Устройство для спуска и подъема колонны труб Советский патент 1985 года по МПК E21B19/00 

Изобретение относится к оборудованию для бурения и ремонта нефтяных скважин, в частности к средствам автоматизации спуско-подъемных операций. Известно устройство для останова колонны бурильных труб при подъеме 1. Известно также устройство для спуска и подъема колонны труб, содержащее спускоподъемный механизм с бесконтактными выключателями, талевой блок с элеватором, клиновой захват, ключ, центратор, сигна лизатор 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 замков бурильной колонны вследствие наличия подвижных элементов конструкции и гидроцилиндра. Кроме того, необходима перестройка сигнализатора замков колонны труб при смене диаметра труб колонны. Цель изобретения - повышение степени механизации спуско-подъемных операций при бурении и ремонте нефтяных и газовых скважин. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для спуска и подъема колонны труб 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 соответствующий усилитель подключен ко 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. 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. Устройство для спуска и подъема колонны труб (фиг. 1) содержит лебедку.1, 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 17, а выход усилителя 13 подключен последовательно к датчику 7 устройства отключения спуско-подъемного 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-подъемного механизма (фиг. 4) состоит из обмотки 29 возбуждения и двух выходных обмоток 30 и 31, включенных встреч но-последовательно и расположенных на цилиндрическом каркасе 32. К устройству относится также колонна труб 33 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

9поступают параллельно на формирователь

10коротких импульсов и делитель 11 частоты. Низкочастотные импульсы (в) с делителя 11 частоты поступают параллельно

на Д-входы Д-триггеров 17 и 21 и на усилители 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 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 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 «О, и импульсы (б) с формирователя 10 коротких импульсов не проходят на входы С Д-триггеров 17 и 21, установленных в «О, 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 опускат ется на верхний замок колонны, при этом в рабочую зону датчика попадает замок 34 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 датчика 7 появляется напряжение, изменяющееся по амплитуде и фазе по мере перемещения замка в датчике. Это напряжение преобразуется усилителем-ограничителем

18в однополярные прямоугольные импульсы (г), и которых затем формирователем

19формируются короткие стробирующие импульсы (д), поступающие на первый вход схемы И 20. При совпадении стробирующих импульсов с импульсами (б), поступающими с формирователя 10, схема И 20 формирует 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 «О 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, при этом фаза выходного напряжения датчика 7 начинает изменяться в сторону уменьшения фазового сдвига относительно исходного состояния и при совпадении фазы синхроимпульса (е) с нулевым значением напряжения возбуждения (в) датчика 7 Д-триггер 21 переходит в состояние логический «О 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 олерании «Спуск колонны, но Командоаппарат ныдает 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 П частоты через усилитель 12. При подъеме колонны труб 33 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 «О и Командоаппарат 22 не работает. При входе в рабочую зону датчика 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 возможном поперечном раскачивании колонны. Электрическая часть схемы сигнализатора замков колонны, состоящая из усилителяограничителя 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.

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 крмандоаппарат, отличающееся тем, что, с целью повышения степени механизации спуско-подъемных операций 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.

fe

3

Фиг.Ц