Сигнализатор замковых соединений при спуске и подъеме колонны труб Советский патент 1983 года по МПК E21B44/00 

Изобретение относится к оборудованию дпя бурения и ремонта нефтяных скважин, а именно к средствам автоматизации спускоподъемных операций. Известно устройство дпя определения местонахождения замковых соединений бурильной колонны и останова ее на заданной высотной отметке, содержащее и дуктивиый трансформаторный датчик, электронный усилитель, блок исполнительных репе и репе счета количества свечей, световые н звуковые сигнальные у устройства. Устройство позволяет определить мест нахождение замковых соединений буриль ной колонны и останавливать ее на задан ной высоте с применением диамагнитных колец на замковых соединениях rij Недостатками дашого устройства являются малая степень механизации и ма лая точнЬсть срабатывания датчика, необ ходимость установки на замках колонны труб диамагнитных колеи, а также необходимость периодической балансировки мостовой схемы включения датчика. Известно также устройство для останова колонкы бурильных труб при ее под еме состоящее из индуктивного датчика, укреплевного в роторе, и вынесенных за его пределы предварительного усилителя, фазочувствительного усилителя, триггера Шмитта и блока исполнительных реле. Данное .устройство позволяет управлять подъемными операциями, при этом на замковых соединениях колонны труб устанавливаются диамагнитные кольца 2 Недостатками данного устройства явля ются малая степень механизации спускоподъемных работ и критичность к разбросу хтраметров датчиков ввиду йэобход мости установки на замках колонны труб диамагнитных колец, малой точности срабатывания (iSO мм) и необходимости периодической балансировки мостовой схемы включеюш датчика. Наиболее близким техническим решением к изобретению является сигнализато замковых соединений при спуске и подъеме колонЕры труб, содержащий кварцевый генератор, подключенный через делитель частоты к входам усилителей и к одним из входов триггеров н через первый формирователь тактовых импульсов к первым входам элементов И, выходы которых соединены с другими входами триггеров, выходам которах подключены k командоапларату, выходы первого усилителя ключены к оатчтсу замковых соединений, выход которого через усилигель-ограничитель подключен к второму формирователю тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выход второго усилителя соединен с датчиком отключения спуско-подъемного механизма, выход которого через усилитель-ограничитель подключен к третьему формирователю тактовых импуттьсов, ЕЬЬход которого соединен с вторым входом второго элемента И 3. Недостатком известного устройства является низкая точность за счет ра&броса параметров датчиков. Целые изобретения является повышение точности путем улучшения эксйлуата ционных характеристик. Поставленная цель достигается тем, что в сигнализатор замковых соединений при спуске и подъеме колонны труб, содержащий командоаппарат, кварцевый генератор, соединенный через делитель частоты с входами параллельно соединенных усилителей, выкоа одного из которых соединен с датчиком отключения спускр- подъемного механизма, а выход другого - с датчиком замковых соединений, выходы которых соединены с соответствующими усилителями-ограничителями, элементы И и формирователь тактовь1х импульсов, введены селектор-мультиплексор, комму татор, счетчик, блок вычитания, пороговый элемент и блок установки в нуль, при этом один из выходов делителя частоты соединен с первыми входами первого элемента И и формирователя тактовых импульсов, второй вход которого соединен с другим выходом делителя частоты, вы усилителей-ограничителей соединены с первым и BTQiftiM входом селекторамультиплексора, другие входы которого соединены с первыми выходами командоаппарата, второй выход которого через блок установки в нуль соединен с первым входом KOMMyTaToj и с входом устано&КИ в нуль счетчика, выход селектора-мулв гиплексора соединен с вторым входо1 5 первого элемента И, выход которого-подключен к первому входу второго элеме та И, второй вход которого подключен к кварцевому генератору, а выходы элеме тоБ И соединены с вторым и третьим входами коммутатора, выходы которого соединены с счетными входами счетчика и бтюка вычитания, выходы формирователя тактовых шлпупьсов соединены соответственно с входом установки в нуль блока вычиташш и с входом стробирования порогового элемента, выходы счетчика соединены с входами блока вычитания, выходы которого соединены с входами порогового 8пемента,выхоа порогового элеменга подключен к входу командоаппарага. На фиг, 1 показана схема спуско-п6Д1 емного механвзьш; на фиг, 2 - функщю напьная схема свгнапизатора эамкош 1х соединений груб; на фиг. 3 - схема вы попнения блока вычгтанна; m фвоп. 4 эпюры напряже1гаЁ. Спускохподьемный механизм содержит ; (фиг. 1) пебедку 1, связанную с тапэшлм блоком 2 и элеватором 3 с установленшлм ш нем датчиком 4 отключен йия спуско-подъемного механизма. Элёва : тор 3 Соединен с центратором 5. На устье скважины смонтированы кпишвой захват 6 в трубвый ключ 7 с устайов, ленным на нем датчиком S замковых сое :Диненйй, а также колонну труб 9 с замка ;МИ 1-О. Сигшшвзатор замковых соединенвй ;тру6 (фиг. 2) содержит кварцевый гене ратор 11, вь1ход которого через делитела 12 частоты и усилители 13 и 14 подключен к датчикам откшочешш 4 опус ко-1кздъемного механизма и замковых coejDiBHemift 8 (к их входным обмоткам), выходные обмотки подключены к даум уеилитепям-огравичитепягм 15 и 16 селектор-мультиплексор 17, соответству ющив входы которого соедвтаны с выхо{щми усилителей-ограшчнтепей 15,16 и I командоаппарата 18, а выход подключен к первому вхаду первого элемента И 19, второй вход которого связан с первьш входом форглироватетш 2О тактовых импульсов и выходом депитела 12 частоты. Второй выход последнего соединен с I вторым входом форьшрователя 2О такто вых импульсов, имход первого элемента И 19 соедввен с третьим входом комму1татора 21 и первым входом второго элемента И 22, второй вход которсЛо подключен к выходу генератора 11, а j вы ход - к второму входу коммутатора 21, первый выход которого подключен к счетному входу ечетчика 23, а второй $ыход - к счетному входу блока 24 вычитания; блок 25 установки в нуль, выход которого соединен с входом KON мутатора 21 и установочным входом счетчика 23, а вход - с командоаппаратом 18, а также пороговый элемент 26, выход которого подан на вход .. командо аппарата 18, а входы соединены с формироватетюм 20 тактовых импульсов и блоком 24 вычитания. Блок 24 вычитания состоит (фиг. З) из двух реверсив1 ык счетчиков 27 и 28, R-C -триггера 29, трех элементов И-НЕ ЗОгЗ.2, элемента НЕ 33, элемента ИЛИНЕ 34 и дифференцирующей цепочки 35 через которую выход элемента НЕ 33 соединен с входами установки в нуль реверсивных счетчиков 27 и 28. При их входы предварительной установ ки соединены с вторым входом первого , элемента И-НЕ 30 и 5-входом R- григге 29. Первый выход переноса реВерсивнозгчз счетчика 27 соединен с входом прямого счета реверсивного счетчика 28, а второй выход переноса реверсивноге сметчика 27 соединен с входом Обратного счета реверсивного счетчика 28 к вторым входом элемен-та ИЛИ-НЕ 34, первый вход которого соедидан с BTopbiM выходом переноса второго реверсивного счетчика 28, а выход элемеа: та ИЛИ-НЕ 34 - с первым входом первого элемента И-НЕ 30, а выход с Р«г входом R-9-триггера 29. Прямой выход R-5-триггера 29 соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ 31, а инверсный- выход с вторым входом третьего элемента И-НЕ 32 и входом элемента НЕ 33. Первые входы элементов И-НЕ 31 и 32 соединены, а выходы подклкйены соответственно к входам прямого и обратного счета реверсивного счетчика 27. Вход предварительной установки устройства 24 вычитания поасоединен к первому выходу формирователя 20 тактовых импульсов, а информационные входы соединены с выходами счет :чика 23, а счетный вход устройства 24 вычитания соединен с вторым выходом д коммутатора 21. Выходы устройства 24 вычитания подсоединены к управляющим входам порогового эпемента 26, представляющего собой мультиплексор, информационные входы которого соединены в определенной комбинации с О и , чем устанавливается порог срабатывания. На фиг. 4 показаны эпюры напряжений, гае а - напряжение на выходе кварцевого генератора 11; б - напряжение на первом выходе делителя 12 частоты; в - напряжение на втором выходе делителя 12 частоты; г - напряжение на выходе усилителей-ограничителей 15 .и 16; д - напряжение на выходе первой схемы . И 19; е - напряжеше на выходе второй схемы И 22; ж - напряжение на первом выходе формирователя 20 тактовых импульсов; 3 - напряжение на втором выхо де формирователя 20 тактовых импул1 -OOP; и - напряжение на выходе порюгового эпемента 26.

Сигнапизатор замковых соединений при спуске и подъеме колонны труб работает следующим образом.

В исходном состоянии элеватор 3 поднят, трубный ключ 7 отведен, в рабочих зонах датчика 8 замковых соединений и датчика 4 отключения спуско-подъемного 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 положение, при котором выход второго элемента И 22 подключается к счётному входу счетчика 23. Импульсы высокой частоты (а) с кварцевого генератора 11 поступают на вход делителя 12 частоты и второй вход второго блока И 22. Низкочастотные импульсы (б) с делителя 12 частоты поступают на параллельно включенные второй вход первого эле.мента . И 19, первый вход формирователя 20 тактовых импульсов и через усилители 13 и 14 на обмотки возбуждения датчика 4 замковых соединений и датчика 8 отключения спуско-подъемного механизма, во вторичных обмотках которых наводятся ЭДС, отличающиеся по фазе от напряжения (б) на некоторый угол и через усилители-ограничители 15 и 16 сигнал (г) поступает на входы селектора-мультиплексора 17. В зависимости от команды, поступающей с командоаппарата 18 на входы селектора-мультиплексора 17, сигнал (г) от датчика 4 или датчика 8 поступает на первый вход первого элемента И 19, с выхода которого сигнал (д), состоящий из импульсов, ширина которых определяет величину сдвига фаз между сигналами (б и г), nocTynaier на первый вход второго элемента И 22, где тактируется импульсами высокой частоты (а) и преобразуется в число импульсов (е), количество которых в одном импульсе сигнала (д) будет соответствовать ширине этого импульса. С выхода второго этемента И 22 гюрвая серия имт упьсов (е) через коммутатор 21 П1эступает на счетный вход счетчи1ш 23 и записывается в нем; После окончания первого импульса (д), приходящего на третий вход коммутатора 21, последний подключает выход второго элемента И 22 к счетному входу блока 24 вычитания, на )1й поступают все последующие серии импульсов (е).

Формирователь 2О тактовых импулья сов в период между импульсами сигнала

(д)формирует из низкочастотных импульсов (б и в), поступающих с делителя 12 частоты, импульсы (ж) предварительной установки, блока 24 вычитания и импульг сы (з) стробирования порогового элемента 26. Импульсы (ж) поступают на вход предварительной установки реверс сивных счетчиков 27 и 28 блока 24 вычитания (фиг. 3). При этом число импульсов первой серии (е), записанное в счетчике 23, будет переписано в реве сивнью счетчики 27 и 28 с выходов Г счетчика 23 череь информационные входы реверсивных, счетчиков 27 w 28 блока 24 вычитания. Одновременно при поступлении импульса (ж) R-S -триггер 29 (фиг. 3) переключится в О и импульсы

(е)следующей серии через элемент И-НЕ 32 поступят на вход обратного счета реверсивного счетчика 27. Если число импульсов (е) будет меньше или равно числу, ранее записанному в реверсивных счетчиках 27 и 28, из этого числа вычтутся .вновь поступающие импульсы (е) и реверсивные счетчики оотавэвятся. Если же число импульсов (е) будет .больше ранее записанного в реверсивных счетчиках 27 и U8, на их выходах переноса появятся нули, когда из 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 R-S-триггер 29 в состояние 1 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 счетмый вход блока 24 вычитания (фиг. 2 Дифференцирующая цепочка 35 (фиг, 3) и элемент НЕ 33 предназначень дпя 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 2Q будут нули, и при периодическом поступлении на его сгробирующий вход импульсов (з) состояние на выходе не изменится.

Таким образом при поступлении команды с командоаппарата 18 через блок 25 установки в нупь коммутатор. 21 подкпю чает выход второго элемерта И 22 к счетному входу счетчика 23. В счетчике 23 1 иэойдет перезапись числа, выр)ажающего величину начального сдвига фаз .между сигналом (б) на выходе депителя 12 частоты и сигналом (г) на первом входе первого элемента И 19, что позволяет улучшить эксплуатационные характеристики. В операции Спуск колонны работает только устройство отключения спускоподъемногомеханизма, при этом заводят очередное звено колонны труб 9с замнами 10 в центратор 5. Командоаппарат 18 дает команду Спуск элеватора 3. Счетчик 23 ,Уста на вливается в нуль, а коммутатор 21 подключает выход второг элемента И 22 к счетному входу счетчика 23, к гюрвому входу первого элемента И 19 подсоединяется вторичная обмотка датчика 4 и в счетчике 23 записывается число, равное ширине первого импульса сигнала (д), ширина которого выражает разность фаз сигналов низкой частоты (б) на выходе делителя 12 частоты и сигнала (г) во вторичной обмотке датчика 4. Элеватор 3 с закрепленным на нем датчиком 4 опускается на верхний замок колонны, при этом в рабо чую зону датчика 4 попадает замок 1О колонны труб 9. Начальный угол сдвига фаз между ЭДС, наводимой во вторичной обмотке датчика 4, и низкочастотным сигналом (б) изменится, следователь{ю изменится ширина импульсов (д), выраженная числом высокочастотных импульсов (е), поступающих на счетный вход блока 24 вычитания. На управляющих входах порогового элемента 26 будет число, большее его порога срабатывания и с выхода на командоаппарат 18 будет подан сигнал (и). При этом командоаппарат 18 выдает последовательно команды на закрытие элеватора 3, снятие клинового захвата б и на спуск звена 1 188 колонны труб 9. Процесс повторяется пока вся колонна не будет спутаена. В режиме Подъем колонны устройство отключения спуско-подъемвого механизма работает также, как в режиме Спуск копоииы, по командоаппарату 18 выдает последовательно команЕШ на закрытие и подъем элеватора 3. Сигнализатор замков колонны работает следующим образом. При поступлении с командоаппарата 18 ксманды Подъем колонны труб счетчик 23 устанавливается в нуль, а комму татор 21 подключает выход второго элемента И 22 к счет ному-входу счетчика 23. К первому входу первого элемента И 19 через селектор-мультиплексор 17 и усилитель-ограничитель 16 подсоединяется вторичная обмотка датчика 8, при этом в счетчике 23 записывается число, равное ширине первого импульса сигнала (д), выражающего угол сдвига з между сигналом (б) и сигналом (г) с выхода датчика 8. При входе в рабочую зону датчика 8 замка 10 колонны труб 9 начальный угои сдвига фаз мезйду ЭДС, наводимой во вторичной обмотке датчика 8, и низкочастотным сигналом (б) изменился, следовательно, изменится ширина импульсов (д), выраженная числом высокочастотных импульсов (е), поступающих на счетный вход блока 24 вычитания. На управляю щих входах порогового элемента 26 появится число, больше порога срабатывания и с его выхода на командоаппарат будет подан сигнал (и). При этом командоаппарат 18 выдает команды на прекращение подъема, отворачиват1е и отвод звена колонны труб. Процесс повторяется до полного извлечения колонны. Технико-экономическая эффективность предлагаемого сигнализатора, используемого в составе автоматизированного аппарата для ремонта нефтяных скважин, определяется улучшением эксплуатационных . характеристик.

Фег,/

01/1.

0

СИГНАЛИЗАТОР ЗАМКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СПУСЖЕИ ПОДЪЕМЕ КОЛОННЫ ТРУБ, содержащий командоаппарат, кварцевый генератор, соединенюли через делитель частоты с входами параппепьно соединенных усилителей, выход одного из которых соединен с датчиком отключения спуско-подъемного механизма, а выход другого - с датчиком замковых соединений, выходы которых соединены с соответствующими усилит пями-юграничитепями, элементы И и формйровагель тактовых импульсов, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности работы сигнализатора путем улучшения эксплуатацнокных характеристик, в сигнализатор введены селектор-мультиплексор, KOMMyTatop, счетчик, блок вычитания, пороговый впемент и блок установки в нуль, при этом один из выходов делителя частоты соединен с первыми входами, первого эл&мента И и формирователя тактовых импульсов, второй вход которого схэедиван с другим выходом делителя частоты, выходы усилителей-рграничитепей coezniнены с первым и вторым ЮЕОДСМ 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 входом установки в нуль счетчика, выход селек(Л тора-мультиплексора соединен с вторым входом первого элемента И, выход котос рого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого под§ ключен к кварцевому, генератору, а выходы элементов И соединены с вторым и третьим входами коммутатора, выходы которого соединены с счетными входами &д счетчика и блока вычитания, выходы мирователя тактовых импульсов соедине-. sl ны соответственно с входом установки в нуль блока вычитания и с входом строэо бирования порогового элемента, выходы счетчика соединены с входами блока вычитания, выходы которого соединены с входами порогового элемента, выход порогового элемента годключен к входу кома ндоаппарата.

Г

л

ПППП

1 i It I I LI

у

Г1