автоматизированного аппа 45 рата дпя ремонта нефтяных скважин, опредепяется упучшением эксппуатационныххарактеристик.36 Тираж 603 ПоаииВНИИПИ Государственного ааетета СССРпо делам изобретений и открнтай113035, Москва,. Ж, Раувскаа набд 4 дактор А. Ш е 5587/