Комплекс для контроля и измерения параметров спускоподъемных операций
Комплекс для контроля и измерения параметров спускоподъемных операций содержит прибор 1 регистрации и обработки данных, блок 2 измерения глубины, блок 3 измерения силы натяжения кабеля, считыватель 4 магнитных меток, соединительные кабели. Прибор 1 содержит аналого-цифровой преобразователь, блок задания предельных значений контролируемых параметров, блок световой и звуковой сигнализации, блок индикации, блоки тарировочной и переносной памяти, искробезопасный блок и табло. Блок 2 имеет зубчатое колесо для зацепления с шестерней нижнего ролика 12 блок-баланса, а на крышке корпуса блока 2 размещены разъемы подключения блока 3 измерения силы натяжения кабеля, считывателя 4 магнитных меток и разъем 15 подключения к разъему 5 прибор 1 регистрации и обработки данных. Блок 3 измерения силы натяжения кабеля состоит из тензометрического моста и нормирующего инструментального усилителя. Считыватель 4 магнитных меток выполнен в виде герметичного цилиндрического контейнера, в котором размещены чувствительный элемент, воспринимающий внешнее магнитное поле и преобразующий его в напряжение, инструментальный усилитель и стабилизатор питающего напряжения. Нижний ролик 12 блок-баланса крепится щеками 13 к устью скважины посредством кронштейна. Щеки 13 используют в качестве удерживающего механизма для блока 3 измерения силы натяжения кабеля, а направляющие 14 щек 13 используют в качестве удерживающего механизма блока 2 измерения глубины. Считыватель 4 магнитных меток устанавливается на закрепленной на устье скважины доске на расстоянии 30-80 мм от спускаемого кабеля с нанесенными магнитными метками. Размещение измерительных блоков, включающих считыватель магнитных меток, непосредственно у устья исследуемой скважины позволило обеспечить точность измерения параметров скважины и удобство при эксплуатации. 2 ил.
Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности, и предназначена для автоматизированного контроля, измерения и регистрации параметров спускоподъемных операций в скважине.
Известно устройство для измерения длины кабеля, содержащее мерный ролик, преобразователь угла поворота мерного ролика с регулируемым коэффициентом преобразования, блок контроля, регистратор и счетчик магнитных меток, нанесенных на кабель. На мерном ролике установлен сельсин - датчик, электрически соединенный с сельсин - приемником, ось которого жестко соединена с шкивом преобразователя при его механическом исполнении. В электронном исполнении преобразователя с осью сельсин - приемника соединен датчик импульсов, состоящий из диска со щелями, источника света, установленного с одной стороны диска и фотодиода, установленного с другой стороны диска (а.с. СССР №1335682, Мкл4 E21B 47/00, опубл. 07.09.87).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является устройство для измерения глубины спуска объекта при спускоподъемных операциях в скважине, содержащее лебедку с барабаном, на котором расположен гибкий орган, усилитель, блок питания, блок измерения перемещения и силы натяжения гибкого органа, контроллер, аналого-цифровой преобразователь, блок задания предельных значений контролируемых параметров, блок световой и звуковой сигнализации, блок индикации, блок коррекции нелинейности датчика измерения силы натяжения гибкого органа, блок тарировочной памяти, переносной блок памяти, искробезопасный блок и табло, удерживающий механизм, выполненный в виде направляющей, один конец которой подвижно связан с лебедкой, другой конец жестко связан с блоком измерения
перемещения и силы натяжения гибкого органа, который может быть выполнен в виде подвижных роликов, не менее трех, размещенных на подвижном гибком органе в месте его перегиба, или в виде индуктивного датчика или в виде оптоэлектронного датчика, а переносной блок памяти выполнен в виде удаленного устройства, связь с которым осуществляется с помощью проводной линии или радиоканала (патент РФ №2168624, МПК7 Е21В 47/04, опубл. 10.06.01).
Недостатками известного технического решения являются недостаточная точность измерения параметров скважины и неудобство при эксплуатации.
Была поставлена задача: повысить точность измерения параметров скважины и обеспечить удобство при эксплуатации.
Поставленная задача решается за счет того, что комплекс для контроля и измерения параметров спускоподъемных операций, содержащий прибор регистрации и обработки данных связанный с блоками измерения глубины и силы натяжения кабеля, закрепленными на удерживающем механизме, и имеющий аналого-цифровой преобразователь, блок задания предельных значений контролируемых параметров, блок световой и звуковой сигнализации, блок индикации, блоки тарировочной и переносной памяти, искробезопасный блок и табло, дополнительно содержит считыватель магнитных меток, связанный с прибором регистрации и обработки данных, в качестве удерживающего механизма блока измерения силы натяжения кабеля и блока измерения глубины используют щеки нижнего ролика блок-баланса и их направляющие соответственно, при этом блок измерения глубины имеет зубчатое колесо для зацепления с шестерней нижнего ролика, а на крышке корпуса указанного блока размещены разъемы подключения блока натяжения кабеля, считывателя магнитных меток и прибора регистрации и обработки данных, кроме того, блок измерения силы натяжения кабеля состоит из тензометрического моста и нормирующего инструментального усилителя, а считыватель магнитных меток выполнен в виде герметичного цилиндрического контейнера, в котором размещены чувствительный элемент, воспринимающий внешнее магнитное поле и преобразующий его в
напряжение, инструментальный усилитель и стабилизатор питающего напряжения.
Наличие в комплексе считывателя магнитных меток, выполненного в виде герметичного цилиндрического контейнера, в котором размещены чувствительный элемент, воспринимающий внешнее магнитное поле, и преобразующий его в напряжение, инструментальный усилитель и стабилизатор питающего напряжения и связанного с прибором регистрации и обработки данных, позволяет осуществлять автоматическую коррекцию показаний глубины по магнитным меткам, в результате чего повышается точность измерения параметров скважины.
Использование в качестве удерживающего механизма для блока измерения силы натяжения кабеля щек нижнего ролика блок-баланса, а для блока измерения глубины - направляющих щек нижнего ролика блок-баланса, а также наличие в блоке измерения глубины зубчатого колеса, входящего в зацепление с шестерней нижнего ролика, и размещение на крышке корпуса указанного блока разъема подключения блока натяжения кабеля, состоящего из тензометрического моста и нормирующего инструментального усилителя, разъема подключения считывателя магнитных меток и разъема подключения прибора регистрации и обработки данных, позволило разместить измерительные блоки непосредственно у устья исследуемой скважины и обеспечить тем самым удобство при эксплуатации.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного технического решения, не обнаружен. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
фиг.1 - структурная схема комплекса для контроля и измерения параметров спускоподъемных операций;
фиг.2 - комплекс для контроля и измерения параметров спускоподъемных операций, общий вид.
Комплекс для контроля и измерения параметров спускоподъемных операций содержит прибор 1 регистрации и обработки данных, блок 2 измерения глубины, блок 3 измерения силы натяжения кабеля, считыватель 4 магнитных меток, соединительные кабели.
Прибор 1 содержит аналого-цифровой преобразователь, блок задания предельных значений контролируемых параметров, блок световой и звуковой сигнализации, блок индикации, блоки тарировочной и переносной памяти, искробезопасный блок и табло. На задней стенке корпуса прибора 1 расположены разъем 5 подключения блоков 2, 3 и 4, разъем 6 аварийного выхода, разъем 7 для подключения каротажных регистраторов и разъем 8 для подключения питания, а на лицевой панели прибора 1 расположены трехстрочный индикатор 9 с шестью светодиодами, выключатель питания, разъем 10 связи с компьютером, и три кнопки 11 задания режимов работы счетчика.
Блок 2 измерения глубины имеет встроенный стабилизатор питающего напряжения микропроцессорное управление и работает на принципе измерения дискретного углового перемещения. Блок 2 имеет зубчатое колесо для зацепления с шестерней нижнего ролика 12 блок-баланса, имеющего щеки 13 с направляющими 14. На крышке корпуса блока 2 размещены разъемы подключения блока 3 измерения силы натяжения кабеля, считывателя 4 магнитных меток и разъем 15 подключения к разъему 5 прибора 1 регистрации и обработки данных.
Блок 3 измерения силы натяжения кабеля состоит из тензометрического моста и нормирующего инструментального усилителя. В основе работы блока 3 лежит принцип измерения результата векторного сложения усилий в ветвях каротажного кабеля, идущего в скважину и на лебедку. При появлении нагрузки на каротажном кабеле возникают усилия на щеке 13, которые вызывают деформацию элементов тензометрического моста, разбаланс моста. Напряжение разбаланса поступает на вход инструментального усилителя,
выходной сигнал которого пропорционален приложенному усилию. Этот сигнал поступает по соединительному кабелю в прибор 1, обрабатывается и передается в систему сбора данных каротажной станции.
Считыватель 4 магнитных меток выполнен в виде герметичного цилиндрического контейнера, в котором размещены чувствительный элемент, воспринимающий внешнее магнитное поле и преобразующий его в напряжение, инструментальный усилитель и стабилизатор питающего напряжения. Работа считывателя 4 основана на принципе возникновения ЭДС в полупроводнике, находящегося в магнитном поле.
Нижний ролик 12 блок-баланса крепится щеками 13 к устью скважины посредством кронштейна. Щеки 13 используют в качестве удерживающего механизма для блока 3 измерения силы натяжения кабеля, а направляющие 14 щек 13 используют в качестве удерживающего механизма блока 2 измерения глубины. Считыватель 4 магнитных меток устанавливается на закрепленной на устье скважины доске на расстоянии 30-80 мм от спускаемого кабеля с нанесенными магнитными метками.
Заявляемый комплекс работает следующим образом.
Перед началом спускоподъемных операций для исследования параметров скважины на нижний ролик 12 блок-баланса, закрепленный на устье скважины, устанавливают блоки 2 и 3, а на закрепленной на устье скважины доске, устанавливают считыватель 4. Посредством кабеля соединяют разъем 15 блока 2 измерения глубины с разъемом 5 прибора 1. Проводят проверку правильности всех установок и настроек и, при необходимости, их корректировку. Прибор 1 получает от блока 2 инкрементальные импульсы вместе с сигналом направления вращения и, в соответствие со знаком приращения, запрограммированным пользователем, производит расчет величины перемещения геофизического кабеля, учитывающего диаметры зубчатых колес, модуль зубчатой передачи и количество импульсов за один оборот блока 2. Текущая величина (глубина) форматируется и выводится на дисплей прибора 1. Одновременно производится сравнение текущего положения со значениями нижнего и верхнего предельного положения,
заданными пользователями. При достижении нижнего предела глубины, если движение продолжается, прибор 1 подает звуковой сигнал, предупреждая оператора, что заданная глубина уже пройдена. Во время подъема, за 100 м до верхнего предельного положения, прибор 1 также подает предупредительный сигнал зуммера, а при достижении установленного уровня, выдает сигнал для блокирования подъема и аварийный сигнал зуммера. Если разрешена регистрация глубины, прибор 1 записывает текущее значение глубины во Flash-память через временные интервалы, заданные пользователем. Во время движения прибор 1 вычисляет мгновенную скорость перемещения и выводит на дисплей значение м/час или км/час. Во время движения прибор 1 передает в геофизический регистратор «весовые» импульсы перемещения (инкремент или декремент), размерностью 1 см или 10 см, в зависимости от параметра, заданного пользователем. С клавиатуры прибора 1 пользователь может установить ноль отсчета глубины, а также установить предварительное (положительное или отрицательное) значение глубины. Прибор 1 получает сигнал от считывателя 4 магнитных меток в виде уровня напряжения, производит аналого-цифровое преобразование и в цифровой форме вычисляет обнаружение магнитной метки, в соответствие с установленной пользователем полярностью метки и заданной чувствительностью. Обнаружение метки сигнализируется зуммером и зажиганием светодиода на дисплее прибора 1, одновременно прибор 1 передает в геофизический регистратор импульс магнитной метки калиброванной длительности. Если пользователем разрешена автоматическая корректировка показаний прибора 1, включается адаптивный алгоритм синхронизации по магнитным меткам и при достижении синхронизации прибор 1 корректирует показания глубины на своем дисплее. Если пользователем разрешена запись магнитной метки в памяти регистрации, прибор 1 регистрирует обнаружение магнитной метки с привязкой к реальному времени и глубине. Прибор 1 получает сигнал от блока 3 измерения силы натяжения в виде уровня напряжения, производит цифро-аналоговое преобразование и в цифровой форме вычисляет усилие натяжения геофизического кабеля в соответствие с параметрами, полученными при
калибровке блока 3. Полученное значение выводится на дисплей прибора 1 в единицах силы (кг или × 10 кг). Одновременно производится сравнение текущей величины усилия с максимально-допустимым значением, заданным пользователем. При достижении измеряемой величиной установленного максимума, прибор 1 формирует выходной сигнал блокировки и включает аварийный сигнал зуммера. Если пользователем разрешена регистрация натяжения, прибор 1 производит запись в память величины усилия натяжения с привязкой к реальному времени в соответствие с установленными параметрами регистрации. Прибор 1 передает текущее состояние контролируемых величин (глубина, скорость, натяжение, обнаружение метки) по запросам от компьютера для отображения их на экране монитора и для целей регистрации. Если от компьютера поступит запрос на выгрузку данных, записанных в памяти регистрации, прибор 1 передаст содержимое запрошенной страницы данных. При выключении питания прибор 1 сохраняет все настройки параметров, в том числе и текущую глубину на момент выключения.
Использование комплекса для контроля и измерения параметров спускоподъемных операций позволяет производить измерение и индикацию длины геофизического кабеля, скорости подъема и спуска скважинных приборов, усилия натяжения геофизического кабеля, считывание магнитных меток кабеля, с последующей их регистрацией и передачей, формировать предупредительные и аварийные сигналы по глубине и усилию натяжения кабеля.
Заявляемое техническое решение позволило разместить измерительные блоки непосредственно у устья исследуемой скважины, в результате чего обеспечиваются точность измерения параметров скважины и удобство при эксплуатации.
Заявляемый комплекс для контроля и измерения параметров спускоподъемных операций соответствует требованию промышленной применимости и может быть выполнен на стандартном технологическом оборудовании с использованием современных материалов и технологий.
1. Комплекс для контроля и измерения параметров спускоподъемных операций, содержащий прибор регистрации и обработки данных, связанный с блоками измерения глубины и силы натяжения кабеля, закрепленными на удерживающем механизме, и имеющий аналого-цифровой преобразователь, блок задания предельных значений контролируемых параметров, блок световой и звуковой сигнализации, блок индикации, блоки тарировочной и переносной памяти, искробезопасный блок и табло, отличающийся тем, что дополнительно содержит считыватель магнитных меток, связанный с прибором регистрации и обработки данных, в качестве удерживающего механизма блока измерения силы натяжения кабеля и блока измерения глубины используют щеки нижнего ролика блок-баланса и их направляющие соответственно, при этом блок измерения глубины имеет зубчатое колесо для зацепления с шестерней нижнего ролика, а на крышке корпуса указанного блока размещены разъемы подключения блока измерения силы натяжения кабеля, считывателя магнитных меток и прибора регистрации и обработки данных.
2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что блок измерения силы натяжения кабеля состоит из тензометрического моста и нормирующего инструментального усилителя.
3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что считыватель магнитных меток выполнен в виде герметичного цилиндрического контейнера, в котором размещены чувствительный элемент, воспринимающий внешнее магнитное поле и преобразующий его в напряжение, инструментальный усилитель и стабилизатор питающего напряжения.
