Сигнализатор замковых соединений при спуске и подъеме колонны труб

 

СИГНАЛИЗАТОР ЗАМКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СПУСЖЕИ ПОДЪЕМЕ КОЛОННЫ ТРУБ, содержащий командоаппарат , кварцевый генератор, соединенюли через делитель частоты с входами параппепьно соединенных усилителей, выход одного из которых соединен с датчиком отключения спуско-подъемного механизма , а выход другого - с датчиком замковых соединений, выходы которых соединены с соответствующими усилит пями-юграничитепями , элементы И и формйровагель тактовых импульсов, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности работы сигнализатора путем улучшения эксплуатацнокных характеристик, в сигнализатор введены селектор-мультиплексор, KOMMyTatop, счетчик, блок вычитания, пороговый впемент и блок установки в нуль, при этом один из выходов делителя частоты соединен с первыми входами, первого эл&мента И и формирователя тактовых импульсов , второй вход которого схэедиван с другим выходом делителя частоты, выходы усилителей-рграничитепей coezniнены с первым и вторым ЮЕОДСМ селектора-мультиплексора , другие входы которого соединены с первыми выходами командоаппарата , второй выход которого через блок установки в нуль соединен с первым входом коммутатора и с входом установки в нуль счетчика, выход селек (Л тора-мультиплексора соединен с вторым входом первого элемента И, выход котос рого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого под§ ключен к кварцевому, генератору, а выходы элементов И соединены с вторым и третьим входами коммутатора, выходы которого соединены с счетными входами &д счетчика и блока вычитания, выходы мирователя тактовых импульсов соедине-. sl ны соответственно с входом установки в нуль блока вычитания и с входом строэо бирования порогового элемента, выходы счетчика соединены с входами блока вычитания , выходы которого соединены с входами порогового элемента, выход порогового элемента годключен к входу кома ндоаппарата.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(5p Е 21 В 44/00

f=" ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3429904/22-03 (22) 28,04.82 (46) 07.08.83. Бюл. Ж 29 (72) В.А. Пантепеев, Н.И.Давиденко, С. К. Лпилевский, А.С. Тихоненко, . А.Г.Романовский и В.В.Громов (71) Специапьное конструкторское бюро сейсмической техники (53) 622.245 (088.8) (56} 1. Котляров А.М. Автоматизация буровых агрегатов. М., Недра", 1971, с. 31-33.

2. Котпяров А.М. Автоматизация буро- вых агрегатов. М., Недра", 1971, с. 103-1 07.

3. Авторское свидетепьство СССР по заявке Ж 2833673, кп. Е 21 В 19/00, 1979 (прототип). (54}(57) СИГНАЛИЗАТОР ЗАМКОВЫХ

СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СПУСКЕ И ПОДЪЕМЕ

КОЛОННЫ ТРУБ, содержащий командоаппарат, кварцевый генератор, соединенный через депитепь частоты с входами параппепьно соединеннык усипителей, выход щного иэ которых соединен с датчиком откпючения спуско-подъемного механизма, а выход другого - с датчиком замковых соединений, выходы которых соединены с соответствующими усилитепями-ограничителями, эпементы И и формироватепь тактовых импупьсов, о тти ч а ю шийся тем, что, с цепью повышения точности работы сигнапиэатора путем улучшения эксппуатационных характеристик, в сигнапизатор введены селектор-мупьтиппексор, коммутатор, счетчик, блок вычитания, пороговый эпемент и бпок установки в нупь, при этом один иэ выходов делитепя частоты соединен с первыми входами aepaoro епемента И и формироватеня тактовых импульсов, второй вход которого соединен с другим выходом депителя частоты, выходы усипитепей-вграничитепей соеди« нены с первым и вторым входом сепектора-мупьтиппексора, другие входы которого соединены с первыми выходами командоаппарата, второй выход которого . через блок установки в нупь соединен с первым входом коммутатора и с входом установки в нупь счетчика, выход свпек- ® тора-мупьтицпексора соединен с вторым входом первого эпемента И, выход которого подкпючен к первому входу второго эпемента И, второй вход которого подЪ кпючен к кварцевому. генератору, а выхо- Я ды элементов И соединены с вторым и третьим входами коммутатора, выходы которого соединены с счетными входами счетчика и бпока вычитания, выходы фор» мироватепя тактовых импупьсов соедине-. ны соответственно с входом установки в нупь бпока вычитания и с входом стра бирования порогового эпемента, выходы счетчика соединены с входами блока вычитания, выходы которого соединены с входами порогового эцемента, выход порогового эпемента подкпючен к входу кома ндоаппарата. . В®

718 2 тель подкпючен к второму формирователю тактовых иМпульсов, выход которого соединен с вторым входом первого элемента

И, выход второго усипитепя соединен с датчиком откшочения спуско-подъемного механизма, выход которого через усипитешограничитепь подкпючен к третьему формироватепю тактовых нмпупьсов, выход которого соединен с вторым входом второго эпемента И 3). . Недостатком известного устройства является низкая точность за счет разброса параметров датчиков.

Белью изобретения является повышеage точности путем улучшения эксйтуата ционных характеристик.

Поставпенная дель достигается тем, что в сигнащиатор замковых соединений при спуске и подъеме копонны труб, : содержащий командоаппарат, кварцевый генератор, соединенный через депитепь частоты с входами паралпепьно соединенных усилителей, выход одного нэ которых соединен с датчиком откшочения спускоподъемюго механизма, а выход другогос датчиком замковых соединений, иыходы которых соединены с соответствующими усипитепями-ограничитепями, элементы И и формироватепь тактовых импупьсов, .введены сепектор-мупьтиппексор, коммутатор, счетчик, бпок вычитания, пороговый элемент и бпок установки в нуль, при этом один иэ выходов депитепя чаототы соединен с первыми входами первого эпемента И и формирователя тактовых импупьсов, второй вход которого соединен с другим выходом ценителя частоты, вы. ходы усилителей-ограничитепей соединены с первым и вторым входом селекторамупьтиппексора, другие входы которого соединены с первыми выходами командоаппарата, второй выход которого через блок установки в нуль соединен с первым входом коммутатора и с входом установ ки в нуль счетчика, выход сепектора-мупв типпексора соединен с вторым входом, первого эпемента И, выход которого" подключен к первому входу второго эпемента И, второй вход которого подкшочен к кварцевому генератору, а выходы элементов . И соединены с вторым и третьим входами коммутатора, выходы которого соединены с счетными входами счетчика и бпока вычитания, выходы формироватепя тактовых импульсов соединены соответственно с входом установки в нуль блока вычитания и с входом стробнрования порогового элемента, выходы счетчика соединены с входами бпока вычитания, вы1 1033

Изобретение относится к оборудованию для бурения и ремонта нефтяных скважин, а именно к средствам автоматизации сцускоподъемных операций.

Известно устройство дпя определения местонахождения замковых соединений бурипьной колонны и останова ее на заданной высотной отметке, содержащее индуктиваай трансформаторный датчик, электронный усипитепь, бпок испопнитепь- 1 ных реле и реле счета копичества све чей, световые и звуковые сигнапьные у устройства.

Устройство позволяет опредепить место. нахождение замковых соединений бурипь- 35 ной колонны и останавливать ее на задан ной высоте с применением диамагнитных колеи на замковых соединениях 513.

Недостатками данного устройства яьпяются малая степень механизации и ма- 20 пая точность срабатывания датчика, необ ходимость установки на замках копонны труб диамагнитных копен, а также необходимость периодической балансировки мостовой схемы вкпючения датчика. 25.

Известно также устройство дпя останова копонны бурипьных труб при ее подт еме,„состоящее из индуктивного датчика, укрепленного в роторе, и вынесенных эа его пределы предваритепьного усипитепя, 50 фаэочувствитепьного усилителя, триггера

Шмитта и блока испопнитепьных репе.

Данное устройство позволяет управлять подъемными операциями, при этом на замковых соединениях копонны труб устанавливаются диамагнитные копьца ) 2).

Недостатками данного устройства являются малая степень механизации спускоподъемных работ и критичность к разбросу параметров датчиков ввиду нэобходи- 40 мости установки на замках колонны труб диамагнитных копен, малой точности срабатывания (+50 мм) и. необходимости периодической бапансировки мостовой

Наиболее бпизким техническим pemeнием к изобретению явпяется сигнапизатор замковых соединений при спуске и non еме копонны труб, содержащий кварцевый генератор, подключенный через депитепь

50 частоты к входам усилителей и к одним иэ входов триггеров и через первый формироватепь тактовых импуцьсов к первым входам эпементов И, выходы которых соединены с другими входами триггеров, выходы которых подключены к командо55 аппарату, выходы первого. усипитепя юд кпючены к датчику замковых соединений, выход которса о через усипитепьограничи18 4

Блок 24 вычитания состоит (<риг.3) из двух реверсивных счетчиков 27 и 28, К-ь -триггера 29, трех эпементов И-НЕ

30-32, эпемента HE 33, эпемвнта ИЛЛНЕ 34 и дифференцируюшей пепоЧки 35, через которую выход эпемента НЕ 33. соединен с входами установки в нуль ревврсивных счетчиков 27 и 28. При этом их входы цредваритвпьной установки соединены с вторым входом первого

1 рлвмента И-HE 30 и 5-входом R-gтриггера 29. Первый выход переноса реверсивного счетчика 27 соединен с вхо- дом прямого счета реверсивного счетщ ка 28, а второй выход переноса ревер :сивного Жетчика 27 соединен с входом

;обратного счета реверсивного счетчика

28 и вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 34, первый вход которого соединен с вторым выходом переноса второго реверсивного счетчика 28, а выход элемен.-. та ИЛИ-НЕ 34 — с первым входом первого элемента И-НЕ 30, а выход с Р входом R-g-триггера 29. Прямой выход

B-5--триггера 29 соединен с вторым входом второго эпемента И-НЕ 31, а ин« версный выход с вторым входом третьего эпемента И-НЕ 32 и входом weмента НЕ 33. Первые входы эпементов

И-НЕ 31 и 32 соединены, а выходы подкпючены соответственно к входам прямого и обратного счета реверсивного счетчика 27. Вход предваритепьной установки устройства 24 вычитания подсоединен к первому выходу формироватепя 20 тактовых импупьсов, а информационные входы соединены с выходами счет чика 23, а счетный вход устройства 24 вычитания соединен с вторым выходом . коммутатора 21. Выходы устройства 24 .вычитания подсоединены к управпяюшим

1входам порогового элемента 26, представпяюшвго собой мультиппексор, ин. I формационные входы которого соединены в опредепенной комбинации с 0 и 1, чем устанавпивается порог срабатывания.

3 10337 ходы которого соединены с входами порогового элемента,выход порогового эпвмента подкпючен к входу командоаппарата.

На фиг. 4 показаны эпюры напряжений, где а - напряжение на выходе кварцевого генератора 11; б «напряжение на первом выходе депителя 12 частоты; пя 12 частоты; r — напряжение на выходе усипитепей-ограничитепей 15 .и 16; д - напряжение на выходе первой схемы .

И 19; е — напряжение на выходе второй схемы И 22; ж - напряжение на нервом выходе формирователя 20 тактовых импульсов; з - напряжение на втором выхо де формирователя 20 тактовых импупвНа фиг. 1 показана схема спуско-подт 5 емкого механизма; на фиг, 2 - функпио.. нальная схема сигнализатора замковых соединений труб; на фиг. 3 - схема выпопиениЯ бпока вычитания1 иа фиГе эпюры напряжений. 10

Спуско подъемный механизм содержит, (фиг. 1) пвбедку 1, связанную с талввым блоком 2 и экеватором 3 с устаиовпенным на нем датчиком 4 откпючения спуско- подъемного механизма. Эпева- 15, тор 3 соединен с центратором 5, На устье скважины смонтированы кпиновой .захват 6 и трубный ключ 7 с установ,пенным на нем датчиком 8 замковых соединений, а также колонну труб.9 с замка«20 ,ми 10. ф

Снгнапизатор замковых соединений труб (фиг.2) содержит кварцевый генератор 11, выход которого через дени- у5 тела 12 частоты и усипитепи 13 и 14 подкпючен к датчикам откнючения 4 опус ко-подъемного механизма и замкоиих соединений 8 (K m входным Обмоткам), выходные Обмотки которых подкпючены к двум усипитвпям- ограничитепям 15 и 16; сепвктор-мупьтиппексор 1.7, соотввтству юшив Входы кОТОрОГО соединены с выхО дами усипитепвй-ограничитвней 1 5, 16 и командоацпарата 18, а выход подкпючен к первому Входу первого элемента И 19, 35 второй вход которого связан с первым

Входом формирователя 20 тактовых имЩ пьсов и Выходом двпитвпя 12 частоты.

Второй имход последнего соединен с ,вторым входом формироватепя 20 такто . вьтх импупьсов, иыход пврвого эпемента

И 19 соединен с третьим входом комму1татора 21 s периым входом второго эпемвнта И 22, второй вход которого подкпючеи к Выходу генератора 11, а выход - к второму входу коммутатора

21, первый выход которого подкшсчен .

:к счетному входу ечетчика 23, а второй выход - к счвтному axon бпока 24 вычитания; бпок 25 установки в нупь, SO выход которого соединен с входом ком» мутатора 21 и установочным входом счетчика 23, а вход - с командоаппаратом 18, а также пороговый эпемент 26, выход которого цодаи на вход командо-55 аппарата 18, à входы соединены с формирователем 20 тактовых импульсов и бпоком 24 вычитания. в — напряжение на втором выходе депите».1033718 Ь сов; и - напряжение на выходе порогового элемента 26.

Сигнанизатор замковых соединений нри спуске и подъеме колонны труб работает следующим образом. 5

В исходном состоянии эпеватор 3 поднят, трубный ключ 7 отведен, в рабочих зонах датчика 8 замковых соединений и датчика 4 отключения спуско-подъемного 10 механизма колонны труб нет. При подаче команды с командоапнарата 18 сигHBA . поступает на вход блока 25 установки в нуль, который устанавливает в нуль счетчик 23 и переключает коммутатор 21 в попожение, при котором выход второго элемента И 22 подключается к счетному входу счетчика 23. Импульсы высокой частоты (а) с кварцевого генератора 11 поступают на вход делителя 12 частоты;щ и второй вход второго блока И 22. Низ- кочастотные импульсы (б) с делителя 12 частоты поступают на параллельно вкпю ченные второй вход первого апемента .

И 19, первый вход формирователя 20 25 тактовых импупьсов и через усилители

13 и 14 на обмотки возбуждения датчика 4 замковых соединений и датчика 8 отключения спуско-подъемного механизма, во вторичных обмотках которых на- зО водятся ЭДС, отличающиеся по фазе от напряжения (б) на некоторый угол и через усипитепи-ограничители 15 и 16 сигнал (r) поступает на входы селектоРа-мультиплексора 1 7. В зависимости от 35 команды, поступающей с командоаппарата 18 на входы селектора-мультиплексора 17, сигнал (г) от датчика 4 ипи датчика 8 поступает на первый вход первого элемента И 19, с выхода которого 4> сигнал (д), состоящий из импульсов, ширина которых определяет величину сдвига фаэ между сигиапами (б и r), поступает на первый вход второго эпемента И 22, где тактируется импульсами высокой частоты (а) и преобразуется в чиспо импульсов (е), копичество которых в одном импульсе сигнала (д) будет соответствовать ширине атого импульса.

С выхода второго элемента И 22 первая

50 серия имщупьсов (е) через коммутатор

21 поступает на счетный вход счетчика

23 и записывается в нем. Поспе окончания первого импульса (д), приходящего на третий вход коммутатора 21, последний подкпючает выход второго элемента

И 22 к счетному входу блока 24 вычитания, на который поступают все после-. дующие серии импульсов (е).

Формнроватепь 20 тактовых импупь. сов в период между импульсами сигнала (д) формирует из низкочастотных импуль- сов (б и в), поступающих с делителя 12 частоты, импульсы (ж) предварительной установки, блока 24 вычитания и импупь сы (з) стробирования порогового апемента 26, Импульсы (ж) поступают на вход предварительной установки реверсивных счетчиков 27 и 28 блока 24 вычитания (фиг. 3). При этом число импульсов первой серии (е), записанное в счетчике 23, будет переписано в реверсивные счетчики 27 и 28 с выходов счетчика 23 через информационные входы реверсивных счетчиков 27 и 28 блока

24 вычитания. Одновременно при поступлении импупьса (ж) R-5 -триггер 29 (фиг. 3) переключится в 0" и импульсы (е) спедующей серии через апемент

И-НЕ 32 поступят на вход обратного счета реверсивного счетчика 27. Если число импульсов (е) будет меньше ипи равно числу, ранее записанному в реверсивиых счетчиках 27 и 28, из этого числа вычтутся .вновь поступающие импупьсы (е) и реверсивные счетчики остановятся. Если же число импульсов (е) будет больше ранее записанного в реверсивных счетчиках 27 и 28, на их вы« ходах переноса появятся нупи, когда иэ ранее записанного числа вычтется такое же число импульсов (е) и сигналы с выхода переноса реверсивных счетчиков 27 и 28 через элемент ИЛИ- НЕ 34 и ИНЕ 30 переключают R-g-триггер 29 в состояние 1" и остальные импульсы (е) этой серии поступят через элемент ИНЕ 31 на вход прямого счета реверсивного счетчика 27, при атом реверсивные счетчики 27 и 28 начнут отсчитывать отрицательную разность чисел, равную ранее записанному и поступившему на счетный вход блока 24 вычитания (фиг.2).

Дифференцирующая цепочка 35 (фиг. 3) и элемент НЕ 33 предназначены дпа формирования сигнала при переключении реверсивных счетчиков 27 и 28 из обратного счета в прямой. Если число, записанное в устройстве 24 вычитания (фиг, 2), и число импульсов (е), поступившее на счетный вход устройства 24 вычитания, равны, на управляющих входах порогового элемента 26 будут нули, и при периодическом поступлении на его стрс бирующий вход импульсов (з) состояние на выходе не изменится.

Таким образом при поступлении команды с командоаппарата 18 через бпок 25

1033718 установки в нупь коммутатор 21 подключает выход второго элемента И 22 к счетному входу счетчика 23. В счетчике

23 произойдет перезапись числа, выражающего величину начапьного сдвига фаз между сигналом (б) на выходе депитепя

12 частоты и сигнапом (г) на первом входе первого элемента И 19, что по эвопяет упучшить эксппуатационныв характеристики.

В операции Спуск колонны работает топько устройство отключения сцускоподъемного механизма, при етом заводят очередное звено копонны труб 9 с замками 10 в центратор 5. Командоаппарат

18 дает команду Спуск элеватора 3.

Счетчик 23.устанавпивается в нудь, а коммутатор 21 подкпючает выход второго элемента И 22 к счетному входу счетчика 23, к первому входу первого эпемента И 19 подсоединяется вторичная обмотка датчика 4 и в счетчике 23 записывается чиспо, равное ширине первого импульса сигнапа (д), ширина которого выражает разность фаэ сигнапов низкой частоты (б) на выходе делителя 12 час тоты и сигнапа (г) во вторичной обмотке датчика 4. Эпеватор 3 с эакреппенным на нем датчиком 4 опускается на верхний замок копонны„при атом в рабочую зону датчика 4 попацает замок 10 колонны труб 9. Начальный угоп сдвига фаз между ЭДС, наводимой во вторичной обмотке датчика 4, и низкочастотным сигнапом (б) изменится, спедоватепьно изменится ширина импульсов (a), выраженная числом высокочастотных импупьсов (е), поступающих на счетный вход блока 24 вычитания. На управпяющих входах порогового элемента 26 будет чиспо, большее его порога срабатывания и с выхода Ha KoMBHQoaHQapaT 18 будет подан сигнал (и). При этом командоаппарат 18 выдает поспвдоватепьно команды на закрытие алеватора 3, снятие кпинового захвата 6 и на спуск звена копонны труб 9. Процесс повторяется пока вся копонна не будет спущена.

В режиме Подъем колонны устрой ство- отключения спуско-подъемного меха.

5 низма работает также, как в режиме

"Спуск копонны, по командоаппарату 18 выдает поспедоватепьно команды на закрытие и подъем эпеватора- 3.

Сигнапизатор замков копонны работает с педующим образом.

При поступпении с командоаппарата

18 команды Подъем копонны труб сче чик 23 устанавливается в нупь, а комму татор 21 подкшочает выход второго апе,мента И 22 к счетному. входу счетчика .

23. К первому входу первого апемента

И 19 через сепектор-мультиппексор 17 и усипитепь-ограничитепь 16 подсоединяется вторичная обмотка датчика 8, при этом в счетчике 23 записывается чиспо, равное. ширине первого имцупьса сигнапа (д), выражающего угоп сдвига фаз между сигналом (б) и сигнапом (r) с выхода датчика 8.

При входе в рабочую зону датчика З замка 10 колонны труб 9 начапьный угон сдвига фаэ между ЭДС, наводимой во вторичной обмотке датчика 8, и низкочастотным сигнаном (б) изменится, спв30 доватепьно, изменится ширина имцульсов (д), выраженная чиспом высокочастотных ймпупьсов (е), поступающих на счетный вход блока 24 вычитания. На управляю . щих входах порогового эпемента 26 по35 явится число, бопьше порот а срабатывания и с его выхода на командоаппарат будет подан сигнал (и). При этом командоаппарат 18 выдает команды на прекращение подъема, отворачивание н отвод звена

40 колонны труб. Процесс повторяется до попного иэвпечения копонны.

Технико-экономическая эффективность предпагаемого сигнапиэ атора, испопьэуемого в составе автоматизированного аппа45 рата дпя ремонта нефтяных скважин, опрвдепяется улучшением эксппуатационных характеристик.

f033718

1033718

Составитель И. Наааукииа

Техред И. Гайду Корректор М. Демчик, Редактор А. Шандор

Заказ 5587/36 Тираж ООЭ . Ноаиисяое

ВНИИПИ Государственного ымитета СССР по делам изобретений и открнтий

113035, Москва, Ж-38, Рауыижаа наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, уп..Проектная, 4