Датчик контроля перемещения инструмента

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин и предназначено для контроля положения инструмента буровой установки. Техническим результатом изобретения является упрощение монтажа магнитного модулятора на валу лебедки буровой установки. Датчик включает блок магнитов, выполненный в виде двух полуколец, по внешнему периметру которого равномерно расположены постоянные магниты, и магниточувствительную головку, связанную кабелем с блоком электроники. При этом блок магнитов выполнен в виде браслета из полимерного материала, два полукольца которого с одной стороны подвижно связаны между собой соединительным элементом, а на открытых концах браслета расположена застежка для их фиксации, по внутреннему периметру браслета расположен дискретный упругий уплотнитель и проставка из полимерного материала, на внутреннем периметре которой также расположен дискретный уплотнитель, а на плате магниточувствительной головки последовательно установлены три соленоида, при этом для согласования соленоидов с постоянными магнитами блока магнитов продольные оси крайних соленоидов ориентированы к продольной оси центрального соленоида под углом 10°. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин и предназначено для контроля положения инструмента буровой установки посредством измерения перемещения талиевого каната в полиспастную систему буровой установки с барабанов лебедки.

Важнейшим резервом в реализации задачи контроля перемещения инструмента является развитие и внедрение в практику геологоразведочных работ прогрессивного направления промысловой геофизики – геолого-технологических исследований (ГТИ) в процессе бурения. ГТИ в процессе бурения в отличие от традиционных методов геофизических исследований скважин проводятся непосредственно в процессе бурения скважины, без простоя буровой бригады и бурового оборудования. Геофизические исследования скважин способны решать комплекс геологических и технологических задач, направленных на оперативное выделение в разрезе бурящейся скважины характеристик, экспрессного опробования и изучения выделенных объектов, обеспечения безаварийной проводки скважин и оптимизацию режима бурения с целью достижения оптимальных технико-экономических показателей процесса бурения.

Датчик контроля перемещения инструмента (ДКПИ) геолого-технологических исследований представляет собой микроконтроллерный измерительный комплекс, который обрабатывает сигналы от датчика оборотов вала буровой лебедки и вычисляет положение талевого блока, рабочего инструмента бурового станка вдоль ствола скважины. ДКПИ предназначен для использования в наземных системах сбора данных геолого-технологических исследований.

Известны устройства для определения глубины скважины, принцип действия которых основан на измерении углового перемещения вала буровой лебедки. При этом в конструкцию устройства (SU №1550119, Е21В47/04, 1990 г.) входят магниточувствительные элементы, расположенные по окружности и постоянный магнит, размещенный на рабочем диске. Рабочий диск связан с валом лебедки кинематической передачей, включающей несколько валов, шкивов, червячную и ременную передачи.

Недостатком такой конструкции является сложность монтажа датчика, требующего проведение операций сборки - разборки узла соединения вала и системы воздушного тормоза.

Известен датчик оборотов вала лебедки (RU 57819, кл. Е21В47/04, 2006г), включающий магнитный модулятор, магниточувствительный элемент и блок электроники. Магнитный модулятор (блок магнитов) выполнен в виде двух полудисков, по периметру которых равномерно расположены постоянные магниты. В качестве магниточувствительного элемента (головки) использован, магниторезистивный элемент, выход которого подключен к сети CAN через блок обработки и согласования, включающий источник питания датчика, аппаратный CAN драйвер с элементами защиты от перенапряжений, микроконтроллер и световые индикаторы. Блок магнитов установлен на торце вала буровой лебедки, а магниточувствительная головка закреплена на защитном кожухе буровой лебедки с помощью скобы, позволяющей регулировать его положение относительно блока магнитов. Блок обработки и согласования размещен в герметичном металлическом корпусе и установлен на скобе, закрепленной на защитном кожухе буровой.

Недостатком известного устройства является необходимость использования для его установки на торце вала болтовых соединений, что требует доработки вала лебедки. Основным ограничением в применении блока магнитов является то, что, как правило, вал лебедки полый и используется для подключения пневматического или гидравлического вертлюжка приводящего в действие тормозную систему лебедки. Таким образом, он занят. Второй конец вала лебедки, как правило, используется для установки тахогенератора и относится к оборудованию буровой установки для управления бурильщиком системами буровой установки. Таким образом, установка блока магнитов на валу лебедки буровой установки практически невозможна. Датчик контроля перемещения инструмента, в составе которого используется известный блок магнитов может применяться с ограниченным парком буровых установок, имеющих свободный торец вала и требующий его доработки, что недопустимо для подъемно транспортных машин стоящих на учете в Ростехнадзоре.

Проблемой изобретения является усовершенствование конструкции датчика контроля перемещения инструмента, обеспечивающего возможность его установки на валу буровой лебедки для широкого парка буровых установок.

Техническим результатом изобретения является упрощение монтажа магнитного модулятора на валу лебедки буровой установки.

Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что датчик контроля перемещения инструмента включает блок магнитов, выполненный в виде двух полуколец, по внешнему периметру которого равномерно расположены постоянные магниты и магниточувствительную головку, связанную кабелем с блоком электроники. Согласно изобретению блок магнитов выполнен в виде браслета из полимерного материала, два полукольца которого с одной стороны подвижно связаны между собой соединительным элементом, а на открытых концах браслета расположена застежка для их фиксации. По внутреннему периметру браслета расположен дискретный упругий уплотнитель и проставка из полимерного материала, на внутреннем периметре которого также расположен дискретный уплотнитель. На плате магниточувствительной головки последовательно установлены три соленоида, при этом для согласования соленоидов с постоянными магнитами блока магнитов, продольные оси крайних солиноидов ориентированы к продольной оси центрального соленоида под углом 10°.

Соединительный элемент двух полуколец браслета может быть выполнен в виде оси.

В качестве полимерного материала браслета и проставки выбран поликапроамид (капролон).

Проставка содержит два полукольца, по краям внешнего периметра которых образованы буртики, охватывающие браслет с его внутренней стороны.

Датчик содержит набор проставок для возможности установки на разные по размеру диаметры вала лебедок.

Дискретный упругий уплотнитель браслета и проставок выполнен из губчатой резины, размер каждого дискретного элемента уплотнителя по высоте по длине от 2 до 5 мм.

Застежка выполнена в виде пружины из немагнитной нержавеющей стали, а на краях браслета расположены зацепы для застежки.

Блок магнитов содержит 12 постоянных магнитов.

Магниточувствительная головка дополнительно содержит контрольный соленоид и светодиодные индикаторы.

Выполнение блока магнитов в виде браслета из полимерного материала в качестве которого выбран поликапроамид (капролон) обеспечивает за счет удачно подобранного материала соблюдать высокие физико – механические характеристики, необходимые для работы в жестких условиях работы на буровых установках с широким диапазоном температур. Кроме того полимерные материалы выдерживают механические нагрузки, повышая тем самым эксплуатационные характеристики датчика.

Выполнение браслета неразрывным, но с возможностью перемещения вокруг оси соединительного элемента облегчает установку его на вал буровой лебедки в доступном месте в промежутке между двумя барабанами. При этом наличие застежки на свободных концах браслета позволяют надежно закреплять браслет на валу лебедки без демонтажа оборудования, что значительно облегчает монтаж датчика на буровой установке.

Для надежной фиксации браслета с блоком магнитов, для исключения проскальзывания браслета на вращающемся валу лебедки, в обязательном порядке необходим уплотнительный элемент. Однако проблема заключается в том, что при сплошном уплотнительном элементе застегнуть браслет практически невозможно (Преодоление усилия сжатия). Выполнение уплотнения дискретным, состоящим из отдельных элементов, значительно облегчило процесс фиксации браслета на валу лебедки без дополнительных приспособлений с соблюдением необходимой плотности установки и надежности фиксации. Материал дискретного уплотнителя – губчатая резина и размер дискретных элементов подобраны опытным путем.

Наличие набора проставок из полимерного материала – поликапроамида (капролона), с возможностью их расположения с внутренней стороны браслета, обеспечивает возможность для перехода на другой диаметр вала, тем самым расширяя линейку бурового оборудования на которой возможно устанавливать датчик без демонтажа и дополнительного переоборудования буровых лебедок.

Установка на плате магниточувствительной головки последовательно соединенных соленоидов, у которых продольные оси крайних соленоидов расположены по углом 10° к продольной оси центрального соленоида, обеспечивают точность измерения импульсов. При рассогласовании углов и диаметра расположения магнитов неизбежна ошибка в счете импульсов и, соответственно, происходит ошибка расчета измеряемой глубины.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен датчик контроля перемещения инструмента, установленный на валу буровой лебедки; на фиг. 2 – монтажная схема установки датчика на валу лебедки; на фиг. 3 - блок магнитов с проставками для перехода на другой диаметр вала; на фиг. 4 – застежка для фиксации блока магнитов на валу лебедки; на фиг. 5 – установка солиноидов на плате магниточувствительной головки.

Датчик контроля перемещения инструмента содержит блок магнитов, выполненный в виде браслета 1 из поликапроамида (капролона), по периметру которого равномерно закреплены 12 постоянных магнитов 3. Браслет 1 пристегивается застежкой 4 на валу 2 лебедки. Магниточувствительная головка 5, связана кабелем 6 с блоком электроники 7 и кабелем 8 с блоком электропитания (на фиг. не показано). Для установки магниточувствительной головки 5 на расстоянии от 1 до 5 мм от блока магнитов ее закрепляют на кронштейне 9, который прикрепляют, например, к кожуху 10 барабана буровой лебедки талиевого каната. Блок электроники 7 закрепляется в любом удобном месте за пределами лебедки. На плате 11 магниточувствительной головки 5 последовательно установлены три соленоида 12, продольные оси крайних солиноидов 11 ориентированы к продольной оси центрального солиноида 11 под углом 10° и согласованы между постоянными магнитами 3 блока магнитов.

Браслет 1 блока магнитов состоит из двух полуколец которые с одной стороны подвижно связаны между собой соединительным элементом в виде оси 13, а на открытых концах браслета 1 расположена застежка 4 для их фиксации, в виде пружины из немагнитной нержавеющей стали. На свободных концах браслета 1 закреплены зацепы 14, для фиксации застежки 4. По внутреннему периметру браслета 1 установлена проставка 15, состоящая из двух полуколец, выполненных из поликапроамида (капролона). По внутреннему периметру браслета 1 и проставки 15 расположен дискретный упругий уплотнитель 16 из губчатой резины. Размер упругого уплотнителя 16 по высоте и длине от 2 до 5 мм. Датчик содержит набор проставок 15 для возможности установки на разные по размеру диаметры вала лебедок.

На плате 11 магниточувствительной головки 5 дополнительно установлен контрольный соленоид 17 и светодиодные индикаторы 18.

Принцип работы датчика контроля перемещения инструментиа основан на преобразовании угла поворота барабана буровой лебедки в пропорциональное количество импульсов с последующим пересчетом их в линейное перемещение талевого блока (бурильной трубы, квадрата и т.п.).

Блок электроники 7 преобразует две последовательности импульсов от соленоидов 11 в счетные импульсы и фиксирует направление вращения вала 2. В общем случае, количество импульсов на полный оборот вала 2 указывается как один из параметров в программных средствах настройки датчика контроля перемещения инструмента. Блок электроники 7 преобразует число импульсов в величину линейного перемещения талевого каната.

Перед началом работы датчика необходимо настраивать на количество импульсов за один оборот. Для этого в приемном устройстве, которое унифицировано для работы с различным количеством импульсов на оборот, в программном окне нужно указать количество импульсов на оборот, а именно, 36, так как количество магнитов 12, а соленоидов 11 три. Соответственно 12х3=36. Контрольный соленоид 17 не участвует в процессе подсчета импульсов, а является контрольным для идентификации правильности сигналов с рабочих соленоидов. На свободном месте вала 2 лебедки, поворот которого нужно измерять, например, между кожухами лебедки, укрепляют браслет 1 с магнитами 3, равномерно расположенными по окружности. За счет дискретного уплотнителя 16 из губчатой резины, стягивание свободных концов браслета 1 упрощается, осуществляется натягивание концов и фиксация их застежкой 4. При этом фиксация браслета 1 на валу 2 плотная, без перекосов и проскальзывания. При вращении магниты 3 проходят перед магниточувствительной головкой 5, которая вырабатывает счетные импульсы. В магнитной головке 5 установлены три соленоида 11. Поэтому при одном обороте вала 2 головка 5 вырабатывает втрое больше счетных импульсов, чем количество закрепленных магнитов 3 и определяет направление вращения вала 2.

Браслет 1 с магнитами 3 устанавливают на валы 2 лебедки диаметром 230 мм. Для установки на валы 2 меньшего диаметра применяются проставки 15, входящие в комплект датчика и устанавливаемые между валом 2 и браслетом 1. Возможна также установка браслета 1 на валы 2 диаметром менее 190 мм, для этого используют набор проставок 15 под заказ, в связи с многообразием конструкций лебедок. Кронштейн 9 с магниточувствительной головкой 5 устанавливают на кожухе 10 барабана буровой лебедки. Расстояние между блоком магнитов и магниточувствительной головкой 5 при этом должно составлять 1-5 мм.

Работоспособность датчика в первом приближении оценивается срабатыванием светодиодов 11 при прохождении магнитов 3 через оси размещенных в магниточувствительной головке 5 соленоидов 11. Далее в процессе калибровки в программах верхнего уровня оценивается правильность показаний частоты вращения вала 2 лебедки с показаниями тахогенератора буровой установки. В конечном итоге в программе верхнего уровня в зависимости от диаметра талиевого каната, способа заполнения барабанов лебедки и коэффициента полиспастной системы буровой установки рассчитывается глубина или положение инструмента относительно нулевой отметки бурения скважины.

Заявленный датчик контроля перемещения инструмента имеет следующие преимущества перед аналогами:

1. Блок магнитов датчика представляет собой браслет с застежкой, его установка на вал не требует демонтажа элементов конструкции лебедки при монтаже.

2. Датчик может использоваться на лебедках с различным диаметром вала, для чего в комплекте монтажных частей предусмотрены проставки на различные диаметры валов из нормального ряда размеров валов.

3. Упрощение монтажа магниточувствительной головки и ее настройки перед началом работы.

Таким образом, разработанная конструкция отличается простотой монтажа датчика на буровых установках.

1. Датчик контроля перемещения инструмента, включающий блок магнитов, выполненный в виде двух полуколец, по внешнему периметру которого равномерно расположены постоянные магниты, и магниточувствительную головку, связанную кабелем с блоком электроники, отличающийся тем, что блок магнитов выполнен в виде браслета из полимерного материала, два полукольца которого с одной стороны подвижно связаны между собой соединительным элементом, а на открытых концах браслета расположена застежка для их фиксации, по внутреннему периметру браслета расположен дискретный упругий уплотнитель и проставка из полимерного материала, на внутреннем периметре которой также расположен дискретный уплотнитель, а на плате магниточувствительной головки последовательно установлены три соленоида, при этом для согласования соленоидов с постоянными магнитами блока магнитов продольные оси крайних соленоидов ориентированы к продольной оси центрального соленоида под углом 10°. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что соединительный элемент двух полуколец браслета выполнен в виде оси.

3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала браслета и проставки выбран поликапроамид.

4. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что проставка содержит два полукольца, по краям внешнего периметра которых образованы буртики, охватывающие браслет с его внутренней стороны.

5. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что он содержит набор проставок для возможности установки на разные по размеру диаметры вала лебедок.

6. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что дискретный упругий уплотнитель браслета и проставок выполнен из губчатой резины, размер каждого дискретного элемента уплотнителя по высоте и по длине от 2 до 5 мм.

7. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что застежка выполнена в виде пружины из немагнитной нержавеющей стали, а на краях браслета расположены зацепы для застежки.

8. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что блок магнитов содержит 12 постоянных магнитов.

9. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что магниточувствительная головка дополнительно содержит контрольный соленоид и светодиодные индикаторы.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к способу и устройству контроля целостности лопастей несущих винтов вертолета в соосной схеме их расположения. Для реализации способа используют зондирующее излучение СВЧ диапазона для измерения колебательных параметров перемещения лопастей, фазовый метод определения амплитуды махового колебания лопасти, а также используют информацию об угле установке лопастей, получаемую от штатных датчиков.
Изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам для измерения угла поворота дроссельной заслонки. Устройство содержит генератор электромагнитных колебаний, соединенный первым плечом с источником питания, и измеритель, волноводный циркулятор, отрезок прямоугольного волновода, детектор, усилитель и отрезок дугообразного диэлектрического волновода с перемещающейся по его поверхности металлической пластинкой.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений с помощью преобразователя перемещения индукционного типа.

Изобретение относится к области военной техники, в частности к датчикам положения (ДП) установленного оборудования, в том числе вооружения объектов типа БМП, БМД, БТР, танков и другой военной техники, такой как подъемно-мачтовые устройства, опорно-поворотные устройства, а также систем управления дистанционно управляемых модулей систем вооружения.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в системах дистанционного управления. Двухкоординатный преобразователь угловых перемещений содержит корпус с крышкой, ограничивающей угол поворота крестовины.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений, а именно для преобразования ограниченного угла поворота вала в цифровой код при управлении угловым положением подвижных частей объекта регулирования.

Изобретение относится к области измерительной и информационной техники. Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение процедуры измерения угла вращения.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области бесконтактных измерений угла поворота вала. Бесконтактный истинно двухосевой датчик угла поворота вала использует магнитную систему на основе малого дипольного диаметрально намагниченного магнита, совершающего угловое движение с двумя степенями свободы в рабочей плоскости, параллельной лицевой поверхности программируемого двухосевого энкодера Холла с интегрированными магнитоконцентрирующими (ИМК) дисками, выполняющими физическое преобразование магнитного поля в рабочей плоскости в перпендикулярное, к которому истинно чувствителен датчик Холла с ИМК, при этом используются другие типы датчиков, высокочувствительные только к компонентам магнитного поля в рабочей (XY) плоскости и полностью или сравнительно малочувствительные к вертикальной составляющей (Z) магнитного поля, а интегральный компонент истинно двухосевого датчика может быть смонтирован с любой стороны платы, также центральный конструктивный компонент или элемент детали корпуса – вставка – жестко соединен с корпусом и обеспечивает точное позиционирование в корпусе статора друг относительно друга дипольного магнитного ротора и интегрального компонента двухосевого магниточувствительного датчика с оптимальным рабочим расстоянием между ними, кроме того, в датчике угла поворота вала используется дипольный магнит, намагниченный параллельно той плоскости, в которой ротор совершает рабочее угловое движение с двумя степенями свободы, также имеется интегральный истинно двухосевой магниточувствительный датчик (энкодер) с синусно-косинусными первичными выходными сигналами, включенный в схему обработки сигнала, и избыточный интегральный датчик, объединяющий в одном интегральном корпусе два магниточувствительных элемента.

Группа изобретений относится к системам помощи водителю и технологиям активной безопасности для транспортных средств, в частности к узлу датчика угла сцепки, который может использоваться вместе с системой помощи при движении задним ходом с прицепом.

Группа изобретений относится к способу и устройству контроля целостности лопастей вращающегося несущего винта вертолета. Для контроля целостности лопастей вращающегося несущего винта вертолета устанавливают на роторе несущего винта возбудитель оборотной метки, а напротив на неподвижной части корпуса - неподвижный бесконтактный оборотный датчик, регистрируют электрические импульсы, формируют оборотные прямоугольные импульсы, измеряют временные интервалы между импульсами, получают информацию о периоде вращения ротора несущего винта, устанавливают на неподвижной части корпуса излучающую антенну определенной диаграммы направленности, устанавливают приемную антенну определенным образом, формируют зондирующее сверхвысокочастотное излучение, детектируют принятый отраженный сигнал приемной антенной, усиливают его, формируют лопастные прямоугольные импульсы, определяют временные интервалы между импульсами, идентифицируют номера лопастей, формируют сигнал неисправности при отклонении измеренных временных интервалов и амплитуд от заданных эталонных значений.

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли и может быть использовано для точного измерения глубины погружения рабочего инструмента, закрепленного на первом элементе колонны длинномерных тел, в частности насосно-компрессорных труб (НКТ), спускаемых в нефтегазовую скважину при проведении в ней подземных ремонтных или профилактических работ.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, конкретно к области контроля уровня жидкости акустическим методом, и может быть использовано для определения уровня жидкости в скважинах.

Настоящее изобретение представляет устройство для контроля уровня жидкости в стволе скважины по добыче углеводородов путем мониторинга уровня жидкости внутри скважины, содержащее внутрискважинный измеритель уровня жидкости и сигнальное устройство, соединенное с измерителем уровня жидкости и выполненное с возможностью воздействовать на насос для регулирования текущего выпуска им жидкости на основе уровня жидкости в стволе скважины, измеренного указанным измерителем уровня жидкости.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности в области бурения и может быть использовано для контроля параметров процесса бурения, в частности при проведении спускоподъёмных операций в режиме реального времени в процессе бурения скважин на нефть и газ.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - заканчивание скважин при тепловом воздействии без разрушения структуры пласта с одновременным снижением затрат.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, точнее к способу контроля глубины спуска бурильной колонны. Предложенный способ включает определение разности измеренных значений высотных отметок между первым положением датчика и вторым положением датчика на основании данных измерений, выполненных при помощи устройства измерения высотных отметок, определение разности калибровочных значений высотных отметок между указанными первым и вторым положениями на основании данных измерений, выполненных датчиком с использованием маркеров, размещенных на заданных высотных отметках, и калибровку устройства измерения высотных отметок на основании по меньшей мере частично соотношения между разностью измеренных значений высотных отметок и разностью калибровочных значений высотных отметок.

Изобретение относится к области средств для измерения диаметров и глубины взрывных скважин при взрывном рыхлении крепких горных пород. Техническим результатом является снижение трудоемкости и повышение производительности при подъеме-опускании и удержании каверномера на заданной глубине скважины, обеспечение возможности осуществления общего измерения глубины скважины и точной величины изменения диаметра скважины при изменениях диаметра как в меньшую, так и в большую сторону, упрощение конструкции и снижение массы опускаемого в скважину каверномера.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и, в частности, к области контроля динамического уровня жидкости для управления погружным электронасосом. Технический результат – повышение эффективности способа за счет обеспечения бесперебойной работы скважины.

Группа изобретений относится к акустическим методам измерения и контроля и может быть использована для определения уровня жидкости в скважинах, колодцах и резервуарах.

Группа изобретений относится к акустическим методам измерения и контроля и может быть использована для определения уровня жидкости в скважинах, колодцах и резервуарах.

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин и предназначено для контроля положения инструмента буровой установки. Техническим результатом изобретения является упрощение монтажа магнитного модулятора на валу лебедки буровой установки. Датчик включает блок магнитов, выполненный в виде двух полуколец, по внешнему периметру которого равномерно расположены постоянные магниты, и магниточувствительную головку, связанную кабелем с блоком электроники. При этом блок магнитов выполнен в виде браслета из полимерного материала, два полукольца которого с одной стороны подвижно связаны между собой соединительным элементом, а на открытых концах браслета расположена застежка для их фиксации, по внутреннему периметру браслета расположен дискретный упругий уплотнитель и проставка из полимерного материала, на внутреннем периметре которой также расположен дискретный уплотнитель, а на плате магниточувствительной головки последовательно установлены три соленоида, при этом для согласования соленоидов с постоянными магнитами блока магнитов продольные оси крайних соленоидов ориентированы к продольной оси центрального соленоида под углом 10°. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх