УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАТЯЖЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ

УСТРОЙСТВО для КОНТРОЛЯ НАТЯЖЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ.
Техническое решение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для геофизических исследований скважин.
Известно Устройство для измерения длины, скорости перемещения и натяжения кабеля (Патент РФ № 2052088 , кл. Е 21 В 47/00, пр. 23.10.90 г.), содержащее мерный ролик, установленный между двумя параллельными пластинами; расположенные симметрично относительно мерного ролика направляющие ролики, а также датчики, кинематически связанные с мерным роликом. Кроме того, устройство снабжено подпружиненными к мерному ролику прижимными элементами, выполненными в виде тел качения, расположенных оппозитно относительно вертикальной оси мерного ролика с возможностью контактирования с кабелем в точках схода его с мерного ролика.
Измерение натяжения кабеля, прижатого подпружиненными элементами к мерному ролику, происходит при прохождении кабеля по направляющим через мерный ролик. При изменении натяжения кабеля изменяется давление на датчики, кинематически связанные с мерным роликом и таким образом осуществляется измерение натяжения кабеля.
Недостатком данного устройства является недостаточная точность измерений, т.к. в этом устройстве принцип действия основан на том, что измеряемое натяжение кабеля является пропорциональным усилию прижатия кабеля к мерному ролику. Однако на величину усилия прижатия кабеля к мерному ролику могут влиять не только
Е 21 в 47/00
натяжение кабеля, но и размер его понеречного сечения. В реальных условиях кабель имеет значительные колебания размеров своего нонеречного сечения, вызванные его иссечением в результате эксплуатации, а также в результате определенных технологических погрешностей при его изготовлении. Таким образом, датчики будут реагировать не только на изменение усилия прижатия кабеля к мерному ролику в результате изменения натяжения кабеля, но и на изменения этих усилий в результате колебаний поперечного сечения кабеля, проходящего через мерный ролик. Следовательно, показания датчиков будут не всегда достоверно показывать величину натяжение кабеля.
Известно также Устройство для измерения натяжения геофизического кабеля (Заявка РФ № 93030391/03 кл. Е21В 47/00, приоритет 06.05.93 г.), в котором четыре датчика сжимающих усилий размещены в жестких каркасах, охватывающих раму лебедки и раму геофизического подъемника с противоположных от барабана лебедки сторон. Электрически датчики соединены в симметричную мостовую схему, одно плечо которой образуют датчики со стороны подвода кабеля, а второе плечо образуют два других датчика.
Недостатком известного устройства является низкая достоверность измерений. Объясняется это тем, что плечи моста образованы четырьмя датчиками сжимающих усилий, которые реагируют на усилия одинаковых знаков, одинаковой направленности (на сжатие). В идеальных условиях, когда мостовая схема действительно симметричная, а каркасы абсолютно жесткие, схема будет неработоспособна. В реальных условиях схема будет реагировать на изменение натяжения кабеля, но измеряемое рассогласование сигнала (разбаланс моста) будет определяться только различием характеристик датчиков моста.
в действительности две пары датчиков испытывают усилия противоположных знаков (сжатие и ослабление), т.к. при натяжении кабеля рама лебедки опрокидывается относительно рамы геофизического подъемника.
Для соответствия реальным условиям работы, когда датчики, образующие плечи моста испытывают противоположные усилия, два плеча моста должны образовывать датчики, работающие на сжатие, а два плеча - датчики, работающие на ослабление усилия (разжатие).
Решаемая техническая задача - повышение точности измерения натяжения геофизического кабеля с помощью предлагаемого устройства.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для контроля натяжения геофизического кабеля, содержащем раму геофизического подъемника с размещенной на ней рамой лебедки, установленный на раме лебедки барабан с геофизическим кабелем, датчики силы, размещенные в каркасах, охватывающих раму лебедки и раму геофизического подъемника, датчики силы установлены по обе стороны оси вращения барабана и электрически соединены в симметричную схему. Последовательно соединенные датчики, установленные относительно оси вращения барабана со стороны подвода геофизического кабеля, и последовательно соединенные датчики, установленные с противоположной стороны оси вращения барабана, соответственно электрически соединены в дифференциальную схему, симметричную относительно общей точки их соединения, при этом со стороны подвода геофизического кабеля установлены датчики разжимающих усилий, а с противоположной стороны - датчики сжимающих усилий, каркас выполнен из пластин, размещенных соответственно на внешней горизонтальной поверхности рамы лебедки и на внешней горизонтальной поверхности рамы
геофизического подъемника, скрепленных между собой жесткими стержнями, при этом каждый из датчиков размещен между пластиной и горизонтальной поверхностью рамы лебедки или между пластиной и горизонтальной поверхностью рамы геофизического подъемника.
Усилия, возникающие при натяжении геофизического кабеля в процессе геофизических исследований, приводят к тому, что возникает опрокидывающий момент рамы лебедки относительно рамы геофизического подъемника по направлению движения геофизического кабеля.
Рама геофизического подъемника и рама лебедки охвачены каркасами, состоящими из пластин, размещенных на внешних горизонтальных поверхностях обеих рам и скрепленных между собой жесткими стержнями.
Между внешней горизонтальной поверхностью рамы лебедки или рамы геофизического подъемника и соответствующей пластиной установлены датчики силы. При этом жесткие стержни, скрепляющие между собой противоположные пластины, закрепляют и датчики, размещенные под этими пластинами.
В результате натяжения геофизического кабеля возникает опрокидывающий момент, создающий усилия, которые передаются через каркас датчикам, расположенным между внешней горизонтальной поверхностью рамы лебедки или рамы геофизического подъемника и пластинами каркаса.
Со стороны подвода геофизического кабеля к барабану, установленному на лебедке, опрокидывающий момент, возникающий при натяжении кабеля, прижимает раму лебедки к раме геофизического подъемника. В этом случае стержни, скрепляющие каркасы, охватывающие обе рамы со стороны подвода кабеля и предварительно затянутые, разгружаются и силы, действующие на
датчики, установлениые в этих каркасах, снижаются. Поэтому со стороны нодвода кабеля в каркасах установлены датчики разжимающих усилий.
С противоположной стороны оси вращения барабана опрокидывающий момент рамы лебедки относительно рамы геофизического подъемника, отрывает их друг от друга. В этом случае каркасы, скрепляющие обе рамы с этой стороны барабана испытывают дополнительные усилия. Жесткие стержни передают данные усилия через соответствующие пластины датчикам, размещенным между горизонтальной поверхностью рамы лебедки или рамы геофизического подъемника и пластинами. Поэтому с этой стороны барабана установлены датчики сжимающих усилий.
Таким образом, при натяжении геофизического кабеля, на возникающие усилия будут адекватно реагировать как датчики, установленные со стороны подвода кабеля к барабану, так и с противоположной стороны барабана. В этом случае реальные условия работы датчиков (сжатие и разжатие) будут соответствовать их конструктивным особенностям, обусловленным назначением этих датчиков (для измерения усилий сжатия или разжатия). Таким образом, соответствие конструктивных особенностей датчиков реальным условиям их работы повысит достоверность проводимых с их помощью измерений.
Последовательно соединенные датчики, установленные относительно оси вращения барабана со стороны подвода геофизического кабеля, и последовательно соединенные датчики, установленные с противоположной стороны оси вращения барабана, соответственно электрически соединены в дифференциальную схему, симметричную относительно общей точки их соединения.
Предлагаемое соединение датчиков в дифференциальную схему, симметричную относительно общей точки их соединения, нозволяет нолучить результирующий сигнал, величина которого онределяется абсолютными значениями усилий нротивоположных знаков (сигналы датчиков, работающих на сжатие и сигналы датчиков, работающих на ослабление усилия - разжатие). Результирующий сигнал, нронорциональный величине натяжения геофизического кабеля, равен сумме абсолютных значений сигналов датчиков с обеих сторон оси вращения барабана. Таким образом, предлагаемая схема устройства для контроля натяжения геофизического кабеля позволяет получить требуемую точность и определенность измеряемых усилий.
Предлагаемое устройство позволяет непрерывно контролировать величину натяжения геофизического кабеля в процессе геофизических исследований.
Устройство для контроля натяжения геофизического кабеля поясняется чертежом.
На фиг. 1 изображена схема устройства для измерения натяжения геофизического кабеля с размещением датчиков между горизонтальной поверхностью рамы лебедки и пластиной каркаса.
На фиг.2 изображена схема устройства для измерения натяжения геофизического кабеля с размещением датчиков между горизонтальной поверхностью рамы геофизического подъемника и пластиной каркаса.
На фиг.З изображен каркас, охватывающий раму лебедки и раму геофизического подъемника, с размещенными датчиками.
На фиг.4 изображена схема электрического соединения датчиков устройства.
Устройство для измерения натяжения геофизического кабеля (фиг. 1) содержит раму 1 лебедки, установленную на раме 2 геофизического подъемника, установленный на раме 1 лебедки
барабан 3 с геофизическим кабелем 4, жесткие стержни 5, скрепляющие пластины 6 таким образом, что пластины 6, размещенные соответственно на внешних горизонтальных поверхностях рамы 1 лебедки и рамы 2 геофизического подъемника и стержни 5 образуют каркас, охватывающий обе рамы, датчики силы сжимающие 7, датчики силы разжимающие 8, установленные между горизонтальной поверхностью рамы 1 лебедки и пластинами 6. Со стороны подвода кабеля 4 к барабану 3 в каркасах установлены датчики 8, работающие на разжатие, а с противоположной стороны барабана 3 - датчики 7, работающие на сжатие. Датчики 7 и 8 электрически соединены таким образом, что датчики 7 образуют два плеча симметричной дифференциальной мостовой схемы, а датчики 8 образуют два других противоположных плеча этой схемы.
Устройство для измерения натяжения геофизического кабеля (фиг. 2) содержит раму 1 лебедки, установленную на раме 2 геофизического подъемника, установленный на раме 1 лебедки барабан 3 с геофизическим кабелем 4, жесткие стержни 5, скрепляющие пластины 6 таким образом, что пластины 6, размещенные соответственно на внещних горизонтальных поверхностях рамы 1 лебедки и рамы 2 геофизического подъемника и стержни 5 образуют каркас, охватывающий обе рамы, датчики силы сжимающие 7, датчики силы разжимающие 8, установленные между горизонтальной поверхностью рамы 2 геофизического подъемника и пластинами 6. Со стороны подвода кабеля 4 к барабану 3 в каркасах установлены датчики 8, работающие на разжатие, а с противоположной стороны барабана 3 - датчики 7, работающие на сжатие. Датчики 7 и 8 электрически соединены таким образом, что датчики 7 образуют два плеча симметричной дифференциальной мостовой схемы, а датчики 8 образуют два других противоположных плеча этой схемы.
Каркас (фиг. 3) содержит раму 1 лебедки, раму 2 геофизического подъемника, стержни 5, пластины 6, датчики 7 (8). Пластины 6 каждого каркаса расположены соответственно на внешней горизонтальной стороне рамы 1 лебедки и внешней горизонтальной стороне рамы 2 геофизического подъемника и скреплены между собой жесткими стержнями 5. Датчики 7 (8) размеш;ены между пластиной 6 и внешней горизонтальной стороной рамы 1 лебедки или рамы 2 геофизического подъемника.
Датчики (фиг.4) 7 и 8 соединены следующим образом.
К обш;ей точке последовательно соединенных датчиков 7 и датчиков 8 подается напряжение от источника питания 9, две другие точки последовательно соединенных датчиков 7 и датчиков 8 являются входами дифференциальной усилительно-измерительного блока 10.
Устройство работает следуюш;им образом.
При натяжении геофизического кабеля 4 возникает опрокидывающий момент рамы 1 лебедки относительно рамы 2 геофизического подъемника. Этот опрокидывающий момент стремится прижать раму 1 лебедки к раме 2 геофизического подъемника на стороне подвода кабеля 4 к барабану 3, а с противоположной стороны барабана 3, в свою очередь, оторвать раму 1 лебедки от рамы 2 геофизического подъемника. При этом стрежни 5, предварительно затянутые, со стороны подвода кабеля 4 к барабану 3 - разгружаются и усилия на датчики 8, размещенные в каркасах с этой стороны снижаются. С противоположной стороны барабана 3 - напряжения в стержнях 5 возрастают пропорционально силе натяжения кабеля, усилия на датчики 7, размещенные в каркасах с этой стороны, возрастают. Датчики 7 и 8, соответственно работающие на сжатие и разжатие, фиксируют изменение усилий. Сигналы датчиков 7 и 8 поступают на дифференциальный усилительно - измерительный блок 10, показания которого будут прямо натяжения кабеля 4. пропорциональны величине