ДАТЧИК ОСЕВЫХ НАГРУЗОК Российский патент 2007 года по МПК G01V3/00 

Изобретение относится к технике геофизических исследований скважин и предназначено для контроля принудительного движения скважинных приборов по стволу горизонтальных участков скважин, в частности с использованием колтюбинговых установок.

Особенность геофизических исследований в горизонтальных скважинах при использовании колтюбинговых установок заключается в том, что связку из геофизических приборов прикрепляют на конец гибкой трубы, которую опускают в скважину. Другой конец этой трубы намотан на барабан. После чего, создавая усилие тяги до 80 тн с помощью инжектора, продавливают связку геофизических приборов в сильнонаклоненные и горизонтальные скважины. При продвижении приборов в скважине на их пути может возникнуть какое-либо препятствие (пробка, обрушение колонны, каверна и т.д.). При этом возникает аварийная ситуация, если не контролировать нагрузку сопротивления продвижения, при которой может произойти предельный изгиб связки приборов, поломка их корпусов и т.д.

Для контроля принудительного движения используют датчики нагрузок, которые устанавливают в начале связки перед головным прибором для сигнализации о предельной нагрузке сопротивления.

Известен скважинный датчик нагрузок СДН-42, выпускаемый ОАО Киевский завод «Геофизприбор» КБ «Концерн НАДРА» (Рекламный проспект, «Концерн НАДРА», г.Киев), который позволяет осуществлять измерение нагрузок на скважинный прибор (сжатие-растяжение) с их регистрацией при спуске приборов в скважину.

Датчик крепится к скважинному прибору в его начале и содержит головку-наконечник, воспринимающую препятствия на пути движения приборов. Головка установлена подвижно в специальном цилиндре и связана с пружиной, работающей на растяжение-сжатие в диапазоне 2000 кг, с которой связан подвижный контакт реохорда с изменяющимся сопротивлением от нагрузки. При превышении параметров сжатия-растяжения пружины заданных предельных значений происходит выработка выходного сигнала, передающегося по транзитной 2-х жильной линии на исполнительное устройство на поверхности.

Недостаток конструкции заключается в низкой надежности подвижного скользящего контакта реохорда, который нужно часто менять, что представляет собой очень трудоемкую операцию.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности конструкции устройства и повышения точности измерения нагрузок.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике осевых нагрузок, содержащем корпус и расположенный в нем ходовой шток, подвижный в осевом направлении и связанный с силовой тарированной пружиной, соединенной с датчиком осевых перемещений штока, внутри которого проходит транзитная электрическая связь, датчик осевых перемещений ходового штока выполнен в виде дифференциального преобразователя, содержащего катушку, расположенную внутри ходового штока и якоря, жестко связанного с корпусом, причем дифференциальный преобразователь экранирован от внешнего магнитного поля, а транзитная электрическая связь осуществлена через пружинный электроподвод.

Кроме того, ходовой шток выполнен из магнитонепроницаемого материала, а электроподвод исполнен в виде навитого электрического провода, и силовая пружина тарирована на осевое перемещение 70-75 мм нагрузкой ±400 кг.

На чертеже представлена конструкция датчика.

Датчик осевых нагрузок (ДОН) состоит из корпуса 1, в котором помещены ходовой шток 2, силовая тарированная пружина 3, датчик осевых перемещений 4, пружинный транзитный электроподвод 5, выполненный в виде навитого электрического провода. Ходовой шток 2 жестко связан с модулем преобразовательной схемы 6 и с межмодульным соединителем 7 в нижней части, а в верхней части - подвижно с приборной головкой 8, предназначенной для стыковки корпуса 1 с колдюбинговой трубой (на фигуре не показана). Кольца круглого сечения 9, 10 и 11 препятствуют попаданию скважинной жидкости во внутреннюю полость корпуса 1 и несут функцию разгрузки устройства от поршневого эффекта путем подбора посадочных мест. Шайбы 13 и 14 являются упорными.

Датчик осевых перемещений ходового штока представляет собой индукционный дифференциальный преобразователь в виде Ш-образной катушки 4, расположенной внутри ходового штока 2, подвижного относительно якоря 12, жестко связанного с корпусом 1.

Принцип действия датчика основан на упругих свойствах витой цилиндрической пружины сжатия, а конструкция предусматривает измерение растягивающих и сжимающих нагрузок датчиком осевых и перемещений якоря 12, причем силовая тарированная пружина 3 работает только на сжатие.

Датчик осевых нагрузок работает следующим образом.

При спуске в скважину возможен упор прибора, связанного посредством межмодульного соединителя 7 и модуля преобразовательной схемы 6 с ходовым штоком 2, в каверну или какое-либо другое препятствие. Шток 2 начинает перемещаться вверх совместно с шайбой 13, сжимая пружину 3. В свою очередь пружина 3 упирается в шайбу 14, тем самым ограничивается перемещение пружины 3, но шток 2 движется вверх. Осевые перемещения штока 2 фиксируются датчиком 4 за счет смещения относительно якоря 12, жестко связанного с корпусом 1.

Показания датчика преобразуются (в модуле преобразовательной схемы 6) и передаются оператору, контролирующему спуск прибора в скважину.

При подъеме прибора с датчиком осевых нагрузок из скважины возможны прихваты прибора, и тогда ходовой шток 2 перемещается вниз, фиксируя нагрузку растяжения за счет смещения относительно катушки дифференциального преобразователя датчика 4. В данном случае подвижной является шайба 14, а ограничивающей перемещение нижнего конца пружины относительно корпуса 1 является шайба 13.

При сравнении с известной конструкцией СДН-42 следует заметить, что перемещение подвижного цилиндра СДН-42 равно ±10...15 мм, а измеряемая нагрузка 2000 кг, вследствие чего у оператора нет времени адекватно успеть среагировать на возможные прихваты прибора в скважине. В ДОН предусмотрено перемещение подвижного штока порядка ±70...75 мм и фиксируемая нагрузка ±400 кг, поэтому увеличивается возможность правильного принятия решения оператором и компенсации инерционного времени срабатывания колдюбингового оборудования.

Недостаток СДН-42 заключается в низкой надежности подвижного скользящего контакта реохорда, который нужно часто менять, что представляет собой очень трудоемкую операцию. В ДОН датчик осевых перемещений выполнен в виде дифференциального преобразователя. Отсутствие механического контакта подвижного якоря, размещаемого внутри Ш-образной катушки, исключает необходимость обслуживания этого узла. В ДОН питание преобразовательной схемы осуществляется по одножильному кабелю и броне, а СДН-42 необходим двухжильный кабель. Внутренняя компенсация размеров ±75 мм осуществляется посредством изменения длины пружинного электроподвода, а в СДН-42 - за счет изгибания проводов, что приводит к их износу и перетиранию изоляции.

Датчик осевых перемещений выполнен в магнитонепроницаемом корпусе, что исключает влияние магнитных полей.

Область применения: изобретение относится к технике геофизических исследований скважин и предназначено для контроля принудительного движения скважинных приборов по стволу горизонтальных участков скважин, в частности, с использованием колтюбинговых установок. Сущность изобретения: датчик осевых нагрузок состоит из корпуса, в котором помещены ходовой шток, силовая тарированная пружина, датчик осевых перемещений ходового штока, представляющий собой индукционный дифференциальный преобразователь в виде Ш-образной катушки, расположенной внутри ходового штока, подвижного относительно якоря, жестко связанного с корпусом. Ходовой шток жестко связан с модулем преобразовательной схемы и с межмодульным соединителем в нижней части, а в верхней части - подвижно с приборной головкой, предназначенной для стыковки корпуса с колтюбинговой трубой. Технический результат: повышение надежности конструкции устройства и повышение точности измерения нагрузок. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Датчик осевых нагрузок, содержащий корпус и расположенный в нем ходовой шток, подвижный в осевом направлении и связанный с силовой тарированной пружиной, соединенной с датчиком осевых перемещений штока, внутри которого проходит транзитная электрическая связь, отличающийся тем, что датчик осевых перемещений ходового штока выполнен в виде дифференциального преобразователя, содержащего катушку, расположенную внутри ходового штока, и якоря, жестко связанного с корпусом, причем дифференциальный преобразователь экранирован от внешнего магнитного поля, а транзитная электрическая связь осуществлена через пружинный электроподвод.2. Датчик осевых нагрузок по п.1, отличающийся тем, что ходовой шток выполнен из магнитонепроницаемого материала.3. Датчик осевых нагрузок по п.1, отличающийся тем, что пружинный электроподвод исполнен в виде навитого электрического провода.4. Датчик осевых нагрузок по п.1, отличающийся тем, что силовая пружина тарирована на осевое перемещение 70-75 мм с нагрузкой ±400 кг.