Реле для защиты бурильных труб от скручивания Советский патент 1941 года по МПК E21B44/00 

При вращательном бурении скважин долото иногда заклинивается, а так как при этом верхняя часть колонны бурильных труб продолжает приводиться во вращение буровым двигателем, то в этом случае происходит скручивание и излом бурильных труб.

Одним из видов защит бурильных труб от скручивания является защита при помощи максимального реле мгновенного действия, включенного в цепь бурового двигателя и установленного на срабатывание при токе, соответствующем максимально допустимому напряжению в бурильных трубах.

Эта система защиты имеет своим недостатком срабатывание максимального реле при колебаниях нагрузки бурового двигателя и выключение последнего при нормальной работе инструмента.

Для устранения этого недостатка в схему защиты вводилось реле времени. В такой схеме максимальное реле срабатывает при силе тока, соответствующей меньшему напряжению в бурильных трубах, чем максимально допускаемое, и включает реле времени. Последнее через

установленную заранее выдержку времени, в течение которой напряжение в бурильных трубах достигает предельно допустимого значения, производит выключенг-ie бурового двигателя.

Применением реле времени значительно уменьшается число ложных отключений двигателя при пиковых перегрузках, но тем не менее и эта защита обладает существенными недостатками.

Вследствие практической невозможности получения надежной выдержки времени 0,,5 сек., не представляется возможной защита бурильных труб при малых глубинах (до 500 -J- 800 м) скважин. Само реле времени имеет значительную погрешность (:±: 0,3 -:- 0,5 сек.) в выдержке времени; поэтому оно отключает двигатель либо раньше установленного времени - при вполне допустимой пиковой перегрузке либо позже. Преждевременные (ложные) отключения нервируют бурильщика и снижают скорость проходки, а отключения с запаздыванием иногда приводят к авариям с бурильными трубами.

Вообще системы защиты бурильных труб, в которых выдержка времени устанавливается заранее, не могут считаться удовлетворительными, так как уставка времени, определяемая из расчета длины, диаметра и числа оборотов бурильных труб, не всегда соответствует времени закручивания, при котором напряжение кручения достигает предельно допустимого значения. Это происходит в результате того, что скорость вращения бурового двигателя при заклинивании долота изменяется, и характер этого изменения, вследствие трения труб о стенки скважины и влияния махового момента ротора двигателя, бывает различным, а поэтому с достаточной точностью не может быть учтен заранее.

Предметом настоягцего изобретения является такое реле для защиты бурильных труб от скручивания, в котором указанные недостатки устранены. Предлагаемое реле выполнено так, что оно дает импульс на выключение бурового двигателя с выдержкой времени, соответствующей заданному углу скручивания колонны труб.

Сущность изобретения, заключающаяся в оригинальном конструктивном выполнении механиз а реле 1 изложенная ниже в «предмете изобретения, поясняется чертежом, на фиг. 1-3 которого изображено предлагаемое реле в трех проекпиях (с частичными разрезами), на фиг. 4 - диаграмма, иллюстрирующая работу реле, на фиг. 5- электрическая схема включения реле.

На двух иОДшигшикак, сделаелых в каркасе 1, сидит вИ«т-вал;-1к 2, имеющий правую двухходовую нарезку с треугольным профилем. С правой стороны (фиг. 2) «а кожухе 3 реле сделан прорез Е, через который выходит конец винта 2, служащий для соедкнедйя с роторны.м или другкм соответствующим Валом привода. Это соедганея яе может быть осуществлено посредством специального гибкого вала или жесткого Вала с шарнирами Гука.

Несколько выше винта 2 параллельно ему На коромысле 4 укреплена четырехгранная направляющая 5. На направляющей 5 сидит ползун 7, на|ХодящиЙ1Ся под действие м надетой «а вият цилиндрической винтовой пружины 6. Ползун 7 снабжен внизу острием О, отстоящим от винта 2 на расстоя ник ,5 мм, а вверху - эбонитовым щтифтом-пальцем У. В крайнем левом (по фиг. 2) положении ползун 7 упирается в резиновую подушку 8, предназначенную для амортизации ударов ползуна.

Контакты 9 реле смонтированы на эбонитовой ИЛИ тому подобной кслодочке 10, которая сидит на коромысле 4 и может быть устаиовлека в любОМ месте вдоль прОреза С. имеющего на кромке деления (фиг. 3) шкалы угла поворюта колоннь; труб или числа оборотОВ, которое сделает винт 2 с момента сцепления с Ползуном до МОмента воздействия последнего на контакты 9. Закрепле1гие кОЛО Дочки 10 яа надлежащем месте шкалы осуществляется болтом 11. Для Предотвращения поворота колОДОЧКи 10 вокруг болта 11 она снабжена внизу прямоугольным выступом, входящим в прорез С.

Правое (qbHr. 1) плечо коромысла 4 образует якорь электромагнита 12 и нагружено пружиной 13, натяжение которой может регулироваться рычагом 14, перестанавливаемым по шкале 15. Пружина 13 удерживает якорь-коромысло 4 отведенным от электромагнита 12 и тем самым держит винт 2 и ползун 7 в расцеплении.

Через проходной изолятор 16 з реле пропущен четырехжильный гибкий кабель, две жилы которого соединяются с концами катушки S электрОМагнита 12, а остальные две - с кОНтактаМИ реле. Катушка: электромагнита 12 включается в цепь бурового двигателя или электрического моментомера, если тако вой имеется в приводе. На фиг. 5 показано включение реле через трансформатор тока Т в статорнукцепь буроЕого асинхронного двигателя М. Контакты реле включены последовательно с рулевой кат 1Шкой контактора К двигателя.

Как уже отмечено выше, реле два самостоятельно .рюгулируемы:х органа - рычаг 14 и лереставные контакты 9, лосредством которых устанавливается ток трогания реле и, соответственно , угол закручивания, прИ; котором должен отключиться буровой двигатель.

Уставка тока и угла закручивания выбираются таким образом, чтобы зацепление ползуна 7 и винта 2 произошло при сравнительно небольшой перегрузке (30- 100%) труб и чтобы размыкание контактов реле прои1сходило в момент достижения касательных напряжений з бз рИЛьных трубах установленного предельнОГо значения.

Реле работает следуюш,им образом.

Винт 2 приводится во вращение от вала привода, по нормально острие ползуна 7 не находится в сцеплении с нарезкой вянта 2 и ползун 7 находится в положении, показанном на фиг. 2.

При увеличении силы тока в цепи катушки S (вызванном перегрузкой двигателя М) до установленной по шкале 15 величины электромагнит 12 притягивает свой якорь - конец кородмысла 4 и вводит острие ползуна 7 в сцепление с нарезкой вращающегося винта 2. Ползун начнет перемещаться вправо (по фиг. 2), и так как виит 2 механически связан с колонной бурильных труб, то перемещение ползуна будет пропорционально дополнительному углу 9 закручИВания колонны. В некоторый люмент палец У ползуна дойдет до контактов 9, разомкнет их, и буровой двигатель М остановится.

В случае, если перегрузка труб носит пиковый характер, то ползун 7 не успеет еще дойти до контактов 9, как коромысло 4, вследствие у.меяьшения силы тока в катушке S, отойдет от сердечника электромагнита 12 и сцепление .между ползуном 7 и винтом 2 прекратится; вследствие этого ползун 7 под действием пружины 6 быстро отойдет в исходное положение и отключения бурового двигателя не произойдет.

Характер работы реле нaГvтадиo иллюстрируется диаграм.мой на фиг. 4.

Здесь точки а, b и с показывают начало работы реле; в этих точках сила тока в цепи бурового двигателя достигает величины уставки тока реле Густ, но благодаря тому, что на участках аа и bbj нагрузка имеет пикообразный характер и при этом вре.мя t перегрузки меньше вре.мени t дополнительного закручивания, отключение двигателя не происходит. На участке ccj перегрузка продолжается сравнительно долго, что указывает на заклинивание долота, и по достижении угла закручивания и, следовательно, касательного напряжения в бурильных трубах установленного максимального значения - реле отключает двигатель.

Жирным пунктиром ее/ на диаграмМе показана кривая, но которой изменилась бы сила тока двигателя при заклинивании долота, если бы работа бурильных труб происходила без толчков и вибраций. Аналогичный вид будут иметь изменения .момента и касательных напряжений в бурильных трубах.

Очевидно, если бы при заклинивании долота не изменялась скорость вращения бурового двигателя, кривая cCj обратилась бы в наклонную прямую.

Предмет изобретения.

Реле для защиты бypИJп ныx труб от скручивания путем выключения бурового двигателя при перегрузках, отличающееся тем, что для создания выдержки времени, соответствующей заданному углл скручивания колонны труб, применен ползун 7, сидящий на направляющей 5 и находящийся под воздействием приводимого в постоянное вращение от бурового двигателя ходового вижта 2, с целью размыкания после определенного числа оборотов контактов 9.

Cs)

I

со

i: up Ч О

CD

fcC

i

g о и о

Рн

--I : ,- - L J Й ( 1

/Jl SI A J i ± Й 1 i/, -Tlr- OZJ L x /

:::z3iz:isi.-d:2ri7:-fc:::.:JV:c:.i:

./ / f c: c- i i i i § °

I

i. 4A

ril

.й

,№

.l fvS/i-;I i К i