УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ КОЛОННЫ ТРУБ, СПУСКАЕМЫХ В СКВАЖИНУ Российский патент 2023 года по МПК E21B47/04 G01B5/04 

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для измерения длины колонны длинномерных тел, в частности насосно-компрессорных труб (НКТ), спускаемых в нефтяную скважину при проведении в ней технологических работ.

Из области техники известны устройства для измерения длины колонны труб, снабженные видеокамерой, с помощью которой определяют перемещения мишени, закрепленной на талевом блоке канатной лебедки, с возможностью одновременного обзора верхнего и нижнего положения мишени при перемещении колонны труб (RU 2324812, опубл. 20.05.2008).

Недостатками известных устройств является то, что измерительные приборы расположены непосредственно в зоне работы технологического оборудования и подвержены их воздействию, а также то, что оборудование требует точной установки, настройки и калибровки непосредственно на месте его крепления.

Наиболее близким к заявляемому является устройство измерения длины колонны труб, спускаемых в скважину (RU 2753907, опубл. 24.08.2021), которое содержит канатную лебедку, на которой установлен талевый блок с элеватором для захвата и подъема труб, соединяемых в колонну, спайдер с клиновыми захватами, мачту с кронблоком, мерный ролик, на боковой поверхности которого смонтированы датчики сигнала (датчики перемещения), взаимодействующие с чувствительными элементами, размещенными на раме крюкоблока, а на пневматической линии управления спайдера буровой установки размещен датчик давления.

Измерения производятся от сигнала датчика давления, расположенного на пневматической линии управления спайдера, и сигнала о вращении мерного ролика.

Однако, известное устройство имеет несколько недостатков.

Датчики сигнала (перемещения) установлены на поверхности мерного ролика, что дает высокую вероятность погрешности в результате возможного проскальзывания или замерзания ролика под действием низких температур, при этом монтаж датчика на мерном ролике затруднен.

Показания датчика давления, установленного на пневматической линии спайдера, учитываются при расчете длины колонны труб. Однако, при установке датчика давления высока вероятность погрешности измерений, связанных с технологией производства работ, т.к. во время закрытия спайдера сигнал от датчика давления приходит на контроллер, далее происходит переключение режима расчета длины НКТ. Однако, сам спайдер может быть закрыт не до конца, и НКТ может «просесть» в спайдере на несколько сантиметров, которые не попадут в расчет. Поэтому точность замеров не гарантирована.

Недостатком данного устройства является также необходимость установки дополнительного контроллера на подъемном агрегате помимо действующих измерительных систем и отсутствие интеграции с ними, что приводит к дополнительным затратам, требует подготовки мест установки, дополнительного обслуживания и дополнительной поверки.

Кроме того, отсутствует возможность измерения каждой отдельной трубы и сохранения результатов в памяти компьютера, что также является недостатком, т.к. замер каждой отдельной трубы предоставляет возможность сформировать электронный журнал замера длины колонны труб и позволяет сократить трудозатраты персонала на заполнение бумажного журнала.

Поэтому в целом недостаток известного устройства - это низкая точность и достоверность результатов измерения длины каждой трубы и колонны труб из-за высокой вероятности погрешности измерений.

Технический результат, полученный заявляемым устройством, заключается в повышении точности и достоверности результатов измерения длины трубы и колонны труб за счет сбора данных непосредственно с барабана лебедки подъемного агрегата, замера величины натяжения каната при открытии/закрытии спайдера и исключения вероятности преждевременного переключения режима расчета длины трубы.

Технический результат достигается устройством для измерения длины колонны труб, спускаемых в скважину, включающем барабан лебедки, установленный на раме подъемного агрегата, талевый канат, намотанный на барабан лебедки и связанный через систему роликов с крюкоблоком, при этом ролики расположены на мачте подъемного агрегата, датчик перемещения, электрически связанный с измерительным блоком. В отличии от прототипа на барабане лебедки подъемного агрегата размещены металлические метки, датчик перемещения выполнен с возможностью сбора информации о параметре «положение крюкоблока» и передачи ее на измерительный блок и состоит из двух бесконтактных переключателей индуктивного типа, установленных на раме подъемного агрегата таким образом, чтобы расстояние между бесконтактными переключателями и металлическими метками при вращении барабана лебедки составляло 3-5 мм, при этом на зафиксированном конце талевого каната установлен датчик силы, выполненный с возможностью передачи показаний на измерительный блок для расчета параметра «вес на крюке», при этом измерительный блок выполнен с возможностью обработки параметров «вес на крюке» и «положение крюкоблока» и осуществления расчета длины каждой трубы с учетом расстояния, пройденного крюкоблоком с момента превышения порогового значения параметра «вес на крюке» до момента перехода значения указанного параметра ниже порогового.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.

На фиг. 1 представлено заявленное устройство,

на фиг. 2 - блок- схема, иллюстрирующая порядок работы устройства.

На фиг. 1 и 2 показаны:

1 - датчик измерения положения крюкоблока (датчик перемещения);

2 - барабан лебедки подъемного агрегата;

3 - распределительная коробка;

4 -талевый канат;

5 - крюкоблок;

6 - система роликов;

7 - мачта подъемного агрегата;

8 - датчик силы;

9 - измерительный блок;

10 - труба;

11 - мостки;

12 - устье скважины;

13 - спайдер;

14 - резьбовое соединение трубы;

15 - выносное табло.

Датчик 1 предназначен для преобразования угловых перемещений барабана 2 лебедки подъемного агрегата в двухфазный импульсный сигнал и служит для измерения положения крюкоблока 5. Он состоит из двух бесконтактных переключателей индуктивного типа (не показаны), установленных на раме подъемного агрегата таким образом, чтобы расстояние между бесконтактными переключателями и металлическими метками (не показаны) при вращении барабана 2 лебедки составляет 3-5 мм, т.е. в непосредственной близости к барабану 2 лебедки. Датчик 1 смонтирован на раму подъемного агрегата под металлическим кожухом лебедки.

В зависимости от периодичности срабатывания бесконтактных конечных выключателей определяется направление вращения барабана 2 лебедки подъемного агрегата. При вращении барабана 2 лебедки в одном направлении датчик 1 генерирует определенное количество импульсов, которые регистрирует измерительный блок 9.

Датчик 1 подключен к распределительной коробке 3. На лебедку 2 намотан талевый канат 4, который через систему роликов 6 связан с крюкоблоком 5. Ролики 6 расположены на мачте 7 подъемного агрегата.

На зафиксированный конец талевого каната 4 установлен датчик 8, который подключен к распределительной коробке 3. Датчик 8 представляет собой тензометрический датчик, который передает величину силы натяжения G_k талевого каната 4, необходимую для расчета параметра «вес на крюке» W_k (фиг. 2).

Распределительная коробка 3 представляет собой коммутационный блок, к которому подключены датчики 1 и 8, он электрически связан с измерительным блоком 9. Измерительный блок 9 представляет собой контроллер, которой производит расчеты на основании полученных параметров G_k и I₁.

В измерительный блок 9 предварительно занесена калибровочная таблица, в которой каждому значению выходного токового сигнала от датчика силы 8 соответствует определенное значение номинальной нагрузки G_k, которая пересчитывается в параметр «вес на крюке» W_k, величина I₁ - в параметр «положение крюкоблока» H. А также заведена величина порогового значения параметра «вес на крюке» S.

Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.

Датчик 1 преобразует угловые перемещения барабана 2 лебедки в двухфазный импульсный сигнал I₁ и передает его в измерительный блок 9 через распределительную коробку 3.

Датчик 8 измеряет силу натяжения G_k талевого каната 4 и передает его через распределительную коробку 3 на измерительный блок 9.

Измерительный блок 9 импульсный сигнал I₁ пересчитывает в параметр «положение крюкоблока» H, а величину силы натяжения талевого каната G_k - в параметр «вес на крюке» W_k.

В измерительном блоке 9 осуществляется вычисление длины каждой трубы L и суммарной длины колонны труб L_n. Полученные результаты отражаются на выносном табло 15.

Измерительный блок 9 использует следующую формулу для расчета длины трубы:

L = H₁(W_k × S) - H₂(W_k × S), где

L - длина трубы;

S - пороговое значение параметра «вес на крюке»;

W_k - значение параметра «вес на крюке»;

H₁ - последнее по времени измеренное значение параметра «положение крюкоблока» при значении параметра «вес на крюке» (W_k) меньше порогового значения (S);

H₂ – последнее по времени измеренное значение параметра «положение крюкоблока» при значении параметра «вес на крюке» (W_k) больше порогового значения (S).

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для измерения длины колонны длинномерных тел, в частности насосно-компрессорных труб (НКТ), спускаемых в нефтяную скважину при проведении в ней технологических работ. Технический результат – повышение точности и достоверности результатов измерения, замер величины натяжения каната при открытии/закрытии спайдера и исключение вероятности преждевременного переключения режима расчета длины трубы. Устройство для измерения длины колонны труб, спускаемых в скважину, включает барабан лебедки, установленный на раме подъемного агрегата, талевый канат, намотанный на барабан лебедки и связанный через систему роликов с крюкоблоком, при этом ролики расположены на мачте подъемного агрегата, датчик перемещения, электрически связанный с измерительным блоком. На барабане лебедки подъемного агрегата размещены металлические метки. Датчик перемещения выполнен с возможностью сбора информации о параметре «положение крюкоблока» и передачи ее на измерительный блок и состоит из двух бесконтактных переключателей индуктивного типа, установленных на раме подъемного агрегата таким образом, чтобы расстояние между бесконтактными переключателями и металлическими метками при вращении барабана лебедки составляло 3-5 мм. При этом на зафиксированном конце талевого каната установлен датчик силы, выполненный с возможностью передачи показаний на измерительный блок для расчета параметра «вес на крюке». Измерительный блок выполнен с возможностью обработки параметров «вес на крюке» и «положение крюкоблока» и осуществления расчета длины каждой трубы с учетом расстояния, пройденного крюкоблоком с момента превышения порогового значения параметра «вес на крюке» до момента перехода значения указанного параметра ниже порогового. 2 ил.

Устройство для измерения длины колонны труб, спускаемых в скважину, включающее барабан лебедки, установленный на раме подъемного агрегата, талевый канат, намотанный на барабан лебедки и связанный через систему роликов с крюкоблоком, при этом ролики расположены на мачте подъемного агрегата, датчик перемещения, электрически связанный с измерительным блоком, отличающееся тем, что на барабане лебедки подъемного агрегата размещены металлические метки, датчик перемещения выполнен с возможностью сбора информации о параметре «положение крюкоблока» и передачи ее на измерительный блок и состоит из двух бесконтактных переключателей индуктивного типа, установленных на раме подъемного агрегата таким образом, чтобы расстояние между бесконтактными переключателями и металлическими метками при вращении барабана лебедки составляло 3-5 мм, при этом на зафиксированном конце талевого каната установлен датчик силы, выполненный с возможностью передачи показаний на измерительный блок для расчета параметра «вес на крюке», при этом измерительный блок выполнен с возможностью обработки параметров «вес на крюке» и «положение крюкоблока» и осуществления расчета длины каждой трубы с учетом расстояния, пройденного крюкоблоком с момента превышения порогового значения параметра «вес на крюке» до момента перехода значения указанного параметра ниже порогового.