УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И АВАРИЙНОЙ БЛОКИРОВКИ СПУСКО-ПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЙ ПРИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ СКВАЖИН Советский патент 1968 года по МПК E21B19/00 

При проведении геофизических исследований в скважине с помощью скважинных приборов, опускаемых в скважину на каротажном кабеле, необходимо осуществлять контроль за глубиной погружения скважинных приборов и за натяжением кабеля в скважине. Помимо некоторых метрологических целей (определение глубины появления тех или иных аномалий на кривых регистрируемых параметров и введение поправок на эту глубину, связанных с растяжением кабеля в скважине при изменении его натяжения и т.п.), основное назначение этого контроля - принять своевременные меры для предотвращения аварий, которые возникают при проведении спуско-подъемных операций в скважине. К таким авариям относятся: затаскивание скважинного прибора на блок-баланс или мерный ролик при подъеме прибора на устье скважины и прихват скважинного прибора или кабеля в скважине, приводящие к оставлению в скважине прибора, а иногда и кабеля. Это оставление может не только вывести из строя каротажную станцию, но и привести к серьезной аварии скважины и прекращению бурения на длительный срок. Для предотвращения аварий на кабель навязывают специальную метку, по которой рабочий, находящийся при проведении спуско-подъемных операций на устье скважины, определяет время прихода скважинного прибора к устью скважины. Такой способ контроля приводит к снижению скорости подъема кабеля в верхней части скважины, требует увеличения численности персонала партии и не исключает возможности аварий из-за затаскивания скважинного прибора на устье скважины. Контроль за натяжением кабеля в скважине также недостаточно надежен. Это связано с плохим качеством и низкой точностью пружинных датчиков натяжения кабеля, применяемых при производстве геофизических исследований в скважинах. Кроме того, визуальный контроль за натяжением кабеля по указывающему прибору приводит к пропускам или неточной фиксации моментов появления аварийной величины натяжения кабеля, и поэтому не может надежно предотвращать аварий.

Система сигнализации и блокировки такого рода должна обеспечивать автоматическую предупредительную сигнализацию и блокировку, т.е. автоматически выключать привод лебедки в случае, если лебедчик не принимает необходимых мер после предупредительной сигнализации при подходе скважинного прибора к устью скважины и при прихватах скважинного прибора или кабеля в скважине. Основным требованием к таким системам является надежность системы блокировки, поскольку при ее использовании лебедчик не применяет принятых в настоящее время мер контроля. С этой точки зрения в таких системах чрезвычайно важны надежность и стабильность датчиков сигнализации, и в особенности блокировки, и необходимо применение различных датчиков в системах сигнализации и блокировки.

Предложенное устройство обеспечивает как предупредительную сигнализацию во всех указанных случаях, так и автоматическое прекращение подъема кабеля при аварийных положениях и нагрузках. Датчики предложенного устройства непосредственно связаны с рабочими органами спуско-подъемного механизма, что практически исключает подъем кабеля при отказе датчиков и обеспечивает надежность системы.

На чертеже показана электрокинематическая схема предложенного устройства.

Устройство включает тензометрический датчик 1 натяжения кабеля, на котором направляющий ролик 2 подвешивается к талевому крюку 3 буровой установки. При такой системе к стержню датчика прикладывается нагрузка, равная удвоенному натяжению кабеля 4 в скважине 5, и сигнал тензометрического датчика линейно изменяется пропорционально натяжению кабеля. Далее кабель через мерный ролик 6 направляется к барабану 7 лебедки подъемника или каротажной станции. На мерном ролике установлен датчик глубин, представляющий сельсин-датчик 8, связанный передачей 9 с валом мерного ролика так, что ротор сельсина-датчика делает 4 об/мин перемещения кабеля в скважине. Тензометрический датчик натяжения кабеля подключен к регистратору 10 натяжения кабеля, установленному в подъемнике или в каротажной станции. Регистратор выполнен в виде автоматического моста переменного тока, угол поворота вала 11 реохорда которого от исходного (нулевого) положения пропорционален натяжению кабеля в скважине. На валу 11 реохорда смонтированы регулируемые кулачки 12 и 13. Положение кулачков относительно исходного положения ползунка реохорда устанавливается таким, чтобы обеспечивать соответственно замыкание блок-контактов 14 и 15 при заданных натяжениях кабеля по шкале 16, градуированной непосредственно в тоннах натяжения кабеля. В подъемнике или в каротажной станции установлен сельсин-приемник 17, связанный с сельсином-датчиком 8. Ротор сельсина-приемника также делает 4 об/мин перемещения кабеля в скважине. Ротор сельсина-приемника 17 через передачу 18 связан со счетчиком-задатчиком 19 глубин, ведущий вал которого делает 1 об/мин перемещения кабеля в скважине. Счетчик-задатчик глубин имеет специальную уставку, обеспечивающую замыкание блок-контактов 20 при заданных показаниях счетчика, устанавливаемых с помощью указанной уставки. На валу ротора сельсина-приемника 17 также смонтирован контакт трения 21, замыкающий блок-контакты 22 при спуске кабеля в скважину. С валом барабана 7 лебедки непосредственно связан счетчик-задатчик 23 числа оборотов лебедки. Счетчик-задатчик имеет специальную уставку, осуществляющую замыкание блок-контактов 24 при заданных показаниях счетчика, устанавливаемых с помощью указанной уставки. Электрическая часть схемы устройства включает в себя реле 25 с контактами 25/1-25/3, сигнальную лампочку 26, сирену 27, выключатель 28, реле 29 с контактами 29/1-29/5, реле 30 с контактами 30/1-30/3, сигнальную лампочку 31, 32, 33, реле 34 с контактами 34/1-34/2, сигнальную лампочку 35, реле 36 с контактами 36/1-36/2, сигнальную лампочку 37, электродвигатель 38 и концевые выключатели 39, 40. Кроме того, на чертеже показаны скважинный прибор 41 и кондуктор 42.

Устройство работает следующим образом.

При спуске кабеля в скважину контактом трения 21 замыкаются блок-контакты 22 и включается реле 25, которое своими контактами 25/2 и 25/3 включает предупредительную сигнализацию (сигнальную лампочку 26 и сирену 27), напоминающую лебедчику о необходимости включения устройства для блокировки спуско-подъемных операций. При включении устройства выключателем 28 срабатывает реле 29 и его контактами 29/1, 29/3 и 29/5 подготавливается к работе система сигнализации и блокировки по глубинам. Эта система включается при подъеме кабеля, а именно, при размыкании контактами 21 трения блок-контактов 22 и выключении реле 25. Одновременно контактами 29/2 и 29/4 реле 29 включает лампочку 26 и сирену 27, сигнализирующие лебедчику о необходимости включения устройства. Перед началом спуско-подъемных операций опускают скважинный прибор 41 на 2-3 м от устья скважины и с помощью уставки счетчика-задатчика 23 числа оборотов лебедки устанавливают замыкание блок-контактов 24 при данных показаниях счетчика-задатчика. Затем опускают прибор еще на 2-3 м и с помощью уставки счетчика-задатчика 19 глубин устанавливают замыкание блок-контактов 20 при данных показаниях счетчика-задатчика глубин. Кулачки 12 и 13 на регистраторе 10 натяжения кабеля выставляются по шкале 16 так, чтобы блок-контакты 14 и 15 замыкались соответственно при предельном рабочем и аварийном натяжении кабеля в скважине. При начале, подъема кабеля контакт 21 трения размыкает блок-контакты 22, которыми выключается реле 25. При этом нормально замкнутыми контактами 25/1 этого реле подготавливается к работе система сигнализации и блокировки по глубинам. При подходе скважинного прибора 41 к устью скважины и достижении глубины, установленной на счетчике-задатчике 19, замыкаются блок-контакты 20 и включается реле 30. Реле контактами 30/1 самоблокируется, а контактами 30/2 и 30/3 включает сигнальную лампочку 31 и сирену 27, которые сигнализируют лебедчику о подходе скважинного прибора к устью и о необходимости принятия соответствующих мер. В этом случае лебедчик должен выключить блокирующее устройство выключателем 28 и на малой скорости с соответствующими предосторожностями поднять скважинный прибор. При отсутствии указанных мер при достижении счетчиком-задатчиком 23 числа оборотов барабана лебедки заданных показаний замыкаются блок-контакты 24, включающие реле 32, которое контактами 32/1 самоблокируется, а контактами 32/4 разрывает цепь зажигания двигателя автомобиля подъемника, выключив привод лебедки и остановив подъем кабеля. Одновременно контактами 32/2 и 32/3 включаются сигнальная лампочка 33 и сирена 27.

Таким образом, продолжение подъема кабеля при выходе из строя счетчика-задатчика, непосредственно связанного с приводом лебедки, практически невозможно. Если при подъеме натяжение кабеля достигает предельных заданных значений, кулачок 12 регистратора натяжения 10 замыкает блок-контакты 14, которыми включается реле 34. При срабатывании реле 34 его контактами 34/1 и 34/2 включаются сигнальная лампочка 35 и сирена 27, сигнализирующие лебедчику о предельном натяжении кабеля. В этом случае лебедчик должен выключить устройство и прекратить подъем кабеля. При отсутствии необходимых мер со стороны лебедчика кулачок 13 регистратора натяжения замкнет блок-контакты 15, которые включают реле 36. При срабатывании реле 36 оно своими контактами 36/3 разрывает цепь зажигания двигателя автомобиля подъемника или каротажной станции и выключает привод лебедки. Одновременно контактами 36/1 и 36/2 оно включает сигнальную лампочку 37 и сирену 27 системы сигнализации. Такая система блокировки по натяжению значительно повышает надежность действия предлагаемого устройства и исключает аварию в случае отказа системы блокировки по глубинам.

Устройство может быть использовано в подъемниках каротажных станций, на автомобилях с дизельным двигателем. В этом случае для автоматического выключения привода лебедки кран управляется двухфазным реверсивным электродвигателем 38. При выключенном устройстве (замкнутых контактах 29/5 реле 29) электродвигатель 38 поворачивается и открывает пневматический кран. При включении блокирующего устройства контакты 29/5 размыкаются, а контакты 29/6 реле 29 подготавливают схему автоматического выключения пневматического крана. При аварийных положениях срабатывает реле 32 или 36, и контактами 32/4 или 36/3 включается питание второй обмотки электродвигателя 38, обеспечивающее его поворот в обратную сторону и выключение с помощью пневматического крана привода лебедки. Поворот ротора электродвигателя 38 на необходимый угол осуществляется концевыми выключателями 39 и 40.

Устройство для контроля и аварийной блокировки спуско-подъемных операций при геофизических исследованиях скважин, содержащее тензометрический датчик натяжения кабеля, на котором к крюку талевого блока буровой подвешен направляющий ролик, мерный ролик для измерения длины кабеля, датчик глубин и регистратор натяжения кабеля, отличающееся тем, что, с целью предотвращения аварий на буровой, связанных с обрывом кабеля, затаскиванием скважинного прибора на устье или прихватом, или зацеплением прибора за башмак обсадной колонны, оно снабжено регулируемыми кулачками, размещенными на валу реохорда регистратора натяжения кабеля, замыкающими блок-контакты соответственно при заданных предельных рабочих и аварийных натяжениях кабеля в скважине, и счетчиками-задатчиками, снабженными уставками, обеспечивающими замыкание их блок-контактов при заданных показаниях счетчиков, один из которых связан сельсинной передачей с мерным роликом, обеспечивая предупредительную сигнализацию при подходе скважинного прибора к устью скважины, а другой - непосредственно с барабаном лебедки подъемника, обеспечивая автоматическое выключение привода лебедки при дальнейшем подъеме кабеля после получения предупредительного сигнала.