Устройство для остановки поднимаемой бурильной колонны

Устройство для остановки поднимаемой бурильной колонны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для оптимизации спускоподъемных операций на буровых установках с дискретной схемой спуска-подъема бурового инструмента . Цель - повышение точности остановки бурильной колонны (БК) в конце цикла ее подъема на длину свечи 31. Для этого устройство снабжено блоком 25 вычисления положения замка Я Л|Г Гт1 (Л 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБ ЛИК (51)4 Е 21 В 44/00, 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4043349/22-03 (22) 24.03,86 (46) 23.08.87. Бюл. У 31 (71) Сызранский филиал Куйбышевского политехнического института им. В.В.Куйбышева (72) В.А.Бражников и Н.И.Заварзин (53) 622.242(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1134693, кл. Е 21 В 19/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

И 574517, кл. Е 21 В 19/00, 1973.

„„Я0„„1332003 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСТАНОВКИ ПОДНИМАЕМОЙ БУРИЛЪНОЙ КОЛОННЫ (57) Изобретение относится к буровой технике и предназначено для оптимизации спускоподъемных операций на буровых установках. с дискретной схемой спуска-подъема бурового инструмента. Цель — повышение точности остановки бурильной колонны (БК) в конце цикла ее подъема на длину свечи 31. Для этого устройство снабжено блоком 25 вычисления положения замка

32, блоком 29 положений TBJIeBQIО блока ком 28 числа труб в свече 31, зад 1.— чиком 27 IIOJ3VJItttHe?IHII CHI"F!K!Il?GGTОра

17 замков 32 и шаговым двина елем

22. Сигнапизатор 17 распслагают на устье скважины между прея ?торным блоком 15 и колонной скв??ж?!иной го ловкой 18 что позволяет осуществлять точную остановку БК любой массы вплоть до самых легких, Нэ. входы бло. ка 29 поступают сигналы с,датчика 19 массы и датчика 21 скорости бл; ê,à ".1 а его выходы соединены с входами r!J!ока 24, к одному из которых подключен выход блока 25, к нходам кз -opoE rtoJI ключены нь?ход?.1 дат:?ика 20 перемеще1?и» блока 1, задатчика ?7 и блока 26 сигнализатора замков 32. На входы блока 26 подаются сигналы с эадатчика

28 и через командоаппарат 23 — с

„ ",íè!.GTeëÿ 22, Устройстно позволяет в каждые расчетные моменты времени отключать приводные двигатели лебедки

3 и оперативную шинно-пневматическую муфту 7, используя ленточный тормоз

4 лишь для фиксации останониншейся

БК, При вычислении этих моментов времени автоматически учитываются возму" щения н подъемной системе буровой установки и н скважине. 5 э.п, ф-лы.

9 ил, 26

Изобретение Относ?!тся. к Обл аcт». Оl,*-" тимизацпи спускоподъемных Операций (СПО) на буровых установках с дискретной схемой спуска-подь .ма буроR.çro инструмента, применяемых при стрзHTe JIbcTB e нефтяных и г аз о !11 ?х ск важни а именно к устройсTBGì оптимизet!t!H процесса сстаHoltêè загруже::I?tot о злеBGTopG В циклах по?рьема l«G Iонны бу рильных труб на длин.?. свечи., Цель из Обре тенин * понг>щl? *3H е T0 H

НОСТИ OCTGHOBKH КОЛО !lib! б j )ÈJ?I)!Ibtõ труб в кон? e. цикла ее подъема HQ DJttt ну свечи.

На. фиг, 1 принедена Общая схема устройства; па фиг. 2 — расположени оборудования на устье et

2 схема блока вычисления положения за !— ка; на фиг. 6 — функцио??альная c;t ема блока отключения лебедки гри подъеме заl" руженнОГО эленаTopG 1 на фиг, i функциональная схема блока вычисления

OtI THMGJib HbtX It 0 Jtn?1

«г

Устройство содс ржl?т t,ttbt: „, 1 ?талеBbtH блок e элеватором 2., буpob". lt? лебедку 3 с ленточным торы;?зом 4, имею?им руч??ой приво;.;,, „-t с??чо вой,н, !в

2 моцилиндр 6, оперативную шинно-пневматическую муфту (ШПИ) 7, приводной двигатель 8, буровой ключ 9, клиновой зaxttaT 10, встроенный в ротор 11 перемещаемый вместе с кольцевой рак- Ой 12 пнев?!О??илиндром 13 клиньев, желоб 14, прененторный блок 15, тройник 16 с сигнализатором 17 замкон, paclloJIo?t.ettHbttt HG колонной головке 18, датчик 19 веса, датчик 20 перемещения таленого блока„ 21 скорости талевого блока, шаговый двигатель 22, командоаппарэт 23, блок 24 отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора, блок 25 вычисления положе" ния замка, блок 26 сигнализатора замков, зацатчик. 27 положения сигнализатора замков, задатчик 28 числа труб в свече, блок 29 вычисления оптимальных положений таленого блока, талевый канат 30, свечу 31 колонны бурильных труб с. замками 32, Блок 29 вычисления оптимальных положений талевого блока позволяет в каждом i-м цикле подъема по текущим значениям . и V произнодить вы 1?t г„,, числепие расс .ояний $д р,щ.и 8„ и. раь,у при этом указанные расстояния вычис.!??ются по -начениям веса и скорости в момент времени, HettocpetttcTBeHHo пред???естнующий торможению, т.е. с учетом

?сех механических возмущений в комtt лексе подъемная система буровой

332003 4 второй входы, соответственно, блока

29 вычисления оптимальных положений талевого блока, первый и второй выходы которого подключены к второму и третьему входам, соответственно, блока 24 отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора. Выходы датчика 20 перемещения талевого блока сое-!

0 динены с третьим и четвертым входами блока 25 вычисления положения замка, причем шина + датчика (движение талевого .блока вниз) подключена к третьему, а шина "- (движение талевого блока вверх) — к четвертому вхо!

5 дам. К второму входу блока 25 вычисления положения замка подключен задатчик 27 положения сигнализатора замков, а выход блока 25 соединен с первым входом блока 24 отключения ле20 бедки при подъеме загруженного элеватора, первый выход которого связан с исполнительным механизмом отключения приводного двигателя 8 буровой

25 лебедки 3 второй — с исполнительУ ным механизмом отключения (разряда) оперативной ШН1! 7, третий — с обмоткой управления шаговым двигателем

22. Вал последнего сочленен с валом командоаппарата 23, первый выход ко30 торого соединен с четвертым входом блока 26 сигнализатора замков, а три других — с исполнительными механизмами включения и отключения силового пневмоцилиндра 6 ленточного тормоза

35 4 и включения пневмоцилиндра 13 клинового захвата 10, Превенторный блок 15 (фиг, 2) состоит иэ комплекта противовыбросоного оборудования типа ОП2 (трехпре40 венторный с двумя выкидами): универсального превентора 33, плашечных превенторов 34 и 35 и крестовины 36.

Высота каждого из приведенных элементов оборудования для компоновки с про45 ходным отверстием 350 мм на давление

350 атм (230 мм на 700 атм) равна, соответственно, 8 =1430 мм (1500 мм);

Sz.п.=500 мм (430 мм); 8нр=680 мм (680 мм). Таким образом, общая высота превенторного блока 15 составляет

3 1 установки — бурильная колонна — скваKHHG °

Блок 26 сигнализатора замков не" обходим для обработки сигналов с индуктивного сигналиэатора 17 замков и достоверной. фиксации момента времени прохождения замком поднимаемой свечи эоны сигнализатора замков. Для исключения срабатывания блока при прохождении промежуточных замков свечи он дополнен эадатчиком 28 числа труб в свече, позволяющим адаптировать процесс работы блока к изменяющимся производственным условиям (вариации длины бурильных труб). После прохождения нижним замком поднимаемой свечи зоны сигнализатора 17 замков блок

25 вычисления положения замка начинает вырабатывать сигнал S=S(t) текущве расстояние от замка до зоны бурового ключа 9, причем величина

Я/g=p=S(P)=S > вводится в блок с за датчика 27 положения сигнализатора замков. Величина S > может меняться в ходе строительства даже одной скважины при изменении оборудования об-, вязки устья скважины, спуске очередной технологической колонны и пр. Информация о перемещении бурильной колонны после сигнала с сигналиэатора

17 замков поступает в блок в цифровой форме с датчика 20 перемещения талевого блока. установка сигнализатора замков на устье скважины между превенторным блоком и колонной головкой позволяет осуществлять точную остановку бурильной колонны любого веса вплоть до самых легких..

Первый и второй входы блока 26 сигнализатора замков соединены с первым и вторым выходами сигнализатора

17 замков, а первый и второй входы последнего — с первым и вторым выходами, соответственно, блока 26 сигнализатора замков, у которого третий выход соединен с первым входом блока 25 вычисления положения замка, к третьему входу подключен задатчик

28 числа труб в свече, а четвертый вход соединен с командоаппаратом 23.

Датчики 20 перемещения и 21 скорости талевого блока установлены на барабанном валу. лебедки 3, а датчик 19 веса — на "мертвом" конце талевого каната 30. Последние два датчика sbiрабатывают электрические аналоговые сигналы в стандартном диапазоне напряжений, подаваемые на первый и

S„ = „д+2 $м+Як 3110 (3040) MM

Для эффективной работы бурового ключа 9 в цикле подъема необходимо

55 останавливать нижний замок 32 поднимаемой свечи 31 так, чтобы его стык находился на расстоянии S =1290 мм

КР. от поверхности стола ротора 1! для ключа типа АКБ-ЗМ2, наиболее распространенного в нефтяной промышленности. Общее расстояние От рабочей зоны

AKh .9 до нижнего флаг|па креròoÿkIIIbI 36

S =S. +S +S +S =6135 мм {6255 мм) . 5

oS„ где 8 =1455 мм — выссгта ротора 11 типа Р-560 с учетом хода кольцевой рамы 12; Я =400 мм — высота устьевой коробки желоба 14. Между превенторным 10 блоком 15 и колонной головкой 18 установлен тройник 16, аналогичный по конструкции крестовине 36 (S =S =

rp KP

=680 мм), в котором размещается сигнализатор 17 замков (СЗ).

Сигнализатор 17 замков (фиг. 3} состоит из обмотки 37 возбуждения, выходных обмоток 38 и 39, каждая из которых имеет. форму кольца, магннтопровода 40, собранного из листов электротехнической стали и имеющего Tak;же фОрму кОльца ° СО стОрОны BH5 трен ней цилиндрической поверхности магнитопровода 40 имеются три канавки, B которые коаксиально помещаются катушки обмоток 37-39, причем выхоггньге обмотки 38 и 39 расположены сиьгмет— рично относительно обмотки 37 возбуждения. Снаружи магнитопpoBOB 40 обжимается бандажом 41 из немагнитной стали, в котором имеются Отверстия для пропуска выводов 42 Обмоток

37-39. Иагнитопровод с размещенными в нем обмотками 37-39 располагается в расточке тройника 16, центрируется распорными кольцами 43-45 из немагнитного материала и запирается крьш|кой 46, имеющей форму кольца с внутренним диаметром, равным ггроходному диаметру превенторного блока 15, От40 вод 47 тройника 16 закры 1гггаггг ем

48, имеющим уплотнение 49„ сквозь которое проходят выводы 42 Обмоток датчика. Внутреннее пространство тройника 16 с размещенным в нем сиг- 45 нализатором 17 заливается иод давлением компаундом 50. На образующейся внутренней цгпгнндрической IIoBIpxkio(ти

51 выступают полюсные наконечники 5255 магнитопровода 40. Коггцы выходных

Обмоток 38 и 39 (фиг. 8) <Оединены между собой, начало выходной обмотки 38 является первым выходом сигналнзатора 17 замков, а начало выходной обмотки 39 — вторым выходом сигнализатора 17 замков, первый и второй входы которого есть, соответ-T венно, начало H конец Обмотки 37 возбуждения.

1332003

В

Блок 24 отключения лебедки при подъеме загруженного элеватора (фиг.6) включает в себу аналого-цифровые преобразователи (ЛЦП) 56 и 57, элементы 58-60 сравнения„ триггеры 61-66, элементы 67-72 задержки, элементы

ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИЕ 73-75, элемент ИЛИ

?6, ключи 77 и 78. При этом первый вход блока является вторым входом элементов 58-60 сравнения, второй вход блока является входом первого

АЦП 56, выход последнего подключен к первому входу первого элемента 58 сравнения, выход которого соединен с первым входом первого триггера 61.

Третий вход блока является входом второго АЦП 57, выход последнего подключен к первому входу второго элемента 59 сравнения, выход которого соединен с первым входом второго триггера б2. На первом входе третьего элемента 60 сравнения установлен сигнал

"0" (путем соединения с общим прово" ,цом блока через сопротивление порядка 500 Ом), а выход третьего элемента бО соединен с первым входом третьего триггера 63„ выход первого триггера 61 соединен с входом элемента

67 задержки, выход которого подключен к второму входу первого триггера 61 и входу первого ключа 77, выходы Ко торого являются первым выходом блока.

Выход второго триггера 62 соединен с входом второго элемента 68 задержки, выход которого подключен к второму входу второго триггера 62 и входу второго ключа 78, выходы которого являются вторым выходом блока. Выход третьего триггера 63 соединен с входом третьего элемента 69 задержки, выход которого подключен к первому входу четвертого триггера 64 и входу первого элемента ДИФФЕРЕНЦИРУ1ОЩЕГО

73, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 76, второй вход последнего подключен к выходу второго элемента ДИФФЕРЕНЦИРУЭЗЩЕГО 74, а третий вход — к выходу третьего элемента ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕГО ?5. Вторые входы триггеров 63-65 соединены между сббой и с выходом пятого элемента 71 задержки, вход которого подключен к входу третьего элемента ДИФФЕРЕНЦИРУ1ОЩЕГО 75 и выходу пятого триггера 65

Первый вход последнего соединен с выходом четвертого элемента 70 задержки, вход которого подключен к входу второго элемента ДИФФЕРЕНЦИРУ1ОЩЕГО

74 и выходу четвертого триггера 64, 45

7 1332

Выход элемента ИЛИ 76 подключен к первому входу шестого триггера 66, второй вход которого соединен с выходом шестого элемента 72 задержки, а вход последнего подключен к выходу шестого триггера 66 и третьему выходу блока 24.

Блок 25 вычисления положения замка (фиг. 5) включает в себя двенадцати.раэрядный двоичный реверсивный счетчик 79, состоящий из четырехразрядных счетчиков 80-82, триггер 83, элемент

ДИФФЕРЕНЦИРУИЩИЙ 84, элементы И 85 и

86, элемент HE 87. При этом выходы переноса (Ъ 15) и заема (О) счетчи" ка 80 соединены, соответственно, с входом прямого (+1) и обратного (-.1) счета счетчика 81, выходы переноса и заема счетчика 81 соединены, соответ- 20 ственно, с входами (+1) и (-1) счетчика 82, выход заема счетчика 82 является выходом заема счетчика 79, входы (+1) и (-1) счетчика 80 являются одноименными входами счетчика 25

79, входы предварительной установки (С) счетчиков 80-82 соединены между собой и образуют С-вход счетчика 79, входы "Сброс" (R) счетчиков 80-82 аналогично образуют R-вход счетчика

79, а информационные входы счетчикон

80-82 и их выходы являются, соответственно, информационным входоМ и выходом счетчика 79. Второй вход блока

25 вычисления положения замка является информационным входом счетчика

79, выход которого является выходом блока. Первый вход блока является вторым входом триггера 83 и входом предварительной установки (С)

40 счетчика 79, выход заема последнего (0) через элемент НЕ 87 подключен к первому входу триггера 83, второй выход которого через элемент ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИЙ 84 подключен к входу

"Сброс" (R) счетчика 79. Третий и четвертый входы блока являются вторыми входами, соответственно, элементов И 85.и 86, первые входы которых соединены между собой и с первым выходом триггера 83, а выходы элементов И 85 и 86 подключены, соответственно, к входам (+1) и (-1) счетчика 79. Дненадцатиразрядный реверсивный счетчик 79 позволяет хранить (записывать) любое десятичное число из диапазона 0-(2 -1), т.е.

0-4095. Таким образом, емкость счетчика 79 достаточна для предварительной записи в него десятичного числа

003 8

S =500-600 см ввод»мого с энда r«»с.)

У ка 27 положения сигнализатора замков.

Блок 26 сигналиэатора замков (фиг. 8) содержит кварцевый генератор 88, делитель 89 частоты, усилитель 90, усилитель-ограничитель 91 формирователь 92 тактовых импульсов, элементы И 93 и 94, коммутатор 95, счетчик 96, элемент 97 вычитания, пороговый элемент 98, элемент 99 установки в »0", четырехразрядный двоичный ренерсивный счетчик 100, триггер 101, элемент 102 задержки, элемент, ИЛИ 103,элемент HE 104, При этом вход усилителя 90 соединен с первым выходом делителя 89 частоты, вторым нходом первого элемента И 93, первый вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя 91 н первому входу формирователя 92 тактовых импульсов, второй вход последнего подключен к второму выходу делителя 89 частоты, вход которого соединен с выходом кнарценого генератора 88 и вторым входом второго элемента И 94.

Выход первого элемента И 93 соединен с первым входом второго элемента И 94 и первым входом коммутатора 95, второй вход которого подключен к выходу элемента И 94, а третий — к первому входу (вход сброса R) счетчика 96, выходу элемента 99 установки в "О" и первому входу (R) триггера IOI.

Первый выход коммутатора 95 соединен с вторым (счетным) входом счетчика

96, выходы которого подключены к информационным входам элемента 97 вычитания, а второй выход — к первому (счетному) входу элемента 97 вычитания, выходы которого соединены с информационными входами порогового элемента 98, а первый (стробирующий вход последнего - с вторым выходом формирователя 92 тактоных импульсов, перный выход которого подключен к второму входу элемента 97 вычитания.

Информационные входы (D„, D,,D ) реверсивного счетчика 100 являются третьим входом блока, вход обратного счета (-1) реверсивного счетчика 100 соединен с входом элемента 102 задержки и выходом триггера 101, нторой ($) вход которого подключен к выходу порогового элемента 98. Четвертый вход блока соединен с входом предварительной установки (С) счетчика !ОО и вторым входом элемента ИЛИ

103, первый вход которого подключен к выходу элемента 102 задержки, а

5 г0 т.,„, 20

9 !332 выход — к входу элемента 99 установки в п0". Выход заема (- О) счетчика

100 соединен с входом элемента 1!Е 104 выход которого является третьим выходом блока. Первый и второй at, ходы усилителя 90 являются первым и Вторым, соответственно, выходами блока, а первый и второй входы усилителяограничителя 91 — первым и вторым, соответственно, Входами блока, Блок 29 вычисления оптимальных положений талевого блока (фиг. 7) содержит сумматоры 105-107, делители

108 и 109, умножители 110-112, элемен

113 эычитаг.ия, эле:. нт 114 логарифмирования, селекторы 115-119 амплитудные, формирователь 120 опорного напряжения, задатчик 121 веса подвижной части талевой системы, задатчик

122 конструктивного коэффициента талевой системы, задатчик 123 конструктивного коэффициента Ш!И, задатчик

124 момента инерции барабанного вала, эадатчики 125-129 моментов инерции привода, делитель 130 напряжения, коммутатор 131.

При этом первый вход блока соединен с первым и вторым входами третьего:умножителя 112, Выход которого подключен к второму Входу первого умножителл 110, с вторым входом второго делителя 109, первый вход которого подключен к выходv второго сумматора !

Об, а выход — к входу элемента 114 логарифмирования, с третьими входами селектороэ 1!5 119, мплнгудных, Bbtxoды которых соединены, соответственно с вторым, четвертым, шестым, ьосьмым и десятым входами .;,ОммутаTopa 131., Другие входы коммутатора подключены; пергзь1й — к эадатчику 125, третий — к задатчику 126, пятый — к запатчику

127, седьмой — к задатчику 128, деВятый -- к эадатчику 129 ° Выход коммутатора 13! подключен к первому входу третьего сумматора 107, второй г>ход которого соединен с эадатчиком 124 момента инерции барабанного вала, а выход — с вторым эхбдом второго умножнтеля 111.Первый вход последггего соединен с вьг .Одом перaoro умножителя 110, а выход — с первым выходом блока и вторым Входом элемента 113 эычитаttHJI первый которо о Goeдинен с выходом элемента !14 логарифмирования, а Выход— с вторым выходом блока. Второй вход блОка Является o Орым ВхОДОм IIPpao

ГО сумматора 10э, !(B 2abté ВХОД кото» рого соединен с задатчиком 121 веса подвижной части талевой системы, а выход — с вторым входом первого делителя 108 первый вход которого соединен с задатчиком 122 конструк" тивного коэффициента талевой системы, а выход — с первым входом первого умножителя 110 и с первым входом второго сумматора 106, второй вход последнего соединен с задатчиком

123 конструктивного коэффициента

ШПИ. Выход формирователя 120 опорного напряжения соединен с входом делителя 130 ггапряжения резистивного, выходы которого подключены: первый— к первому входу первого селектора 115 амплитудного; второй — к первому: входу второго селектора 116 и второму входу первого селектора 115; третийк первому входу третьего селектора

117 и второму входу второго селектора 116; четвертый - к первому входу четвертого селектора 118 и второму входу третьего селектора 117; пятый— к первому входу пятого селектора 119 и второму входу четвертого селектора

118; шестой — к Второму входу селектора 119 аггплитудного.

На фиг. 9 показаны эпюры напряжений в характерных точках блока 26 сигнализатора замков: а — напряжение на выходе кварцевого генератора 88; б — напряжение на первом выходе делителя 89 частоты; э — напряжение на втором выходе делителя 89 частоты; г — напряжение на выходе усилителяограничителя 91; д — напряжение на выходе первого элемента И 93; e— напряжение на выходе второго элемента И 94> ж — напряжение на первом выходе формирователя 92 тактовых импульсов; з — напряжег!ие на втором выходе формирователя 92 тактовых импульсов; и — напряжение на выходе порогового элемента 98, Устройство работает следующим образом.

Перед началом подъема бурильной колонны в задатчик 27 положения сигнализатора замков осуществляется ввод величины S сииHBJI S с В ДвоичнОй 1 цифровой форме подается на второй

1 вход блока 25 вычисления положения замка. По известной конструкции свечей бурильных труб определяется чнс" ло труб в свече и (практически п=2-5) и в задатчик 28 числа труб в свече вводится величина (n-1}, с выхода которого сигнал (и-i) в двоичной цифl l 13320 ровой форме поступает на третий вход блока 26 сигпализатора замков, Если бурильная колонна составлена иэ свечей различной конструкции, то в npol) цессе подъема в момент перехода от обработки и„-трубных свечей к обработке и -трубных свечей в задатчик

28 необходимо ввести коррективу, а именно: вместо (п,-l ) записать (n -l). 0

На обмотку 37 возбуждения сигнализатора 17 замков (фиг. 8) с первого и второго выходов блока 26 сигнализатора замков, а значит с первого и второго выходов усилителя 90, подается переменное напряжение (фиг. 9б), под действием которого по ней протекает переменный ток, создающий в сигналиэаторе 17 замков магнитное поле, Пути замыкания магнитного потока, создаваемого обмоткой 37. возбуждения, 20 для двух характерных положений бурильных труб в сигнализаторе 17 зам4ков показаны на фиг. 4, где основной (рабочий) магнитный поток показан сплошными силовыми линиями, а потоки рассеяния — пунктирными. В случае нахождения в рабочей зоне сигнализатора IZ замков гладкого участка бурильных труб (фиг. 4а) картина магнитного поля в СЗ симметрична относитель30 но плоскости, проходящей перпендикулярно оси обмотки 37,возбуждения через ее середину: в активной зоне сигнализатора 17 замков весь магнитный поток сосредоточен в магнитопроводе

40, далее он проходит от полюсных наконечников 52 и 53 через немагнитный промежуток до наружной стенки бурильной трубы, проходит по ферромагнитному материалу трубы и вновь через 40 немагнитный промежуток до полюсных наконечников 55 и 54 магнитопровода 40.

Так как немагнитный промежуток между нолюсными наконечниками магнитопровода 40 и внешней поверхностью 45 бурильной трубы равномерен, то выходные обмотки 38 и 39 пересекаются равными магнитными потоками, в них наводятся одинаковые по величине и противофазные ЭДС, обусловленные ими на" 50 пряжеппя на выходе сигналиэатора 17 замков уничтожают друг друга, так как выходные обмотки 38 и 39 включены встречно (фиг. 8), и на первом и втором выходах сигналиэатора 17 замков, 55 а значит на первом.и втором входах усилителя-ограничителя 91 блока 26 сигналиэатора замков, напряжение отсутствует.

03 12

При входе в рабочую зону сигнализатора 17 замков замка 32 бурильных труб геометрия немагнитного промежутка внутри сигнализатора изменяется, следствием чего является изменение магнитного сопротивления промежутка °

Последнее уменьшается.в зоне полюсных наконечников 55 и 54 и остается практически постоянным в зоне полюсных наконечников 52 и 53 (фиг. 4б).

При этом потокосцепление с выходной обмоткой 39 увеличивается, величина наводимой в ней ЗДС также увеличивается. В обмотках 38 и 39 нарушается равновесие амплитуд и фаэ напряжений и на выходах сигнализатора 17 замков появляется напряжение, которое изменяется по амплитуде и фазе по мере перемещения замка 32 в рабочей зоне

СЗ. При достижении замков 32 положения, изображенного на фиг. 4б, укаэанный разбаланс достигает максимума, поэтому область нижнего полюсного наконечника 55 является зоной фактического срабатывания сигналиэатора

17 замков.. Зона фактического срабатывания СЗ (фиг. 4б) наводится íà расстоянии

$ 0,75 S --510 мм р от верхнего фланца тройника 16 и на расстоянии (фиг, 2)

4,=S ю +Бгр 6695 (6765) мм от рабочей зоны АКБ 9. При нахождении верхнего края замка 32 в зоне фактического срабатывания сигналиэатора !

7 замка стык замка 32 расположен ниже отметки S ф на высоту замка

$ . Поэтому

q+S =6892 мм (6962 мм), где 5 =197 мм.

Итак, для каждой буровой установки, для каждой конструкции обвязки устья скважины и конкретного типа замков бурильных труб может быть рассчитана величина Я, которая вводится в эадатчик 27 положения сигналиэатора замков.

В начальный момент цикла подъема

i-й свечи сигнал "1" с командоаппарата 23 поступает на четвертый вход блока 26 сигнализатора замков (фиг.8) и далее на второй вход элемента ИЛИ

103 и вход предварительной установки (С) четырехразрядного двоичного реверсивного счетчика 100. Сигнал "1" с выхода элемента ИЛИ 103 поступает

13 133200

На ВХОД ЭЛЕМЕита 99 <С аи яхт В ()и

ЧTO П1)ИВОДИТ К ПОДат-:" ЕДН<(ИЧН ЭГО от("нала с. Выхода последнего «па первьФ

ВХОД (К} триГГ ера 1 01 . I(a выхоДе ка

Top0l 0 устанавливаeT! я cH! Ha» I 0 .т ча первый вход (1<) счет.(ика 9Ь, вследстВие чего выходы счечтгика 96 обпуляются) и на тпетии вход "Оммутата (ча

95, кач opb)H подключает OBO(l н тор ай . г. è вход к первому выходу, 8 (гомент пояяления сиГнала 1 на С в,;Оде - т:"Tbl рехразряднога двоичпога реверсивного счетчика 100 в посл-:дний эеписываетСя ВЕПИЧИНа (П-1), Паету:.(агств(ая Па информадионньге Bxojrj!l (О, . (э„„(ч„j

peBepCH13)lOI 0 СЧЕттгщ<а 10тг .- -,1); l ЬЕго входа блока 26 сигнали;aTo;a-. эамКОВс

Кварцевый Геневатор 88 блока 26 сигнализатара.замков вырабатывает импульсы Высокой частотьг (фиг, 9а), KOT0 PbIe ПОДВИТ CSI IIa ВХО т» ДЕ ттг т Т ь!: ц

89 частоть; H второй Bxor(s:;le »eli-. a И

94. HHSKO aCTOTHB!e I-IXII ) JIBCLI (,Г)тгсг.9(Ч) )Ч с первого Выхода делителя 89 частоты поступают на второй вход элемента

И 93, первый Вход формпрс.нателл 9 тактовых импульсов и через усилитель

90 — на обмотку 37 возбу :.дения сиг30 нализатора 17 замков, в выхадньпс обмотках 38 и 39 КОТО))ОГО 1(вводятся

ЭДС, и на. г(ервом и втором выходах С3

1 7 пОЯвлЯРч ся Iiапряжеиит» ) Очличающееся по фазе от напряжения (фиг. 9б) на некоторый угол ((" подаваемое па

Ч! вход усилителя-ограничит-:.т(я 91„ с выхода которого Сиглал (фиг. 9)) 10< тупает на первый вход элемента И 93, С выхода элемента И :3 сигнал

4(т (фиг. 9д), состоящий из импульсов, ширина катОрых QDpeдепяет Величину сдвига фаз между с)(пиалами (фиг. 9б и г j поступает на первый вход элемента И 94, 1 Де заполняется импульсами высокой частоты (фиг, 9а) и пр =об- " разуетсЯ я числа и(ьп льсов (фиг 9е):, количество которых н одном Hi;llóïücå сигнала (фиг, 9д) характеризует шприНу g TО1 O ггчлттвт,.-a С ят.,хада Эт.в;,.ЕПЧ а

И 94 первая CBBH!1 e«ll, )lib сов (ф)1 -, 9!- ) через каммутнго. 95 наступаe! -:: †. в :-арой (счечггьгй) пхэд счет-:.»I:;- ..:6 )1 записывается в :..=и, 3:-:пн al!:IOe гнело ра:;-,— на шир»!-!e первого; (пульса (.:,и:.г,. 9, г >

НЫт>а)К)гЮЩЕГО ПОЧВ)ЬНЬЙ т»Г Л .Д.=ИГ.= )т фаэ т< МЕжду С)11 Ы111011 (<1!HГ, 96} И т И:—

HaJH)M (<т)ПГ, 9 Г т (1<)Г Пт ОКО".=тт тт. - Я " ЕО»ного импульс-! (сьтпг, 9д) ., Приь<стдяще .

На первый вхсд .-,3ììóT "Tc;; 95, паап=-д3 14 гттiлй ПОПКЛЮЧаЕТ Свай ВЧОРОИ ВХОД К BTO рому вь:ходу, тем самъгм обеспечивается поступление всех последних серий ж(пульсов (фиг,г 9e) с выхода элемента

И 94 на первый (счетный) вход элемента 97 вычитания.

Фсрмировнтеггь 92 тактовых импульсов в период между импульсами сигнала (фиг, 9д) формирует из низкочастотных импульсов (фиГ. 9б) и (фиГ, 9B1т импульсы (фиг. 9К) предварительной усгановки элемента 97 вычит" íèÿ и импульсы (фиг, 9з) стробиравания порогового элем нта 98. Импульсы (фиг. 9ж) с первого выхода формирователя 92 так-.овых имечульсов поступают на Второй вход элемента 97 вычитания по каждому иэ них число импульсов первой серии (фиг„ 9e), записанное в счетчи" ке Эб, переписывается в элемент 97 вычитания, а импульсы (фиг, 9е) следующей серии вычитаются из числа ранее записанных, 1 .ели число вновь поступивших импульт ов (фиг. 9е) меньше или равно числу, ранее записанному в элементе 97 вычитания, то на его выходе к моменту прихода стробирующего импульса (фиг, 9з) с Второго выхода формирователя 92 тактовых им" пульсов на первый вход порогового элемента 98 третий нулевой сигнал и пороговый элемент 98 не срабатыВает. При входе я зону срабатывания сигнализатора 17 замков (фиг. 4) .замгса 32 бурильной трубы угол сдвига фаз g иэменяетс:я, следовательно, изменяется ширина импульсов (фиг.9д), Выраженная числом BblcoE0%acToTHblx импульсов (фиг. 9е), поступающих на первый счетный вход элемента 97 вычитания. На выходах элемента 97 вычичания, а значит на входах порогового элемента 98, — появляется число, большее порога срабатывания, и в момент прихода импульса (сЬиг. 9з) на выходе парс>гового элемента 98 появляется сигнал "1", который поступает на второй вход (Б) триггера 101.

На Bb!xone триггера 101 устанавливaeTca единичный сигнал по переднему фрснту которого из числа, запиcaHlloгО в реверсивном счетчике 100, 1 вычитается единица, так как:: игиал

c;зь(ха)1а триггера 101 подается на нхад (-:() с-.ьтчика 100» а также ка вход элемента 102 задержки. Сигнал 1 на выходе последнего появляIl тт е тся через интервал врсмени D < =3. ) " . достаточный для тога, чтобы за"!

S(t) =S -Ц Ы

32003 или в общем случае (2) 15 !3 мок 32 прошел рабочую зону сигналиэатора 17 замков. Сигнал "1" с выхода элемента 102 задержки поступает на первый вход элемента ИЛИ 103, а с его выхода — на вход элемента 99 установки в "0", что сопровождается обнулением счетчика 96, триггера

101 и переключением коммутатора 95 с последующей записью в счетчик 96 нового содержимого — числа импульсов первой серии и т.д. В момент вхождения каждого промежуточного замка поднимаемой свечи в зону срабатывания сигнализатора 17 замков содержимое .реверсивного счетчика 100 уменьшается на единицу. Наконец, при входе в зону срабатывания СЗ нижнего замка поднимаемой i-й свечи на вход (-1) реверсивного счетчика 100 поступает и -й с начала подъема сигнал, при этом сигнал "0" поступает с выхода заема (0) реверсивного счетчика (100 на вход элемента НЕ 104, а сиг,нал "1" с выхода последнего — на третий выход блока 26 сигнализатора замков, а значит на первый вход блока 25 вычисления положения замка (фиг. 1).

Единичный сигнал с первого входа (фиг, 5) блока 25 вычисления положения замка поступает на вход предварительной установки (С) реверсивного счетчика 79, по которому в последнем записывается число S поступающее на информационные входы счетчика 79 с второго входа блока 25, от эадатчика 27 положения сигнализатора замка, а также на второй вход (S) триггера 83, на первом выходе которого устанавливается сигнал "1", поступающий на первые входы элементов И 85 и 86 и разрешающий прохождение сигналов с датчика 20 перемещения талевого блока с третьего и четвертого входов блока

25 вычисления положения замка через элементы И 85 и 86, соответственно, на входы прямого (+1) и обратного (-I) счета реверсивного счетчика 79.

В процессе дальнейшего перемещения замка 32 от зоны срабатывания С3

17 вверх импульсы "I" поступают с датчика 20 на четвертый вход блока

25 и, следовательно, на вход (-1) реверсивного счетчика 79, на выходе которого в любой момент времени (начиная с момента срабатывания сигнализатора 17 замков) присутствует цифровой сигнал

S(e)=S „-Ц „(М(„-!1,„,), выражающий текущее расстояние от стыка нижнего замка 32 поднимаемой свечи 31 до рабочей зоны АКБ 9, который подается на выход блока 25 вычисления положения замка. В момент, когда замок 32, пройдя расстояние S от с.к сигнализатора 17 замков, оказывается в рабочей зоне бурового ключа 9, в соответствии с выражением (2), Б(с)=

=О. -При этом сигнал "0" с выхода заема (c0) реверсивного счетчика 79 поступает на вход элемента HE 87, а сигнал "1" с выхода последнего — на первый вход (R) триггера 83, обнуляет первый выход триггера 83, а значит датчик 20 перемещения талевого блока отключается от реверсивного счетчика

79 и устанавливает сигнал "1" на его втором выходе. Последний подается на вход элемента ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕГО 84, с выхода последнего единичный сигнал поступает на вход "Сброс" (R) ревер— сивного счетчика 79 и обнуляет выход последнего до следующего (i+1)-го цикла подъема, В i-м цикле подъема на первый вход блока 29 вычисления оптимальных положений талевого блока (фиг.7) с датчика 21 скорости талевого блока поступает аналоговый сигнал напряжения Ц„,, пропорциональный V „,, а на второй вход — сигнал U,.ñ выхода датчика 19 веса, пропорциональный весу Q; бурильной колонны на крюке.

По совокупности входных сигналов блок 29 вычисляет оптимальные положения талевого блока, в которых необходимо производить отключение приводного двигателя 8 и оперативной

ШПИ 7 в конце цикла подъема, чтобы загруженный талевый блок остановился в положении> обеспечивающем нормальную работу ключа АКБ 9 при развинчивании замкового соединения 32 поднятой свечи 31.

Для ведения процесса остановки загруженного талевого блока в рациональном режиме двигатель 8 и ШПМ 7 буровой лебедки 3 необходимо отключить в следующих положениях:

0 37 ° 1т (?у+?6 ) .Vv,g h

S .а (3)

>®4 К И

1332003 l8 (4) -0,35" 8„ где 1 — кратность талевой системы;

R — средний радиус навивки каната на барабан лебедки, м,", I I, — момент инерции привода, 10

I< - то же, для барабанного нала лебедки, т м с ;

М,- статический момент нагрузки на валу лебедки, т м;

14, = — — — (Ц + ) ° 1 Т (5) где q2 — КПД талевой системы.

Момент инерции барабанного вала— величина постоянная, а момент инерции привода меняется с переходом от одной скорости подъема к другой, т,е.

Х„=f(V„). Например, для установки

"Уралмаш-43": I =0,15 т м с ; I ð-=2,5; 1,7; 0,60; 0,30; 0,1.> т м-с для I II III ХЧ и Ч скоростей подъема соответственно. Работа блока

29 вычисления оптимальных положений талевого блока основана на реализации зависимостей (3)-(5).

Сигнал U,ïîäàeòñÿ на нторой вход первого сумматора 105, на первый вход которого подается сигнал, пропорциональный Qт, с задатчика 121 веса подвижной части талевой системы. Коэффициенты усиления по входам первого сумматора 105 подобраны так, что на

его выходе формируется сигнал, пропорциональный М, в соответствии с выражением (5), который подается на перный вход второго сумматора 106 и второй вход первого делителя 108, на первый вход последнего подается сигнал с выхода задатчика 122 конструктинного коэффициента таленой системы, пропорциональный К „=0,37 i,/К. На выходе первого делителя 108 формируется сигнал К„ /М„, который, подается на первый нход первого умножителя

110, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный V с выхода третьего умножителя !12 на перный и второй входы которого поступает сигнал U, с первого входа блоч;

2 ка 29. Сигнал (K,,/Ì „) „Ч„ь„) с выхода первого умножителя ll0 поступает на первый вход второго умножителя

111, на второй вход которого посту17 в, я = — 1n(- — -"-- -V )— м.рсо . g . К-М ++0

0(t 8l р

К и С, — коэффициенты, причем пает сигнал (Х„+Х „,) с выхода третьего сумматора .107, полученный из сигналов I p и Х, поступающих на его первый и второй входы с выходов, соответственно, коммутатора 131 и задатчика 124 момента инерции барабанного . Ha коммутируемые первый, третий, пятый, седьмой и девятый входы коммутатора 131 подаются сигналы с задатчиков 125-129 соответственно, пропорциональные I ð. íà I-V скоростях подъема: Х„, Х„;, Х„,-,, I „р,,-„и

Х, „-. Ha второй, че BepTbIAj шестой, восьмой и десятый входы управления коммутатора 131 поступают сигналы с выходов селекторов 115-119 амплитудных соответственно,, на вторые входы которых подается сигнал U =U „;,с первого входа блока 29, а, на первый и третий входы каждого селектора подаются сигналы U u U с выходов дели3 теля 130 напряжения резистивного.

Последний запитывается опорным напряжением U „,„, поступающим на его вход с выхода формирователя 120 опорного напряжения. Опорное напряжение пропорционально максимально возможной скорости подъема, т.е. Upïpðí= Чн макс Чп. ч= l, 86 м/с (для "Уралмаш-43")

Резисторы делителя 130 напряжения резистивного R -R - подобраны так Х

S что напряжения в точк