Результат интеллектуальной деятельности: Устройство определения длины и скорости кабеля при проведении спускоподъёмных операций на скважине

Изобретение относится к области нефтедобычи и геологических исследований, а именно, к устройству определения длины и скорости кабеля при проведении спускоподъемных операций на скважине, например для спуска в скважину глубинно-насосного (погружного) оборудования.

Известно устройство определения длины спускаемого в скважину кабеля, включающее приспособление с каналом для подачи кабеля, сматываемого с катушки, и блок измерения (см. описание полезной модели к патенту Российской Федерации № 165 277, МПК G01B 7/04, опубл. 10.10.2016).

Известное устройство предназначено только для измерения длины спускаемого в скважину кабеля, что является его недостатком.

Приспособление для подачи кабеля в скважину в известном устройстве выполнено в виде вращающегося шкива, при этом кабель имеет заранее известные параметры. На шкиве закреплена метка, например магнитная метка, или RFID метка, или оптическая метка. При движении шкива метка периодически проходит рядом с блоком обнаружения, выполненным в виде детектора, фиксирующего ее обнаружение, и детектор формирует сигнал обнаружения. Глубина спуска кабеля определяется как произведение количества принятых сигналов обнаружения на длину окружности шкива.

В зависимости от используемого типа детектора сигнал обнаружения может дополнительно обрабатываться или сразу передаваться на блок измерения.

В известном устройстве, при проходе кабеля через шкив, высока вероятность проскальзывания кабеля по поверхности шкива, что приводит к недостоверным измерениям. Поскольку измерение происходит при контакте кабеля со шкивом, то при неблагоприятных погодных условиях, например пасмурной погоде (снег, дождь, обледенение), происходит ухудшение контакта кабель-шкив, что снижает точность измерения. В процессе контакта кабель-шкив происходит дополнительный износ контактирующих поверхностей, что также приводит к недостоверным показателям в процессе измерений.

Кроме того, известное устройство используют со специально изготовленной установкой для намотки и размотки кабеля (под установкой имеется в виду катушка для намотки кабеля и рама для крепления катушки). Использование установок для намотки и размотки кабеля, выпущенных ранее, или других изготовителей не представляется возможным, что значительно сужает возможность использования данного устройства.

Известно устройство определения длины спускаемого в скважину кабеля, включающее приспособление с каналом для подачи в скважину сматываемого с катушки кабеля, и блок измерения (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации № 2 618 487, МПК G01B 7/06, опубл. 03.05.2017).

Известное устройство предназначено только для измерения длины спускаемого кабеля, что является его недостатком.

Приспособление для подачи кабеля в скважину в известном устройстве выполнено в виде шкива, при этом кабель имеет заранее известные параметры. На шкиве закреплена метка, например магнитная метка, или RFID метка, или оптическая метка. При движении шкива метка периодически проходит рядом с блоком обнаружения, выполненным в виде детектора, в этот момент происходит ее обнаружение и детектор формирует сигнал обнаружения. Глубина спуска кабеля определяется как произведение количества принятых сигналов обнаружения на длину окружности шкива.

В зависимости от используемого типа детектора сигнал обнаружения может дополнительно обрабатываться или сразу передаваться на блок измерения.

Блок измерения выполнен с возможностью считывания скорости вращения электродвигателя и определения частоты появления меток, равной отношению периода появления меток к скорости вращения соединенного с катушкой электродвигателя.

В известном устройстве при проходе кабеля через шкив высока вероятность проскальзывания кабеля по поверхности шкива, что может приводить к недостоверным измерениям. Поскольку измерение происходит при контакте кабеля со шкивом, то при неблагоприятных погодных условиях, например пасмурной погоде (снег, дождь, обледенение) происходит ухудшение контакта кабель-шкив, что снижает точность измерения. В процессе контакта кабель-шкив происходит дополнительный износ контактирующих поверхностей, что также приводит к недостоверным показателям в процессе измерений.

Кроме того, известное устройство используют со специально изготовленной установкой для намотки и размотки кабеля (под установкой имеется в виду катушка для намотки кабеля и рама для крепления катушки). Использование установок для намотки и размотки кабеля, выпущенных ранее, или других изготовителей не представляется возможным, что значительно сужает возможность использования данного устройства.

Известно устройство для измерения длины кабеля, принятое в качестве прототипа, включающее приспособление с каналом для подачи в скважину кабеля, сматываемого с катушки, и блок измерения (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР № 1 455 226, МПК G01B 5/04, опубл. 30.01.1984).

Известное устройство предназначено для измерения только длины кабеля с навивкой и не имеет возможности измерения скорости спуска кабеля в скважину, что ограничивает область его применения.

Измерительный узел выполнен в виде вала с осевым каналом для размещения кабеля, тремя радиальными каналами для размещения подпружиненных штоков, с закрепленными на штоках дисками для взаимодействия с кабелем.

Измерение длины кабеля происходит с помощью измерительного узла контактным способом с помощью счётчика, размещенного непосредственно в измерительном узле, при этом отсутствует возможность снимать показания на удалении от счётчика.

Счётчик механически контактирует с навивкой кабеля, при этом не исключена возможность проскальзывания диска по поверхности кабеля, что приводит к недостоверным измерениям.

Технической задачей и результатом предлагаемого изобретения является создание устройства одновременного определения длины кабеля, спущенного в скважину, и скорости его спуска, обладающего возможностью его использования для кабеля любого типоразмера и в комплекте с установкой для намотки и размотки кабеля любой конструкции.

Технический результат достигается тем, что в устройстве определения длины и скорости спуска кабеля при проведении спускоподъемных операций на скважине, включающем приспособление с каналом для подачи кабеля, сматываемого с катушки, и блок измерения, имеются отличия, а именно: приспособление для подачи в скважину сматываемого с катушки кабеля выполнено в виде каретки с закреплёнными вращающимися верхними и нижними роликами, образующими канал для подачи кабеля, при этом нижние ролики установлены с возможностью регулирования их положения относительно верхних роликов, при этом каретка закреплена на подвижном кронштейне посредством вертлюга, имеющего возможность регулирования положения по высоте относительно кронштейна, а в качестве блока измерения использован прибор для бесконтактного измерения длины и скорости, закрепленный на вертлюге над приспособлением для подачи кабеля в скважину, при этом подвижный кронштейн закреплён с возможностью вращения на вертикально установленной стойке, с возможностью её крепления к рамной конструкции установки для намотки и размотки кабеля.

В этом случае, устройство дополнительно оснащено универсальными хомутами для крепления стойки к любой установке для намотки и размотки кабеля.

Предлагаемое устройство позволяет измерять одновременно и длину и скорость как при спуске кабеля в скважину, так и при его подъёме из скважины.

В предлагаемом устройстве измерение происходит бесконтактным способом, и, следовательно, ни проскальзывание, ни возможный износ поверхностей не влияют на точность измерения. Кроме того, измерение длины и скорости спуска кабеля не зависит от формы и геометрии наружной поверхности кабеля, а именно, есть на нём навивка или кабель имеет гладкую поверхность.

При проведении спускоподъемных операций на скважине с погружным оборудованием предлагаемое устройство можно применять с любыми существующими установками для намотки и размотки кабеля, в связи с этим не требуется закупать и устанавливать новые установки для намотки и размотки кабеля.

Предлагаемое устройство может быть использовано с любыми известными, выпущенными ранее или на данный момент, установками для намотки и размотки кабеля, так как оно крепится к рамам установок с помощью универсальных хомутов, обеспечивающих регулирование крепления по высоте и имеющих возможность вращения вокруг своей оси.

В предлагаемом устройстве показания снимаются бесконтактно, и сигналы от измерительного прибора передаются по кабелям к внешнему устройству (компьютеру) вывода и хранения показаний, расположенному в любом удобном месте.

Устройство определения длины и скорости спуска кабеля при проведении спускоподъемных операций на скважине иллюстрировано чертежами, где: на фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - поперечный разрез каретки с проходящим через неё кабелем; на фиг. 3 – крепление устройства к раме установки для намотки и размотки кабеля.

Устройство определения длины и скорости спуска кабеля содержит приспособление подачи кабеля в скважину, выполненное в виде каретки 1, состоящей из двух соединенных между собой частей - верхней и нижней. В верхней части установлены вращающиеся верхние ролики 2 в количестве трёх штук для исключения выгибания кабеля вверх дугой между крайними роликами 2. Оси верхних роликов жестко закреплены на каретке 1, а ролики 2 установлены на осях посредством подшипников качения (оси и подшипники на чертеже не показаны).

В нижней части с зазором относительно верхних роликов 2 установлены нижние ролики 3, с образованием между ними канала для размещения кабеля 4.

Нижние ролики 3 имеют возможность регулирования положения относительно верхних роликов 2 (изменения зазора между роликами 2 и 3 с помощью резьбовых втулок 5, накрученных на резьбовой шток 6, что позволяет использовать каретку 1 для различного типоразмера кабеля.

Каретка 1 посредством кронштейна жестко закреплена на вертлюге 7 (кронштейн на чертеже не показан). Над кареткой 1 на вертлюге 7 жестко закреплен блок измерения, выполненный в виде установленного в корпусе 8 прибора 9 бесконтактного измерения длины и скорости кабеля 4. Корпус 8 снабжен отверстием для выхода потока импульсного сигнала от прибора 9 (отверстие на чертеже не показано).

В качестве бесконтактного измерительного прибора 9 могут быть использованы приборы моделей VLM320 или VLM500, обеспечивающие измерение длины и скорости непрерывно движущегося кабеля любого типоразмера с точностью до 0,05%. Приборы надежны при эксплуатации и обеспечивают высокую точность измерений.

Вертлюг 7 соединен болтовым соединением с подвижным кронштейном 10 и имеет возможность регулирования по высоте относительно кронштейна 10, обеспечивая тем самым регулирование положения каретки 1 по высоте (болтовое соединение на чертеже не показано). Кронштейн 10 соединен с вертикально установленной стойкой 11 с возможностью вращения относительно оси стойки 11, обеспечивая возможность свободного поворота (качания) вертлюгу 7 с кареткой 1 в горизонтальной плоскости.

Стойка 11 с помощью универсальных хомутов 12 может быть закреплена на установке 13 для намотки и размотки кабеля, имеющей основание, например в виде рамной конструкции, в котором с возможностью вращения закреплена катушка 14 с намотанным кабелем 4.

Универсальные хомуты 12 выполнены из двух соединяемых с возможностью вращения между собой частей, обеспечивающих соединение стойки 11 в вертикальном положении с установкой 13 для намотки и размотки кабеля, которая может быть любой конструкции.

Устройство определения длины и скорости спуска кабеля при проведении спускоподъемных операций на скважине с погружным оборудованием работает следующим образом.

Кабель 4 под весом спускаемого в скважину оборудования сматывается с катушки 14 и опускается в скважину, проходя без провисания между вращающимися роликами 2 и 3. При этом средний верхний ролик 2 выполняет роль калибратора по выравниванию кабеля в прямую линию и ориентирует кабель на постоянное расстояние от прибора 9 бесконтактного измерения длины и скорости для повышения точности измерения.

Поскольку кабель 4 очень жёсткий, то при его сматывании с катушки 14 необходимо, чтобы каретка 1 свободно двигалась за кабелем 4. Подвижный кронштейн 10, соединенный со стойкой 11, обеспечивает вертлюгу 7 возможность свободного качания вместе с закрепленной на нем кареткой 1. Кабель 4, проходя по каналу между роликами 2 и 3, ориентируется относительно выходного отверстия в корпусе 8 и попадает под поток импульсного сигнала прибора 9, вследствие чего происходит одновременное измерение и длины и скорости спуска кабеля 4.