УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ МОДУЛЕЙ АВТОНОМНО-КАБЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ (АКС)

Полезная модель относится к скважинному оборудованию для нефтегазодобывающей промышленности, а именно к конструкциям скважинных датчиков, установленных на модулях автономно - кабельной системы (АКС)
Эксплуатация геофизических приборов для исследования скважин проходит в условиях постоянных динамических воздействий - вибраций, высоких температур, высокого давления. Под воздействием этих факторов одним из частых дефектов в процессе эксплуатации геофизических приборов при исследовании скважин является нарушение их герметичности, и как следствие - появление скважинных жидкостей (воды, растворов, нефти и т.д.) в герметичных узлах прибора, что приводит к поломке прибора. Нарушение герметичности в процессе эксплуатации может быть вызвано также иными причинами: износ механических узлов, повреждение конструкции прибора вследствие внешних динамических воздействий и т.д. Некоторые дефекты и повреждения (скрытые) могут быть незаметны и проявляются в процессе эксплуатации прибора. В связи с чем для надежной и долгосрочной эксплуатации скважинных приборов актуальным является контроль параметра влажности, характеризующего герметичность в узлах и корпусе скважинных модулей, и своевременное устранение аварийных ситуаций.
Конструкции известных технических решений в этой области основаны, как правило, на обеспечении герметичности корпуса, стыковочных узлов или деталей скважинных приборов, как, например в автономном скважинном приборе (РФ, патент на полезную модель №38834, Ε21В 47/00, 2004). Конструкция известного устройства снижает риск разгерметизации за счет отсутствия стыковочных и межплатных соединений в герметичном внутреннем отсеке, а также за счет применения уплотняющих устройств из сероводородной резины, обеспечивающих надежность работы прибора при проведении геофизических исследований в скважинах с аномально высоким содержанием агрессивных компонентов в скважинной среде.
Для контроля за состоянием герметичности приборов применяются и отдельные датчики с чувствительными элементами контроля изменений влажности. Например, известен автономный скважинный датчик (РФ, патент №2719870, Ε21В 47/01, 2019 г.), содержащий съемный корпус с установленным внутри него чувствительным элементом с электронной схемой управления, соединенный с кожухом скважинного модуля, и оснащенный конусом для его присоединения к держателю скважинного датчика. Конструкция указанного датчика обеспечивает герметичность его соединения с скважинным модулем и ремонтопригодность в полевых условиях - быстрое отсоединение от скважинного модуля при нарушении герметичности, извлечение датчика, его ремонт (например, замена электронной платы или нарезка конуса) и повторное его использование.
К недостаткам известных устройств следует отнести узкую функциональную возможность конструкций и низкую достоверность контроля, поскольку в обоих случаях обеспечивается герметичность самого корпуса либо герметичность соединения корпуса с внешним датчиком посредством применения уплотнительных элементов, но не контролируется параметр герметичности внутри скважинного модуля или его узлов в процессе эксплуатации. Нарушение герметичности в данном случае фиксируется по сбою параметров электронных плат, находящихся внутри скважинного модуля, но электронные платы могут длительное время работать нормально и в условиях повышенной влажности (нарушении герметичности) и дают сбой, когда уже может быть слишком поздно. При этом диагностика известного датчика возможна только при извлечении на поверхность, то есть с остановкой работы на скважине и дополнительными экономическими затратами.
Задачей настоящей полезной модели является повышение точности контроля и диагностики герметичности внутри скважинного модуля или его узлов в процессе непрерывной работы в скважинных условиях и расширение функциональных возможностей устройства контроля и диагностики герметичности.
Поставленная задача решается следующим образом.
Устройство контроля и диагностики герметичности модулей автономно-кабельной системы АКС, содержащее корпус с размещенным внутри него чувствительным элементом, являющимся чувствительным к влажности и связанным с электронной схемой управления, согласно полезной модели, дополнительно оснащено двумя идентичными датчиками индикации в виде набора светодиодов, равномерно разнесенных по окружности с внешней стороны корпуса в плоскости его поперечного сечения, причем один датчик индикации содержит набор красных светодиодов, а второй датчик индикации содержит набор зеленых светодиодов, при этом датчики индикации связаны с электронной схемой управления и позволяют вести визуальный контроль за состоянием герметичности модуля, а схема управления дополнительно оснащена датчиком акселерометра, установленным на плате электронной схемы управления и связанным с ней, а сам корпус установлен в полости скважинного модуля или его узла.
Предложенное техническое решение по сравнению с известными аналогами имеет следующие преимущества:
наличие датчиков индикации, связанных с электронной схемой управления, обеспечивает возможность осуществления визуального контроля за состоянием герметичности контролируемого модуля и проведение своевременного устранения (ремонт, замену) неисправности и предотвращения аварийных ситуаций;
наличие датчика акселерометра, связанного с электронной схемой управления, обеспечивает возможность контроля работы батареи питания, что экономит ее ресурс и позволяет системе контроля и диагностики герметичности длительное время работать в автономном режиме; что в свою очередь;
обеспечивает автономность работы устройства контроля и диагностики герметичности модулей АКС длительное время в режиме реального времени;
электронная схема управления со связанными с ней датчиками индикации обеспечивает быстродействие контроля параметра влажности в герметичном корпусе прибора;
простота конструкции, малые габариты и высокая чувствительность датчиков позволяют использовать предложенное устройство контроля и диагностики герметичности модулей АКС как в отдельных скважинных модулях измерительного комплекса, так и в отдельных его узлах, а также в иных скважинных или наземных устройствах, где необходим контроль герметичности, что расширяет ее функциональные возможности.
Для технической реализации предложенного Устройства контроля и диагностики герметичности модулей АКС на практике не требуется специальных материалов и оборудования, что говорит о ее соответствии критерию полезной модели «промышленная применимость».
На фиг.1 показан вариант выполнения индикаторов датчика индикации на корпусе модуля.
На фиг.2 показан вариант структурной схемы устройства контроля и диагностики герметичности модулей АКС
Устройство контроля и диагностики герметичности АКС содержит корпус 1 (фиг.1), электронную плату, связанную с чувствительным к влажности элементом 2, датчиком акселерометра 8 и электронную схему управления 3. Схема управления 3 (фиг.2) содержит масштабный усилитель (МУ) 4, АЦП 5, микроконтроллер (МК) 6 и элемент питания (ЭП) 7. С электронной схемой управления 3 связаны датчики индикации 9 и 10 в виде идентичных друг другу наборов светодиодов, равномерно закрепленных на микроплатах 11 по окружности с внешней стороны корпуса 1, и посредством гермовводов 12 электрически связаны со схемой управления 3 и чувствительным к влажности элементом 2. Устройство контроля и диагностики герметичности скважинного модуля устанавливается в полости на головке модуля АКС (концевике, зонде), что позволяет вести контроль за состоянием его герметичности.
Конструктивно датчик влажности представляет собой герметичный корпус 1 в виде коаксиального цилиндра, в полости которого размещена электронная схема управления 3, датчик акселерометра 8 и закрепленные с внешней стороны по периметру корпуса 1 электронные микроплаты с датчиками индикации 9 и 10, связанные электрически с электронной схемой управления 3. Чувствительный к влажности элемент 2 находится вне корпуса 1 в его сквозной полости и закреплен с корпусом 1 с помощью гермовводов 12. Светодиоды датчиков индикации 9 и 10 встроены в отверстия во внешней стенке корпуса 1 для визуального контроля.
Устройство контроля и диагностики герметичности АКС (далее - устройство контроля влажности) работает следующим образом.
До начала эксплуатации устройства контроля влажности датчик акселерометра 8 предварительно калибруют таким образом, что в горизонтальном положении корпуса 1 (inc=90+- 30) при повторяющемся в течение 2-3 посылок импульсного опроса микроконтроллер 6 флаг состояния прибора переводит в режим "ожидание работы".
При этом чувствительный элемент 2 при нормальных условиях влажности (40-60)% и в условиях относительной влажности (80-90)% калибруют таким образом, что микроконтроллер 7 определяет флаг состояния влажности прибора как «0» - прибор рабочий и «1» - состояние влажности критическое (или близкое к нему).
В скважинных условиях устройство контроля влажности запускается в работу микроконтроллером 6 после установки основного элемента питания (батарейки) 7. Микроконтроллер 6 циклично с заданным интервалом времени (например, в течение 5 минут) начинает периодически (например, раз в минуту) опрашивать датчик акселерометра 8, который при опросе выдает на микроконтроллер 6 данные о своем положении в системе координат X и У. что позволяет определить флаг состояние работы устройства контроля влажности как:
"перемещение, работа" (постоянно приходят разные координаты);
"работа в скважине" (положение прибора отличное от горизонтального (inc=90+-15 градусов));
"ожидание работы" (значения в посылках от датчика акселерометра 8 стали повторяться, запускается цикл опроса на 5 минут);
"сон" (значения посылок от датчика акселерометра 8 повторяются более 5 минут, флаг состояния прибора переходит в сон).
Таким образом, контролируя флаг состояния прибора, устройство контроля влажности максимально экономит заряд энергии, что обеспечивает его долгую и надежную работу в автономном режиме.
Наряду с этим микроконтроллер 6 с этой же периодичностью запрашивает данные с чувствительного элемента 2, который конструктивно находится в полости корпуса 1. По команде от микроконтроллера 6 чувствительный элемент 2 выставляет на шину данные, которые поступают в масштабирующий усилитель 4, где нормируются и подаются на аналого-цифровой преобразователь 5. Оцифрованные данные поступают в микроконтроллер 6 для анализа.
При условии, что в рабочем состоянии скважинный модуль является замкнутой системой и внутри имеет оптимальную влажность, отсутствие повышенной влажности в полости модуля можно считать его рабочим состоянием и наоборот. То есть, если флаг состояния влажности «0» - устройство контроля влажности рабочее, микроконтроллер 6 дает команду включить датчик индикации 9 - светодиоды зеленого цвета. Светодиоды горят в течение 250 мкс. Если флаг состояния влажности «1» - скважинный модуль в аварийном состоянии, и микроконтроллер 6 дает команду включить датчик индикации 10 - светодиоды красного цвета. Светодиоды горят в течение 250 мкс.
Показания датчиков индикации 9 и 10, связанных с электронной схемой управления 3, параллельно фиксируется в виде соответствующих импульсов в наземной системе контроля.
Таким образом, устройство контроля влажности, находясь в эксплуатации, постоянно осуществляет контроль герметичности полости, в которой оно установлено. При этом персонал, занимающийся эксплуатацией скважинного прибора, оперативно может по наличию определенных импульсов от устройства контроля влажности, отследить нарушение герметичности полости скважинного модуля и, как следствие, провести оперативный ремонт, избежать аварии на скважине и простоев в случае отказа прибора в процессе эксплуатации.
Наряду с этим, при использовании в скважинных комплексах волоконно-оптического канала связи с наземным устройством обработки информации, персонал, занимающийся эксплуатацией скважинного прибора, может оперативно отследить нарушение герметичности полости скважинного модуля по наличию определенных импульсов, поступающих с устройства контроля влажности, продублированных соответствующим цветом (длиной волны цветового импульса) его датчиков индикации 9 и 10,
В случае использования предложенного устройства контроля влажности в наземных приборах, оперативный контроль герметичности дополнительно осуществляется по цвету датчиков индикации 9 и 10 визуально.
Высокая точность, экономичность работы, малые габариты и простая конструкция предложенного устройства контроля и диагностики герметичности модулей автономно-кабельной системы (АКС) позволяет использовать его в скважинных модулях, входящих в состав сборки АКС, или отдельных узлах ее модулей, или в наземном оборудовании, где требуется строгий контроль влажности и герметичности, что расширяет функциональные возможности его применения на практике.