Устройство для спуска и подъема бурильной колонны Советский патент 1977 года по МПК E21B19/00 E21B19/24 

1

Изобретение касается оборудования для бурения нефтяных и газовых скважин, в частности средств механизации и автоматизации спуско-лодъемных операций.

Известно устройство для спуска и подъема бурильной колонны, содержащее лебедку с бесконтактными выключателями, талевый блок с элеватором, оперативную муфту, клиновой захват, центратор, командоаппараты, сигнализатор замков бурильной колонны и механизм отсчета пути талевого блока с барабаиом ка.бель-каната.

Сигнализатор замков бурильной колонны электрически связан с тормозом лебедки, а элеватор сблокирован с клиновым захватом таким образом, что последний не откроется до тех пор, пока клинья элеватора не зажмут свечу. Электрическая связь между элеватором и клиновым захватом осуществляется через троллеи, установленные вблизи верхнего и нижнего .положений тале.вого блока.

Однако -в этом устройстве не совмещены во времени операции свинчивания-развинчивания свечей с перемещением незагруженного талевого блока. В результате затрачивается дополнительное время на подъем талевого блока выше верхнего торца свечи на малой скорости с помощью натяжного устройства, что не дает -возможности производить спуск- подъем в оптимальном режиме. Кроме того.

требуется жесткий допуск на длину свечей, а также применение специальных бурильных замков с кольцами из диамагнитного материала, обеспечивающих работу сигнализатора замков бурильной колонны.

Целью изобретения является автоматизация спуско-подъемных операций.

Для этого предлагаемое устройство снабжено механизмом отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора, смонтированным на центраторе и талевом блоке, блоком отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора, связанным с механизмом отсчета пути та.тевого блока через оперативную муфту и сигнализатор за:Мков бурильной колонны.

Кроме того, барабан кабель-каната снабжен флажком выключателей лебедки, которые сблокированы с выключателем .командоаипарата, связанного с механизмом отсчета пути талевого блока, а сигнализатор замков бурильной колонны выполнен в виде двух рычагов и снабжен силовым цилиндром, шток которого связан с рычагами, причем блок отключения лебедкн нри подъеме загруженного элеватора выполнен в виде сблокированных с переключателем скоростей выключателей с общим кулачком, связанным с оперативной муфтой и водилом дифференциала в виде рычага с роликом, размещенным в пазу диска

на Bajry реверсивного двигателя, лри этом механизм отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора 1выполне.н в виде установленного на центраторе рычага с роликом, шарнирно соединенного с поднрул иненным толкателем и-установленным на талевом блоке выключателем, связанным с кабель-канатом.

На фиг. 1 показана общая схема предлагаемого устройства для подъема и спуска бурильной колонны; на фиг. 2 - сигнализатор зам1ков бурильной колонны; на. фиг. 3 - блок отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора, вид спереди; на фиг. 4 - то же, продольный разрез; на фиг. 5 - механизм отключения лебедки при подъеме аюзагруженного элеватора.

Устройство для спуска и подъема бурильной колонны содержит талевый блок 1 с раздвинутыми секциями шкивов, автоматический элеватор 2, буровую лебедку 3, центратор 4, буровой ключ 5, клиновой захват 6, датчик веса 7, механизм 8 отсчета пути талевого блока, .который связан с талевым блоком посредством кабель-каната 9, командоаппарат 10, постоянно связанный с механизмом 8, отсчета, командоаппарат 11 и блок отключения лебедки при лодъеме загруженного элеватора 12, соединенные с механизмом отсчета 8 посредством оперативной муфты 13, сигнализатор замков 14 бурильной колонны, механизм отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора 15, смонтированный на центраторе и талевом блоке, датчики верхнего 16 и .нижнего 17 положений клиньев, бесконтактные выключатели 18 и 19 лебедки, задатчик скорости спуска 20 и тахогенератор

21,соединенные с механизмом 8 отсчета пути талевого блока. На автоматическом элеваторе 2 смонтирован датчик захвата колонны

22,электрически связанный с кабель-ка-натом 9.

Механизм отсчета пути талевого блока состоит из барабана 23 для намотки кабельканата 9 и каната, связанного с противовесом 24, и понижающего редуктора 25. Барабан кабель-каната снабжен флажком 26 для воздействия на выключатели. 18 и 19. Передаточное отношение редуктора 25 обеспечивает поворот вала .кома.ндоаппарата 10 на угол, близкий к 360°, на пути талевого блока от крайнего нижнего положения до верхнего, а вала командоаппарата 11 и блока отключения лебедки лри подъеме загруженного элеватора 12 - на тот же угол, но на пути бурильного замка от сигнализатора замков 14 до бурового ключа 5.

Сигнализатор замков 14 бурильной колонны (см. фиг. 2) состоит из двух рычагов 27 с губками 28, выключателя 29 и силового цилиндра 30, шток которого посредством тяг 31 связан с рычагами 27. Корпус цилиндра 30 и рычаги 27 шарнирно укреплены на втулке 32, чосаженной на ось 33.

Блок отключения лебедки нри подъеме запруженного элеватора 12 (см. фиг. 3 и 4), который предназначен для коррекции точки отключения в зависимости от веса бурильной колонны и .скорости ее подъема, состоит из набора сблокированных с переключателем и скоростей лебедки выключателей 34-38, кулач1ка 39, воздействующего на выключатели 34-38 и связанного через дифференциал 40 с валом 41. Блок также включает водило дифференциала, выполненное в виде рычага

0 42 с роликом 43, размещенным в -профилированном па.зу 44 диска 45, установленного на валу реверсивного двигателя 46. Указанный двигатель связан через зубчатую передачу 47 с сельсином 48, который электрически соеди5 ней с сельсином датчика веса 7. Вал 41 связан через вал командоапнарата 11 с ведомой частью онеративной муфты 13. Для перевода в исходное положение вала 41 после отключения муфты 13 служат пружина 49 и криво0 шип 50.

Механизм отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора 15 включает рычаг 51 с роликом 52, шарнирно укрепленный на центраторе 4 и связанный с пОДпру5 жиненным толкателем 53, также вмонтированным в центратор 4, выключатель 54 с приводным рычагом 55, смонтированный на талевом блоке 1. Толкатель 53 может воздействовать на приводной рычаг 55 при совместQ ном движении талевого блока и центратора. Выключатель 54 электрически соединен с приводом лебедки через кабель-канат 9. С помощью этого кабель-каната осуществляется электрическая связь датчика за.хвата ког- лонны 22 автоматического элеватора 2 со схемой управления клиновым захватом 6 (см. фиг. 1).

Тормол :ение барабана лебедки 3 осуществляется обычным ленточным тормозом 56, нормально замкнутым посредством силового цилиндра 57, и вспомогательным тормозом (не по.казан).

Управляющий сигнал на торможение при спуске поступает в виде разности напряжений тахогенератора 21 и задатчика скорости спу ска 20, кулачок 58 которого регулирует скорость спуска в функции положения талевого блока. Устройство включает также свечу 59. Устройство работает следующим образом. В операции «Спуск колонны сигнализатор

0 замков 14 бурильной колонны и блок отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора 12 выключены из работы, рычаги 27 разведены (на фиг. 2 показано пунктиром), и муфта 13 .не включается. Исходное

полол ение талевого блока 1-крайнее нижнее. Заводят очередную свечу 59 и ее верхним концом, входящим в центратор 4, поворачивают рычаг 51, который поднимает толкатель 53. При подъеме незагруженного элеватора 2 по свече 59 ключом 5 свинчивают свечу 59. Последнюю часть пути талевый блок 1 проходит вместе с центратором 4.

При подходе центратора 4 к верхнему торцу свечи 59 рычаг 51 опускается, и толкатель

53 воздействует через рычаг 55 на выключа

тель 54, по сигналу которого отключается привод лебедки 3 и подтормаживается ее барабан с такой интенсивностью, что обеспечивает подхват и снятие с клинового захвата 6 колонны автоматическим элеватором 2 с заданной скоростью при движении талевого блока 1 по инерции вверх. По сигналу датчика захвата колонны 22 поднимается клиновой захват, а по сигналу датчика 16 из верхнего положения растормаживается барабан лебедки 3 и колонна спускается в скважину. При этом флажок 26 многократно воздействует на выключатели 18 и 19, однако сигнала от них не поступает, поскольку выключатели 18 и 19 сблокированы с выключателем командоаппарата 10, который срабатывает в начале последнего оборота барабана 23. Такая схема способствует повышению масштаба отсчета пути талевого блока 1 и обеспечивает точность остановки замка бурильной колонны в зоне работы ключа 5. Остановка осушествляется по сигналу выключателя 18, который дает команду на опускание клинового захвата 6. По сигналу датчика 17 нижнего из положения барабан лебедки 3 вновь растормаживается, и талевый блок 1 приспускается в крайнее нижнее положение, где останавливается по сигналу выключателя 19. Далее цикл повторяется.

Перед началом операции «Подъем колонны сводятся рычаги 27 сигнализатора 14 замков бурильной колонны, которые обхватывают губка-ми 28 бурильную трубу. При включении определенной скорости подъема лебедки включается лишь один нз выключателей 34-38. Исходное положение талевого блока 1-.крайнее нижнее. При подхвате колотаны автоматическим элеватором 2 ревереив.ный двигатель 46 блока отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора 12 поворачивает диск 45 на угол, пропорциональный весу колонны. При этом ролик 43 перемещается в пазу 44, поворачивая рычаг 42, который поворачивает кулачок 39 по часовой стрелке, отдаляя его в угловом измерении от выключателей 34-38 (на фиг. 3 показано пунктиром). При прохождении промежуточных замков свечи через сигнализатор 14 выключатель 29 не срабатывает, поскольку он сблокирован с выключателем командоаппарата 10, который срабатывает лишь тогда, когда все промежуточные замки будут выше сигнализатора 14. При прохождении через сигнализатор 14 замка, подлежащего развинчиванию, выключатель 29 срабатывает и включает оперативную муфту 13, благодаря чему вал командоаппарата 11 и вал 41 начинают вращаться. При этом кулачок 39 поворачивается против часовой стрелки и отключает задействованный выключатель из набора выключателей 34-38, по сигналу которого отключается привод лебедки. После этого талевый блок с колонной движутся по инерции вверх, и при вхождении замка, подлежащего развинчиванию, в зону работы ключа 5 включается тормоз лебедки 3, а затем опускаются

клинья по сигналу выключателя командоаппарата 11. Вход замка в зону ключа происходит с постоянной скоростью. Это достигается выполнением профиля паза 44 такой конфигурации, что угловое оасстояние между положением кулачка 39, занимаемым после подхвата колонны и задействованным выключателем, пропорционально разности между расстоянием от сигнализатора 14 до зоны работы ключа 5 и величиной пробега по инерции колонны данного веса с момента отключения привода лебедки до достижения скорости, близкой к 0. Чем больше вес, тем на больший угол повернется кулачок по часовой

5 стрелке, тем позднее произойдет отключение при повороте кулачка 39 против часовой стрелки от вала 41. Поскольку каждый выключатель 34-38 соответствует определенной скорости подъема, то включение в работу выключателя 34 соответствует наиболее раннему отключению привода лебедки, т. е. максимальной скорости подъема, а выключателя 38 наиболее позднему отключению, минимальной скорости.

5 По сигналу датчика 17 нижнего положения клнньев отключается муфта 13, и вал 41 под действием пружины 49 приходит в исходное положение. Одновременно растормал ивается барабан лебедки 3, незагруженный талевый блок 1 опускается, и ключ 5 отвинчи0вает свечу. Управление тормозо.м аналогично операции «Спуск колонны. Окончательная остановка в крайнем нижнем положеннн производится по команде выключателя 19. Далее после выноса отвинченной свечи пикл повто5

ряется.

Таким образом, одновременно с автоматизацией управления спуском и подъемом бурильной колонны, достигается сокращение воеменн за счет исключения перебегов и необходимости перехода на малую скорость при подъеме талевого блока. При этом обеспечивается требуемая точность остановки замка в зоне ключа и постоянство скорости подхвата колонны независимо от разности в длинах ° свечей.

Формула изобретения

1. Устройство для спуска и подъема бурильной колонны, содержащее лебедку с бесконтактными выключателями, талевый блок с элеватором, оперативную муфту, клиновой захват, центратор, ко,мандоаппараты, сигналиватор замков бурильной колонны и механизм отсчета пути талевого блока с барабаном кабель-каната, отличающееся тем, что, с целью автоматизации спуско-подъемных операций, оно снабжено механизмом отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора, смонтированным на центраторе и талевом блоке, блоком отключения лебедки прн подъеме загруженного элеватора, связанным с механизмом отсчета пути талевого блока через оперативную муфту и сигпализатор замков Оурцлыюй колон .щ.

2.Устройство по П. 1, отличающееся тем, что барабан кабель-каната снабжен флажком Выключателей лебедки, которые сблокированы с выключателем командоаппарата, связанного с механизмом отсчета пути талевого блока.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сигнализатор замков бурильной колонны выполнен в .виде двух рычагов и снабжен силовым цилиидром, щток которого связан с рычагами.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора выполнен в виде

.сблокированных с переключателем скоростей выключателей с общим кулачком, связанным с оперативной муфтой и водилом дифферепцнала в в-нде рычага с .роликом, размещенного в пазу диска на валу реверсивного двигателя.

5. Устройство по п. 1, от л и ч а ю щеС ся тем, что механизм отключения лебедки при подъеме незагруженного элеватора выполнен в виде установле.н;пого па центраторе рычага с роликом, шарпирно соединенного с подпружиненным толкателем и устаяовле.нным на талевом блоке выключателем, связанным с к а бель-как атом.

/4

Фиг. 2

12 7 f f ifj

X&аг.

37

IB

/