Устройство для предупреждения прихвата бурильного инструмента Советский патент 1981 года по МПК E21B45/00 

1

Р1зсбретение относится к устройства, п-редотвраш,ающи.1 прихваты бурильны.х труб и предназначено для подачги слгнала по истечении допустимого, заранее установленного времени неподвижност-и бурильны.х труб в .окважи«е.

Устройство может быть использовано в нефтегазодобываю пей промышленности.

Известно автом-атическое устройство для предупреждения прихвата бурильного инCTpy.vieHTa, состоящее из датчика пути, реле времени и выходных с гнальных приборов 1. Это устройство автоматически выключается по достижении бурильны.ми трубамп прихватоопасной зоны, границы которой заданы. При это.м учитывается вертикальное движение труб, находящихся в прихватоопасной зсие, т. е. сигнал не подается, если останов;ка труб не древыщает заданного безопасного интервала времени.

Однако устройство.м не предусмотрен контроль за времене.м «епсдвижности бурильных труб, спущенных в прихватооп аспую зоиу и разгруженных на роторе, наприУдр, при неисправнс.сти лебедки, так как 1ФИ разгрузке талевой систе.мы устро-йство отключается. Устройство не учитывает .вр ащения труб роторо.м, а это зн.ач.ит, что при бурении с .малой проходкой из-за частого периодического срабатывания сигнальных

при5ор01в оно Может быть отключено буровой бригадой.

Целью изобретения является повыщение точНОсти за счет обеспечения надежного

5 контроля за вре.менем неподвидсности труб в окваж ине.

Цель достигается тем, что устройство снабжено гидроцилиндром с подпрулкиненным порщ«ем и щтоком, направляющи.ми,

10 ползуном с коромыслом и движко-м, установочным винтом, .ходовой гайкой с лсдпружиненной зубчатой рейкой п контактной пластиной, при этом гидроцилиндр овязаи с гиД|равлическим трайсфарматором, а шток

15 ги,дрон;или.ндра з-стано-вл-ен с возмож,ностью взаимодествия с движком, свободно перемещающи.мся в ползуне, а коро.мыслэ т:.лед него имеет на одно-.м конце выступ, а на друго.м зуб для храпового взаимодействия с

20 зубьями рейки.

Кроме того, движок снабжен подпружиненны.м ynopoi.M для взаи.модейстзля с выступо.м коромысла.

25 Па ползуне размещен один лз мпкровыключателей для взаимодействия с контактной пластиной.

Другой мИКровыключатель расположен 30 на ходовой гайке.

На фиг. 1 изображена гидромеханическая схема устройства; на фиг. 2 - электрическая схема устройства.

Гидр.оцилиндр 1 с подпружиненным норшнем и штоком 2 соединен каналом 3 с гидротрансформатором 4, установленнЫМ на ненодВИжном конце талевого канала 5. Шток дилиидра упирается в движож 6, который снабжен П|С днрул :йпенч-1ым упором 7 и свободно помещен в полость ползуна 8. Шток перемещает движок и ползун в паправляющих 9. На ползуне установлено коромысло с выступом 10 н зубом 11, входящим в зацепление с зубчатой рейкой 12, помещенной в корпусе ходовой гайки 13, которая может передвигаться с помощью установочного винта 14. Зубчатая рейка подпруж инепа кнопкой микровыключателя 15. На ползуне также установлен микрсщыключатель 16, который может касаться контакт-ной нластйны 17, жестко соединенной с ходовой гайкой, включая устройство в сеть.

На валу барабана лебедки и корнусе стола ротора установлены постоянные маг1НИТЫ 18 « 19, а .на раме лебедки и картере ротора установлены герметичные магнитоуправляемые контакты, так называемые герконы 20 и 21. Геркон лебедки электрически соединен, со счетчиком-фиксатором оборотов 22, а геркон ротора - со счетчиком-фиксаторОМ оборотов 23.

В цепи от герко.на лебедки установлен микравыключатель 15 (фиг. 1).

При вращении барабана лебедки или стола ротора счетчики-фиксаторы выдают импульсы на реле времени 24 через дискретные выключатели 25 пли 26 соответственно. К реле вре1меви подключен звонок (сирена) 27.

Микро-выключатель 16 (ф-пг. 1) производит включение устройства в сеть.

Работа гидромеханической части устройства осуществляется следующим образом.

Как известно, спуско-нодъемные операции характеризуются периодичностью нагрузки и разгрузки талевой системы. Например, при спуске труб нагрузка на талевую систему возрастает дискретно с каждой «аВинченвой свечой, чередуясь с полной разгрузкой при установке колонны бурильных труб на роторе.

Эта особенность нагру;кения талевой системы использована при создании узла, производящего автоматическое включение устройства при спуске труб в опасную зоеу и отключение при подъеме из пее.

Так, по мере спуска труб количество жидкостИ, вытесняемой из гидротрапсфорМатора 4 в гидроцилиндр 1 увеличивается с каждой свечой, соответствепно возрастает выдвижение щтока 2 и ползуна 8 с дв-ижком 6 внутри, которые перемещаются в направляющих все дальше и дальше, возвращаясь в исходное полол ;ение при разгрузке труб на роторе.

Ходовая гайка 13 с зубчатой рейкой 12 устанавливается с помощью винта li на такОМ уровне, чтобы при спуске груб на глубину, соответствующую началу прихва5 тоопасной зоны, ползун 8 своим зубом 11

вошел в зацепление с пнжннм зубом зубчатой рейки 12. При этол микровык лючатель

16 коснется контактной пластипь 17 и

включит устройство в сеть.

0 По мере дальнейшего снуска труб ползун будет подниматься все выше и выше, поочередно входя Б зацепление со вторым, третьим, наконец, четвертым зубом зубчатой рейки. При этом будет нроисходить следую5 щее.

Выдвигаясь, шток 2 упираегся в движок 6 и перемещает его вверх (iio.ijyn 8 в этот момент неподвижен, так как держивается от свободного движения впиз с помощью коромысла, KOiopoe сво-им зубом 11 находится в зацеплении с зубчатой рейкой 12) при этом, подпружиненный упор 7 отводит в сторОНу выступ 10 и тем самым выводит зуб 11 коромыс.ча ;i3 зацепления с

5 зубчатой рейкой 12. Освобожденный нолзун под действием своего веса скользнг вниз до упора в движок 6 и затем вместе с ним поднимается вверх штоком 2 на величину его выдвижения.

0 Таким образОМ, войдя при спуске труб в зацепление с зубчатой рейкой, ползун при дальнейшем спуске соверн1ает периодически по1вторяющиеся действия: соскакивает вниз с зубчатой рейки, затем ноднимается,

g увлекаемый штокО:М, выше нее, потом снова опускается до зацепления с зубчатой рейкой и т. д.

При подъеме труб из скважины, т. е. когда выдвижение штока уменьшается с

Q каждой ноднятой свечой, настунает такой момент, когда ползун, соскочив с зубчатой рейки, уже не ноднимается (после отвипчивания очередной свечи) до такого уровня при котором зуб 11 входит в зацепление с „ зубчатой рейкой 12. Так, но мере нодъема труб ползун выйдет из заценления ноочередпо со всем:и четырьмя зубцами зубчатой рейки, что будет соопгветствовать выходу труб из прихватоопасной зоны и, как покаQ зано выше, нриведет к отключению устройства от сети.

При резком подъеме талевого блока могут возникнуть динамические нагрузки, которые вызовут псу1,ъем ползуна 8 вьппе уровня, соответствующего нормальной нагрузке,

5 от снущенных в скважину труб. В момент снятия ползуна с зубчатой рейки 12, т .е. при выходе труб из опасной зоны, такой взлет нагрузки может поднять ползун опять до зацепления с зубчатой рейкой, где он зависнет, оставив включенным устройство, несмотря на то, что трубы из опасной зоны уже подняты.

Для нредотврагцения подобного зависания нолзуна нредусмотрен значительный

5 ход нолзуна от момента его соскакивания

вниз с 3}бчу1ой рейки до упора в движок 6. Этот ход а (фиг. 1) принят равным выдвижению штока от нагрузки в четыре свечи.

На спущенные в прихватооиасную зону II установленные на роторе трубы с помощью лебедки может быть приложена случайная натяжка по каконлибо причине не на полный вес колонны. Прн этом талевая система может испытывать нагрузку, при которой выдвижение яггока 2 произойдет лишь на высоту, достаточную только для снятия ползуна с зубчатой рейки, что вызовет отключение устройства.

Выполнение зубчатой рейки с четырьмя зубцами устраняет вероятность снятия нолзуиа с зубчатой рсйкн пз-за случайных нагрузок нри нахождении труб в опасной зоне. Соскочив с верхнего зубца, ползун зависнет на следующем нижестояще.м зубце II так до первого зубца. Для опускания ползуна ниже зубчатой рейки необходимо 4 ра за ирилол ить к талевой системе нагрузку, равную той, при которой ползун соскакивает с каждого зубца, причем в течение относительно короткого интервала BpcMejiii, установленного на реле времени (до 15 мин). Таким образом, случайиое соскакивание ползуна с зубчатой рейки нри нахождении труб в оиасной зоие ирактически исключается.

Электромеханическая часть устройства ра ботает следующим о бразом.

При включении устройства в сеть, т. е. когда трубы при спуске достигли прихватоонасиой зоны, реле времени 24 (см. фиг. 2) начинает отсчет минут, и, если имеет место остановка, то по окончании установленного отрезка вр-емени, например, 10 мин, включается звонок (оирена) 27. Но если до истечения 10 мин начинает работать лебедка или ротор, то импульсы при замыкании соответствующих герконов поступают на счетчики-фиксаторы, которые после определенного (установленного) числа Оборотов, например, на восьмом обороте барабана лебедки, выдают импульсы через дискретные выключатели 25 и 26 на реле времени 24. Это прпводит к сбросу сделанного отсчета и началу нового.

Таким образом, при спуско-подъемных операциях или при бурении в прихватоогьасной зоие, т. е. во всех случаях, когда длительность остаиовки лебедки или ротора менее установленного на реле 24 промежутка временн, включения звонка 27 не пронсходит.

Схемой устройства иредусмотрено производить выключение звонка только иутем страгиваиия бурильиых труб, т. е. их иодъемом или спуском, например, на 3 м или цроворотом ротора на заданное число оборотов.

На буровой может быть такой случай, когда магнит на валу лебедки или валу

привода ротора окажется во время осгановкп против соответствующего геркона, причем это моЛСет совпасть с окончанием, например, восьмого оборота барабана лебедки, т. е. когда счетчикфиксатор лебедки замкнет контакты в цепи катушки сброса отсчета на реле вре.мени. В этом случае катушка останется под напряжением, притянув ведомый диск. Сделанный отсчет будет сброшен, а новый отсчет производиться не будет, так как напряжение с катущки не снято, т. е. реле времени переетает выполнять своп функции. Во избежании этого импульсы счетчиков-фиксаторов лебедки п

ротора поступают iia реле времени 24 через дискретные выключатели 25 и 26, которые пропускают Л11шь короткие импульсы вне зависимости от длитсльиости имиульсов на них ностуиивших.

На буровой может быть следующее. Трубы, спущенные в прихватооиасную зону, установлены на роторе, а лебедка работает, т. е. происходит спуск пли подъем талевого блока и, следовательно, иоступают пмпульеы от геркона 20 лебедки,- создавая видимость спуска или подъе.ма труб. В подобиых случаях для отключения геркона лебедки используется микровыключатель 15, уста новленный под зубчатой рейкой 12 (фиг. 1).

При установке труб на роторе, когда талевая система разгружается, ползун завнсает на зубчатой рейке п своей тяжестью перемещает ее вниз до контакта е кнопкой микровыключателя, что приводит к его срабатыванию, т. е. отключению геркона лебедки.

Формула изобретения

1. Устройство для иредупреждения прихвата бурильного инструмента, содержащее атчик пути, индикатор веса, формирователь имиульсов пути, реле времени и сигнализатор, отличающееся тем, что, с

целью повыщения точности за счет обеспечения надежного контроля за временем неподвижности труб в скважине, оно снабжено гидроцилиндром с подпружиненным порщнем и щтоком, направляющими, ползуно.м с коромыслом и двилском, установочным винтом, ходовой гайкой с подпружиненной зубчатой рейкой и контактной пластиной, при этом гидроцилиндр связан с гидравлическим трансформатором, а шток гидроцилиндра установлен с возможностью взаимодействия с , свободно иеремещающимся в ползуне, а коромыело последнего имеет на одно.м конце выстуи, а на ругом зуб для храпового взаимодействия

с зубьями рейки.

2. Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что движок снабл ен подпружиненным уиором для взаимодействия с выступом коромысла. 3.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ш с ос я тем, Ч1о на по.чзуие размст(.ч1 ОД1П ii:i микровыключатслей для взанмодейстння с контактной п.тастиной. 4.Устройство но п. 1, о т .I II ч а 10 111, е е с я тем, что другой микровыкл 0чатсл: раепо;1ОЖ(М1 на ходоной гайке. Источники ннформацип, принятые 1Ю liiiHMainie при ксиертизе 1. «Новости нефтяной н газовой техникп, АН 2, 1962, с. 26-27.