Устройство для измерения длины колонны труб

 

Изобретение относится к средствам контроля технологического процесса ремонта скважины. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение точности измерения длины колонны труб (КТ). Предложенное устройство в числе прочих содержит датчик перемещения КТ. Этот датчик включает в себя неподвижный корпус с прижимным роликом и поворотный корпус с мерительным роликом. Между прижимным и поворотным корпусами закреплена пружина, предназначенная для создания усилия на трос, на котором подвешена КТ. Для создания дополнительного усилия на трос мерительный ролик выполнен полым с расположением в полости постоянных магнитов. На одной оси с мерительным роликом жестко закреплен перфорированный диск. Последний может взаимодействовать с двумя индуктивными датчиками, предназначенными для сканирования угла поворота диска. Сигналы с выходов индуктивных датчиков поступают на входы блока определения направления движения и интерполятора сигналов. Выходы блока определения направления движения и интерполятора сигналов подсоединены ко входам арифметико-логического блока (АЛБ). К другим входам АЛБ также подключены датчик положения клинового захвата и блок сравнения, дающие разрешающий сигнал на подсчет в АЛБ счетных импульсов, поступающих с интерполятора сигналов. Ко входам блока сравнения подключены датчик веса на крюке и задатчик начального уровня блокировки. Сигнал с АЛБ поступает на индикатор. 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к средствам контроля технологического процесса ремонта скважины и может быть использовано для измерения длины колонны труб при спускоподъемных операциях на скважине.

Известно устройство для измерения длины колонны труб, содержащее датчик усилия, сумматор реле с контактами, кабельной связью и тяговой передачей, состоящей из неподвижных роликов, подвижных роликов, плиты, рамы, эластичных связей, направляющих роликов, установленных на оси. Устройство также содержит указатель длины колонны труб, мерный тросик, талевый блок, вспомогательные ролики, выключатель, установленный на "мертвом" конце талевого каната (А.С. СССР N 1452946, кл. E 21 В 45/00).

Это устройство позволяет проводить измерение длины колонны труб при спускоподъемных операциях на скважине. Однако оно обладает сложной и габаритной конструкцией, что значительно усложняет эксплуатацию этого устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения длины колонны труб при спускоподъемных операциях, содержащее датчик перемещения колонны труб, выход которого подключен к первому входу первого ключа, задатчик параметров талевого каната, соединенный с блоком функционального преобразования, который в свою очередь соединен с реверсивным счетчиком, датчик массы, соединенный с первым входом блока сравнения, задатчик начального уровня блокировки, первый элемент ИЛИ и второй ключ, второй элемент ИЛИ, элемент И и датчик положения клинового захвата, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, выход датчика перемещения колонны труб соединен с первым входом второго ключа, вторые входы обоих ключей соединены с выходом элемента И, выходы блока функционального преобразования соединены с первыми входами элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ключей, а выходы соединены с входами реверсивного счетчика, задатчик начального, уровня блокировки подключен к второму входу блока сравнения (А.С.СССР N 1716113, кл. E 21 В 45/00).

Данное устройство позволяет измерять длину колонны труб при спускоподъемных операциях, но отличается сложной и недостаточно надежной схемой измерения, что в конечном счете приводит к снижению точности измерения.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение точности измерения.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для измерения длины колонны труб, содержащее датчик перемещения колонны труб, датчик положения клинового захвата, блок сравнения, ко входам которого подключены датчик веса на крюке и задатчик начального уровня блокировки, и арифметико-логический блок, снабжено подключенным к выходу арифметико-логического блока индикатором, двумя индуктивными датчиками, блоком определения направления движения и интерполятором сигналов, а датчик перемещения колонны труб выполнен в виде неподвижного корпуса с укрепленным в нем прижимным роликом, поворотного корпуса с размещенным в нем мерительным роликом, закрепленной между неподвижным и поворотным корпусами пружины и перфорированного диска, а мерительный ролик выполнен в виде полого цилиндра, в полости которого по радиальным осям расположены постоянные магниты таким образом, что одним полюсом обращены к поверхности оси вращения цилиндра, а противоположным полюсом к боковой поверхности цилиндра, причем соседние магниты на поверхности оси вращения цилиндра и на боковой поверхности цилиндра имеют противоположные полюса, на одной оси с мерительным роликом жестко закреплен перфорированный диск с возможностью взаимодействия с первым и вторым индуктивными датчиками, установленными так, что выходные сигналы их сдвинуты относительно друг друга на четверть периода перфорации диска, причем выходы первого и второго индуктивных датчиков подключены соответственно к первому и второму входам интерполятора сигналов и к первому и второму входам блока определения направления движения, а первый и второй выходы блока определения направления движения, выход интерполятора сигналов, выход датчика положения клинового захвата, выход блока сравнения подключены к соответствующим входам арифметико-логического блока.

Сущность изобретения состоит в том, что за счет магнитного потока, созданного парой соседних магнитов, заключенных в полости мерительного ролика, замыкающегося через поверхность оси вращения ролика, боковую поверхность цилиндра ролика и контактирующую с ней поверхность троса, между мерительным роликом и тросом возникает сила взаимного притяжения. Во время движения троса между тросом и мерительным роликом в результате действия силы взаимного притяжения и действия прижимного ролика возникает момент трения, который приводит к вращению мерительного ролика. Момент трения между тросом и мерительным роликом сохраняется в течение полного оборота ролика за счет постоянной смены пар магнитов, установленных в полости цилиндра. Одновременно с вращением мерительного ролика вращается и перфорированный диск, установленный на одной оси с мерительным роликом и взаимодействующий своей равномерно перфорированной боковой поверхностью с двумя индуктивными датчиками, выходы которых подключены к входам интерполятора сигналов и блока определения направления движения мерительного ролика. При движении троса на выходе интерполятора сигналов формируются счетные импульсы.

Из приведенного видно, что в предлагаемом устройстве нагрузка на мерительный ролик, противодействующая его вращению под действием силы трения с движущимся тросом, сведена к минимуму по причине отсутствия каких-либо редукторов, связанных с мерительным роликом, а момент трения между тросом и мерительным роликом, способствующий успешному вращению ролика при движении троса, сведен до максимума.

Таким образом, в предлагаемом устройстве снижается дополнительная погрешность при измерении длины колонны труб за счет снижения возможности проскальзывания мерительного ролика относительно движущегося троса и упрощается конструкция устройства в целом. Необходимая точность измерения достигается с помощью перфорированного диска, двух индуктивных датчиков и интерполятора сигналов.

Как видно из приведенного, предлагаемое решение обладает признаками, отличающими его от известного, которые придают заменяемому решению новые свойства. Следовательно, новые признаки предлагаемого решения являются существенными.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство и его электрическая схема. На фиг.2 представлена конструкция мерительного ролика.

Устройство для измерения длины колонны труб содержит неподвижный корпус 1 с укрепленным в нем прижимным роликом 2, поворотный корпус 3 с размещенным в нем мерительным роликом 4, пружину 5, закрепленную между неподвижным 1 и поворотным 3 корпусами для создания усилия на трос 6, мерительный ролик 4, связанный через общую ось с перфорированным диском 7, который взаимодействует с индуктивными датчиками 8 и 9, установленными так, что выходные сигналы их сдвинуты относительно друг друга на четверть периода перфорации диска 7, выходы которых подключены к выходам интерполятора 10 сигналов и блока 11 определения направления движения мерительного ролика, датчик 12 положения клинового захвата, датчик 13 веса на крюке, блок 14 сравнения, задатчик 15 начального уровня блокировки, арифметико-логический блок 16 и цифровой индикатор 17. Первый вход арифметико-логического блока 16 соединен с выходом датчика 12 положения клинового захвата, а второй вход подключен к выходу блока 14 сравнения, первый вход которого соединен с датчиком 13 веса на крюке, а второй вход подключен к задатчику 15 начального уровня блокировки, третий и четвертый входы арифметико-логического блока 16 соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 11 определения направления движения мерительного ролика, пятый вход подключен к выходу интерполятора 10 сигналов, а выход арифметико-логического блока 16 соединен с выходом цифрового индикатора 17.

Мерительный ролик 4 (фиг.2) выполнен в виде полого цилиндра, в полости которого по радиальным осям размещены постоянные магниты 18 таким образом, что одним полюсом направлены к поверхности оси вращения, а другим к боковой поверхности цилиндра. Причем соседние магниты на поверхности оси вращения цилиндра имеют противоположные полюса соответственно и на боковой поверхности цилиндра.

Устройство работает следующим образом: Усилие, создаваемое мерительным 4 и прижимным 2 роликами на трос 6, обеспечивается пружиной 5, которая закреплена между поворотным и неподвижным корпусами 3 и 1. Кроме того, магнитный поток пары соседних магнитов 18, размещенных в полости мерительного ролика 4, замыкаясь через поверхность оси вращения ролика 4, боковую поверхность цилиндра ролика 4 и контактирующую с ней поверхность троса 6, обеспечивает силу взаимного притяжения между мерительным роликом 4 и тросом 6, которая увеличивает момент трения между ними во время движения троса. В процессе спуско-подъемных операций на скважине трос 6 будет перемещаться, вращая мерительный 4, прижимной 2 ролики и установленный на одной оси с мерительным роликом 4 перфорированный диск 7. С поворотом мерительного ролика 4 происходит смена пары постоянных магнитов 18, и магнитный поток уже другой пары магнитов 18 создает такое же взаимное притяжение между мерительным роликом 4 и тросом 6. Таким образом, момент трения между мерительным роликом 4 и движущимся тросом 6 сохраняется в течение всего цикла вращения, что способствует вращению ролика 4 без проскальзываний. Индуктивные датчики 8 и 9, взаимодействующие с равномерно перфорированной боковой поверхностью перфорированного диска 7, сканируют угол поворота диска 7, а значит и величину перемещения троса 6. Выходные сигналы индуктивных датчиков 8 и 9 поступают на первый и второй входы интерполятора 10 сигналов, который позволяет уменьшить дискрету отсчета величины перемещения колонны труб. С выхода интерполятора 10 сигналов счетные импульсы поступают на вход арифметико-логического блока 16. В зависимости от направления вращения мерительного ролика 4 в блоке 11 сигнал появляется либо на первом выходе, либо на втором выходе, с которых далее поступает на входы арифметико-логического блока 16.

При спуске колонны труб в скважину перед началом "i" цикла спуска колонны на длину свечи крюк установки занимает верхнее положение и нагрузка на крюке отсутствует, так как колонна труб закреплена на клиньях. Сигналы на выходах блока 14 сравнения и датчика 12 положения клинового захвата отсутствуют, и арифметико-логический блок 16 счета не ведет. При вращении барабана лебедки на подъем крюк перемещается вверх и воспринимает вес колонны, нагрузка на крюке возрастает. Сигнал сдатчика 13 веса на крюке поступает на первый вход блока 14 сравнения, срабатывающий тогда, когда уровень сигнала с датчика 13 превысит уровень сигнала задатчика 15 начального уровня блокировки. При дальнейшем движении крюка вверх весь вес колонны труб воспринимается крюком, колонна приподнимается и снимается с клиньев. На выходе датчика 12 положения клинового захвата в момент снятия колонны труб с клиньев появляется сигнал, который поступает на вход арифметико-логического блока 16. Наличие сигналов с блока 14 сравнения и датчика 12 положения клинового захвата определяет разрешение на отсчет в арифметико-логическом блоке 16 импульсов перемещения колонны, поступающих с интеполятора 10 сигналов.

Первоначально колонна труб движется вверх и на первом выходе блока 11 определения направления движения мерительного ролика появляется сигнал, и арифметико-логический блок 16 выполняет функцию вычитающего счета. Затем колонна труб начинает опускаться, при этом на первом выходе блока 11 сигнал пропадает и появляется на втором выходе, что является для арифметико-логического блока 16 разрешением на проведение суммирующего счета. После того как колонна труб спущена на длину очередной трубы, она устанавливается на клинья, вследствие чего на выходе датчика 12 положения клинового захвата сигнал пропадает, что приводит к прекращению счета импульсов арифметико-логическим блоком 16. При дальнейшем движении крюка вниз нагрузка на него уменьшается, нарушается условие срабатывания блока 14 сравнения и на его выходе сигнал пропадает. Далее начинается измерение при следующем (i+l) цикле спуска колонны труб.

Пример реализации блока интерполятора 10 сигналов и блока 11 определения направления движения мерительного ролика приведены соответственно на фиг.3 и фиг.4, а диаграммы их работы соответственно на фиг.5 и фиг.6.

Блок интерполятора (фиг. 3) содержит 2 инвертора, 4 элемента 2И-НЕ, 2 элемента 2ИЛИ, осуществляющий дешифрацию входных логических комбинаций, выходные сигналы поступают на 2 формирователя импульсов, выходные сигналы которых через элемент 2ИЛИ-НЕ формируют счетные импульсы на выходе интегратора сигнала, что подтверждается диаграммой на фиг.5.

Блок определения направления движения мерительного ролика (фиг.4) содержит триггер, реализованный на элементах 2И-НЕ и вспомогательных элементах 2И-НЕ, причем триггер управляет прохождением входных счетных сигналов на выходе 1 и выходе 2 посредством элементов 2И-НЕ (1 или 2), что подтверждается диаграммой на фиг.6 (а, б).

Формула изобретения

Устройство для измерения длины колонны труб, содержащее датчик перемещения колонны труб, датчик положения клинового захвата, блок сравнения, ко входам которого подключены датчик веса на крюке и задатчик начального уровня блокировки, и арифметико-логический блок, отличающееся тем, что оно снабжено подключенным к выходу арифметико-логического блока индикатором, двумя индуктивными датчиками, блоком определения направления движения и интерполятором сигналов, а датчик перемещения колонны труб выполнен в виде неподвижного корпуса с укрепленным в нем прижимным роликом, поворотного корпуса с размещенным в нем мерительным роликом, закрепленной между неподвижным и поворотным корпусами пружины и перфорированного диска, а мерительный ролик выполнен в виде полого цилиндра, в полости которого по радиальным осям расположены постоянные магниты таким образом, что одним полюсом обращены к поверхности оси вращения цилиндра, а противоположным полюсом - к боковой поверхности цилиндра, причем соседние магниты на поверхности оси вращения цилиндра и на боковой поверхности цилиндра имеют противоположные полюса, на одной оси с мерительным роликом жестко закреплен перфорированный диск с возможностью взаимодействия с первым и вторым индуктивными датчиками, установленными так, что выходные сигналы их сдвинуты относительно друг друга на четверть периода перфорации диска, причем выходы первого и второго индуктивных датчиков подключены соответственно к первому и второму входам интерполятора сигналов и к первому и второму входам блока определения направления движения, а первый и второй выходы блока определения направления движения, выход интерполятора сигналов, выход датчика положения клинового захвата, выход блока сравнения подключены к соответствующим входам арифметико-логического блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6