Устройство для управления спуско-подъемными операциями на скважинах

 

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить безопасность работ при спуско-подьемных операциях. В процессе спуска сигнал с датчика 18 массы, величина которого зависит от нагрузки на крюке, поступает на вход блока 19 задания массы. Сигнал с блока 19 поступает на блок 22 согласования и вводит в цепь тахогенератора (Т) 16 обратной связи по скорости спуска соответствующий резистор. При достижении на зажимах Т 16 определенного напряжения сигнал с блока 22 поступает через блоки 6 задания скорости на вход коммутирующего блока 14. Выходной сигнал блока 14 подается на обмотку 2 возбуждения электромагнитного порошкового тормоза 1. Лебедка затормаживается, напряжение на зажимах Т 16 уменьшается. Сигнал с блока 22 через блок 6 воздействует на блок 14. Происходит отключение обмотки 2 тормоза 1. Для исключения искажения сигнала с Т 16 последний подключен к блоку 22 через блок 21 контроля-. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s Е 21 В 44!00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2.1) 4783664/03 (22) 16.01.90 (46) 07.03.92. Бюл. й. 9 (71) Азербайджанский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения (72) Л. И. Якубович и Л. В. Вдовина (53) 622.24,053(088.8) (56) Харизоменов И. В. и Харизоменов Г, И.

Электрооборудование станков и автоматических линий. М.; Машиностроение, 1978, с.

134.

Авторское свидетельство СССР

М 791953, кл. Е 21 В 44/00, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СПУСКО-ПОДЪЕМНЫМИ ОПЕРАЦИЯМИ HA

СКВАЖИНАХ (57) Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить безопасность работ при спуско-подъемных операциях. В

„„SU„„1711802 А1 процессе спуска сигнал с датчика 18 массы, величина которого зависит от нагрузки на крюке, поступает на вход блока 19 задания массы. Сигнал с блока 19 поступает на блок

22 согласования и вводит в цепь тахогенератора (Т) 16 обратной связи по скорости спуска соответствующий резистор. При достижении на зажимах Т 16 определенного напряжения сигнал с блока 22 поступает через блоки 6 задания скорости на вход коммутирующего блока 14. Выходной сигнал блока 14 подается на обмотку 2 возбуждения электромагнитного порошкового тормоза 1. Лебедка затормаживается, напряжение на зажимах Т 16 уменьшается.

Сигнал с блока 22 через блок 6 воздействует ф на блок 14. Происходит отключение обмотки

2 тормоза 1. Для исключения искажения сиг- . нала с Т 16 последний подключен к блоку 22 через блок 21 контроля. 2 ил.

1717802

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к установкам, предназначенным для спус«о-подъемных операций с трубами или штангами на скважинах и оснащенных лебедочным блоком с электромагнитным порошковым тормозом.

Известна подъемная установка с использованием электромагнитного вспомогательного тормоза,в котором требуемая скорость спуска обеспечивается с помощью ручного оперативного управления бурильщиком или специального устройства автоматического поддержания заданной скорости спуска, управляемого вручную.

Наиболее близким у предлагаемому является устройство, включающее блок задан йя скорости спуска инструмента, тахогенератор обратной связи по скорости, блок контроля положения привода ленточного привода, при этом на один из входов блока задания скорости спуска инструмента подается сигнал с тахогенератора обратной связи по скорости, на другой — с контроля положения рычага управления ленточным тормозом.

В известном решении изменение задаваемой скорости спуска оси осуществляется путем перемещения вручную рукоятки управления ленточным тормозом, связанной с установками заданной скорости спуска, в этом случае скорость спуска субъективно определяется бурильщиком, в результате чего спуск может вестись с заниженными или завышенными скоростями, не соответствующими максимальной нагрузке на клюке, что также может привести к аварийной ситуации или снижению производительности. Это затрудняет работу бурильщика, создает предпосылки для аварийной ситуации при спуске максимального груза и приошибочных его действиях, возможности возникновения высоких динамических нагрузок.

Целью изобретения является повышение безопасности работ при спуско-подъемных операциях.

Указанная цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено датчиком веса на крюке; блоком задания веса и блоком согласования, при этом выход датчика веса на крюке соединен с входом блока задания веса, выходы которого подключены к первым входам блока контроля и блока согласования, выходы тахогенератора соединены с вторыми входами. блока согласования и .блока контроля, выход которого подключен к третьему входу блока согласо.вания, а выход блока согласования через блок задания скорости спуска и коммутиру20

30

40 ного в цепь базы транзистора 8 контактом

5

15 ющий блок подключен к обмотке возбуждения электромагнитного тормоза.

Предлагаемое устройство обеспечивает возможность автоматического поддержания заранее заданного оптимального соотношения между скоростью спуска и величиной нагрузки на крюке, меняющейся в процессе производства спуско-подъемных операций, Автоматизация оптимального режима спуска в зависимости от веса на крюке позволит повысить безопасность и надежность работы установки за счет исключения больших динамических нагрузок, которые могут привести в аварийной ситуации и поломке, а также обеспечить повышение производительности труда.

На фиг, 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство для управления спускоподъемными операциями состоит из электромагнитного порошкового тормоза 1 с обмоткой 2 возбуждения, встроенного консольно на вал барабана лебедки 3, на которой уложен канат 4 с колонной труб 5 на свободном конце, блока 6 задания скорости спуска, состоящего из реле 7 контроля скорости, обмотка которого включена в цепь коллектора транзистора 8, к которым параллельно подсоединен делитель напряжения, состоящий из резисторов 9 и 10, Между средней точкой делителя напряжения и базой транзистора 8 включен стабилитрон 11.

В цепь базы транзистора 8 включены потенциометр 12 и резистор 13, шунтируемый контактом PKC-1 реле контроля скорости (PKC). При помощи резистора 13, включенPKC 1 при срабатывании реле РКС, устанавливается необходимая величина коэффициента возврата этого реле, обеспечивающего плавный спуск груза за счет инерционности механической системы; коммутирующего блока 14, предназначенного для включения и отключения обмотки 2 возбуждения электромагнитного порошкового тормоза 1 и выполненного, например, в виде контактора

15; тахогенератора 16 обратной связи по скорости спуска колонны, жестко связанного с валом лебедки 3, при этом в цепи тахогенератора 16 установлен диод 17, который защищает элементы схемы от токов обратного направления при подъеме колонны или груза 5.

Дополнительно устанавливаются датчик 18 веса на крюке с выходом сигналов V . величина которых пропорциональна весу колонны труб 5, Датчик выполнен, напри1717802 мер, с выходом дискретных сигналов, соответствующих определенным интервалам изменения веса на крюке 5, т.е. каждому интервалу изменения веса соответствует свой сигнал. 5

В рассматриваемом случае выход дискретных сигналов Ч, Чг, Чэ соответствует разбивке веса колонны труб на три интервала: от Q до 01; 01 02 02 0э.

Блок 19 задания веса состоит из испол- 10 нительных элементов 20 каждый с параметрами срабатывания, соответствующих определенному выходному сигналу датчика

18 веса на крюке 18, например, при появлении сигнала Vj срабатывает элемент Р4 при 15 . V2 срабатывает элемент Рэ и при Чз срабатывает элемент Р2. При этом исполнительные элементы 20 включены между собой параллельно, а их нормально замкнутые контакты включены по схеме. в блоке 19, так 20 что при срабатывании одного из исполни-. тельных элементов 20 происходит отключение остальных двух. Указанная блокировка обеспечивает переход системы управления ° скорости спуска с одного интервала веса на 25 другой, Блок 22 согласования, служащий для включения в соответствии с нагрузкой на крюке 5, блока 6 задания скорости:установлен паралельно тахогенератору 16, 30 напряжение на котором меняется пропорционально частоте вращения барабана 3 лебедки и соответствует линейной скорости опускания груза. Указанное напряжение снимается потенциометрически с 35 резисторов R>, Rz, Вэ, включенных параллельно цепи тахогенератора 16, на делитель напряжения (позиции 9 и 10) блока 6 задания скорости путем включения их нормально разомкнутыми контактами Р4.1; Р3.1; 40

Р2.1, исполнительных элементов 20 в цепь тахогенератора 16.

Достижение необходимой для срабатывания блока 6 задания скорости величины напряжения обеспечивается при разной 45 скорости вращения тахогенератора 16 и со-. ответственно разной частоты вращения барабана 3 лебедки, например, при интервале веса на крюке or 0 до 01, скорость спуска задается включением резистора R>, при ин- 50 тервале веса от 01 до 02 включением резистора R2, и при интервале веса от Qz до Оэ включением резистора Rs.

Блок 21 контроля 21, служащий для отключения цепей потенциометров 24 от аы- 55 хода тахогенератора 16 при срабатынании одного иэ них, установлен последовательно с блоком 22 согласования в цепи выхода тахогенератора 16, Блок состоит из контактной группы нормально замкнутых контак. тов исполнительных элементов 20, включенных в цепь резисторов R>, Rz, Яэ блока 22 согласования так, что при включении контактами 23 одного из резисторов 24, соответствующего весу на. крюке 5 блока 22 согласования, происходит отключение других резисторов от входа тахогенератора.

Указанная взаимная блокировка цепей резисторов 24 на выходе тахогенератора 16 блоком 21 контроля предупреждает искажение величины потенциала, снимаемого с включенного резистора 24, соответствующего определенной скорости тахогенератора l6. При этом выход датчика 18 веса на крюке сОединен с входом блока 19 задания веса, выходы которого подключены к. первым входам блока 21 контроля 21 и блока 22 согласования, выходы тахогенератора 16 соединены с вторыми входами блока

22 согласования и блока 21 контроля, выход которого подключен к третьему входу блока

22 согласования, выход блока 22 согласования через блок 6 задания скорости спуска 6 и коммутирующий блок 14 подключен к обмотке .2 возбуждения электромагнитного тормоза 1.

Устройство работает следующим образом.

При спуске колонны труб в процессе ремонта скважины нагрузка на крюке меняется от нуля до максимума, вследствие этого скорость спуска груза меняется от максимальной скорости при минимальном весе до минимальной при максимальном весе. При достижении интервала веса на крюке, равном 0 - Q1, датчик 18 веса своим выходным сигналом V1 включает в блоке 19 задания веса . исполнительный элемент Р4,. который размыкает свой контакт Р4.2 в цепи исполнительных элементов Р3 и Р2, отключив их от датчика 18 веса. При этом замыкается контакт Р4 1 в блоке 22 согласования, чем введен в цепь тахогенератора 16 резистор R>. С этого резистора потенциометрически снимется напряжение на делитель напряжения блока 6 задания скорости, с одновременным отключением от выхода тахогенератора 16 резисторов R2 и R3 в блоке

22 согласования путем размыкания контакта Р4.3 в блоке 21 контроля.

После замыкания цепи, пока скорость спуска мала и напряжение от тахогенератора 16 еще не достигает заданной величины, транзистор 8 заперт, т.е. обмотка реле контроля скорости обесточена. При дальнейшем спуске груза 0> по мере увеличения скорости спуска величина напряжения, снимаемого потенциометрически с резистора

R1 на делитель напряжения блока 6 задания скорости, достигает величины, при которой

1717802

20

40

55 открывается стабилитрон 11, который открывает транзистор 8, вследствие чего срабатывает реле 7 контроля скорости и своим контактом РКС 2, в коммутирующем блоке

14 включает контактор 15, замыкающий своим контактом Р! .1 цепь подачи напряжения на обмотку 2 возбуждения электромагнитного порошкового тормоза 1.

Одновременно реле РКС контактом РКС

1 вводит в цепь базы транзистора резистор

13, запирающий стабилитрон 11, а следовательно, и транзистор 8, тем самым увеличивая коэффициент возврата реле РКС. В момент срабатывания реле РКС происходит торможение барабана лебедки З„при котором по мере уменьшения скорости спуска напряжения на тахогенераторе 16 начинает. уменьшаться, одновременно уменьшается напряжение на делителе напряжения блока

6 задания скорости до величины, при которой стабилитрон 11 запирается. Вследствие этого запирается также и транзистор 8, обесточивается реле 7 контроля скорости, размыкания при этом свой контакт РКС 2 в цепи питания катушки контактора 15. Тем самым отключается обмотка 2 возбуждения тормоза 1 от источника питания, одновременно замыкается контакт РКС 1 ° шунтируя резистор 13 в цепи базы транзистора 8.

Происходит растормаживание лебедки, при этом частота вращения барабана 3 лебедки и соответственно скорость спуска груза снова начинают увеличиваться до повторного цикла включения блока 6 задания скорости. При достижении на крюке 5 интервала веса колонны труб, равного О -02, происходит срабатывание датчика 18 веса, который своим выходным сигналом Vz включит в блоке 19 задания веса исполнительный элемент Рз, который размыкает свои контакты P 3.3 в цепи исполнительного элемента

Р4 и контакт P 3,2 в цепи элемента Р, тем самым отключив их от датчика 18 веса, при этом замыкается его контакт Р 3.1 в блоке

22 согласования, который введет в цепь тахогенератора 16 резистор R2, с которого .потенциометрически снимается напряжеНМе на делитель напряжения блока задания скорости, при этом.в блоке 21 контроля размыкаются контакты P 3.5 и P 3.4. отключая тем самым соответственно резисторы R1 и

R3 в блоке 22 согласования..

Далее последовательность процесса включения блока 6 задания скорости и коммутирующего блока 14 происходит аналогично описанной при интервале веса на крюке Q-Q>. При другой скорости спуска, .определяемой оборотами тахогенератора

16, при которых величина напряжения, потенциометрически снимаемая с резистора

R2, достигает величины, необходимой для открытия стабилитрона 11 в блоке 6 задайия скорости.

При достижении на крюке 5 интервала веса Qz - Оз также происходит срабатывание датчика 18 веса, который своим выходным сигналом Чз, включит в блоке. 19 задания веса исполнительный элемент Р2, который своими контактами Р 2.2 и Р 2.4 отключает исполнительные элементы РЗ и Р4 от датчика 18 веса, исключив этим возможкость их срабатывания, При этом замыкается его контакт Р 2,1 в блоке 22 согласования, введя тем самым резистор R3 в цепь тахогенератора 16,с которого потенциометрически снимается напряжение на делитель напряжения блока 6 задания скорости, при этом в .блоке 21 контроля размыкается контакт Р

2,3, который исключает ввод в цепь потенциометра P 3 резисторов R1 и R2.

Дальнейшая последовательность процесса включения блока 6 задания скорости и коммутирующего блока 14 аналогична описанной при интервале веса на крюке 0Q> при скорости спуска, определяемой оборотами тахогенератора 16, при которых величина напряжения потекциометрически снимаемая с резистора P 3, достигнет величины, необходимой для открытия стабилитрона 11 в блоке 6 задания скорости, Экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении производительности.

Формула изобретения

Устройство для управления спускоподъемными операциями на скважинах, содержащее обмотку возбуждения электромагнитного тормоза, коммутирующий блок, блок задания скорости спуска, блок контроля итахогенератор обратной связи по скоростиспуска,отл ич а ющееся тем, что, с целью повышения безопасности работ при сйуско-подъемных операциях, устройство снабжеко датчиком веса на крюке, блоком задания веса и блоком согласования, при этом выход датчика веса на крюке соединен с входом блока задания веса, выход которого подключены к первым входам блока контроля и блока согласования, выходы тахогенератора соединены с вторыми входами блока согласования и блока контроля, выход которого подключен к третьему входу блока согласования, а выход блока согласования подключен к обмотке возбуждения электромагнитного тормоза.

1717802

Ю

/Ьнус l7nee

ФЬг. 2

Составитель В..Шилов

Редактор А.Мотыль ТехредМ.Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 861 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва,.Ж-З5, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательскими комбинат "Патент"., г. Ужгород, ул. Гагарина, 101