Устройство для предупреждения прихватов бурильного инструмента Советский патент 1990 года по МПК E21B44/00 E21B31/107 

Ю

со 05

05

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в геологоразведке и газовой промышленности при бурении скважин для предупреждения прихватов, возникающих вследствие затяжек и поса- док при подъеме и спуске бурильного инструмента.

Целью изобретения является повышение оперативности предупреждения и ликвидации трудноликвидируемых прихватов путем повышения эффективности использования ударных механизмов.

На чертеже представлена структурная схема устройства для предупреждения прихватов бурильного инструмента.

Устройство содержит датчик 1 скорости бурильного инструмента при спуско-подъем- ных операциях (СПО), задатчик 2 скорости (предельно допустимой при СПО), выходы которых связаны с первым и вторым входами первого порогового элемента 3, датчик 4 конца бурильного инструмента и задатчик 5 возможного интервала прихвата, выходы которых соединены с вторым и первым входами второго порогового элемента 6. Выходы пороговых элемен- тов 5 и б связаны с входами элемента 7 совпадения. Выход элемента 7 совпадения связан с входами исполнительного механизма 8 и блока 9 сигнализации.

Устройство работает следующим обра- зом.

От датчика 1 скорости СПО сигнал поступает на первый вход первого порогового элемента 3. На второй вход порогового элемента 3 поступает сигнал от за- датчика 2 скорости, который выполняет функции элемента памяти о предельно допустимом значении скорости при СПО.

Анализ рекомендуемых для устранения прихвата зависимостей

РЭик paFVo и ,

гЛэГ J

е PSuft, -абсолютное динамическое усилие,

возникающее в момент прихвата;

F - площадь поперечного сечения

утяжеленных бурильных труб 45 (УБТ); Vo - скорость перемещения УБТ в

стволе скважины при СПО; р / - акустическая жесткость мате риала колонны труб; РОНМС величина осевой нагрузки, необ- 50 ходимая для срабатывания устройства;

J- i FI - соответственно плотность материала и площадь поперечного сечения бурильных труб;

ai, а2 - соответственно скорость распро- странения волны напряжения в нижней секции бурильных труб и УБТ;

5

0 5

0

5

0

5

0

Р2, р2 - соответственно плотность материала и площадь поперечного сечения утяжеленных бурильных труб;

РЗ - максимальная сила заклинивания бурильного инструмента, показывает, что для равенства сил заклинивания бурильного инструмента, возникающих в процессе СПО, и динамических нагрузок, создаваемых при работе погружных ударных устройств, необходимо, чтсйы скорости при СПО соответствовали неравенству

Vn

где РО - усилие срабатывания ударного устройства.

Расчетное значение предельно допустимой скорости СПО вводится в задатчик 2 скорости СПО.

На выходе первого порогового элемента 3 будет получен сигнал только в том случае, когда величина входного сигнала о скорости от датчика 1 будет превышать величину сигнала о предельно допустимой скорости от задатчика 2.

Аналогичным образом работает вторая параллельная ветвь устройства, состоящая из датчика 4 конца бурового инструмента при СПО, задатчика 5 интервала возможного прихвата и второго порогового элемента 6. Сигнал на выходе второго порогового элемента 6 будет получен при превышении выходного сигнала с датчика 4 над выходным сигналом с задатчика 5.

Сигналы с выходов пороговых элементов 3 и 6 поступают на входы элемента 7 совпадения. Только при наличии сигнала с обоих пороговых элементов 3 и б на выходе элемента 7 совпадения будет получен сигнал.

На прихватоопасном интервале срабатывает элемент 7, приводится в действие исполнительный механизм 8 (тормоз лебедки) и срабатывает блок 9 сигнализации (звуковая, световая). Срабатывание блока 9 свидетельствует о факте превышения скорости СПО. (Скорость инструмента снижается до уровня предельно допустимой, и на выходе датчика 1 при. минимальных потерях времени (от долей секунды до нескольких секунд формируется сигнал, не превышающий сигнал с задатчика 2.

Ограничение скоростей при СПО регламентируется из условий ликвидации возможного прихвата с помощью соответствующих ударных механизмов и учета их силовых характеристик при заданных глубинах скважин.

Расчет предельно допустимой скорости при СПО осуществляется при номинальных усилиях срабатывания серийно выпускаемых ударных механизмов составляющих 560-640 кН.

При спуске бурильного инструмента в скважину для бурения или проработки ствола скважины ударный механизм следует располагать в непосредственной близости от предполагаемой зоны прихвата, так как большое количество труб под ним, свободных от прихвата, снижает эффект работы ударных устройств. Для удара используют энергию упругой деформации свободной части колонны бурильных труб, расположенных над ударным механизмом.

Располагать ударное устройство в аварийной компоновке на значительном расстоянии от зоны прихвата, используя энергию упругой деформации колонны труб, расположенной под устройством, необходимо при прихватах, возникших в результате действия перепада давления бурового раствора.

Применение устройства с автоматическим регулированием расчетной предельно допустимой скорости при СПО, учитывающей технические возможности ударных устройств и прочностные свойства бурильного инструмента, позволит не допустить прихвата, а в случае его возникновения устранить его.

Формула изобретения Устройство для предупреждения прихватов бурильного инструмента, содержащее первый пороговый элемент, элемент совпа- 5 дения, блок сигнализации и исполнительный механизм, причем выход первого порогового элемента соединен с первым входом элемента совпадения, отличающееся тем, что, с целью повышения оперативQ ности предупреждения и ликвидации трудноликвидируемых прихватов путем повыщения эффективности использования ударных механизмов, оно снабжено вторым пороговым элементом, датчиком и задатчиком скорости спуско-подъемных операций, датчиком

5 конца бурильного инструмента, задатчиком интервала возможного прихвата, при этом выходы датчика и задатчика скорости спуско-подъемных операций соответственно подключены к первому и второму входам

первого порогового элемента, выходы задатчика интервала возможного прихвата и датчика конца бурильного инструмента соответственно подсоединены к первому и второму входам второго порогового элемента, выход которого соединен с вторым вхо5 дом элемента совпадения, выход которого подключен к входам блока сигнализации и исполнительного механизма.

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение оперативности предупреждения и ликвидации трудноликвидируемых прихватов путем повышения эффективности использования ударных механизмов. Устройство содержит пороговые элементы 3,6, элемент 7 совпадения, блок 9 сигнализации, исполнительный механизм 8, датчик 1 и задатчик 2 скорости спуско-подъемных операций (СПО), датчик 4 конца бурильного инструмента и задатчик 5 интервала возможного прихвата. Расчетное значение предельно-допустимой скорости СПО вводится в задатчик 2. В задатчик 5 вводятся интервалы возможного прихвата по глубине скважины. При наличии сигналов с элементов 3 и 6 срабатывает элемент 7 совпадения. Приводится в действие механизм 8 и срабатывает блок 9 сигнализации. Включение последнего свидетельствует о превышении скорости. Устройство позволяет не допускать прихватов, а в случае возникновения последних устранять их с наименьшими затратами. 1 ил.