Результат интеллектуальной деятельности: ДАТЧИК ОСЕВЫХ НАГРУЗОК

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.