Устройство определения длины и скорости кабеля при проведении спускоподъёмных операций на скважине
CABLE LENGTH AND SPEED DETERMINING DEVICE DURING PULLING AND RUNNING OPERATIONS AT WELL

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.