УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА
DEVICE FOR DEMAGNETISATION OF DRILLING TOOL

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для размагничивания, в частности предназначено для размагничивания бурового инструмента непосредственно в составе колонны бурильных труб.
Известно устройство для размагничивания изделий (авторское свидетельство SU №720544, МПК H01F 13/00, опубл. 05.03. 1980 г. в бюл. №9), содержащее основание, магнитопровод, постоянные магниты в виде прямоугольных параллелепипедов, противоположные полости которых служат полюсами, кожух, крышка которого предназначена для размещения размагничиваемого изделия, электродвигатель для перемещения постоянных магнитов. Устройство снабжено дополнительным магнитопроводом для концентрации магнитного потока, причем указанный дополнительный магнитопровод установлен так, что образует общий магнитопровод размагничиваемыми изделиями при размещении их на крышке кожуха.
Недостатками устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (кожух с крышкой, дополнительный магнитопровод и т.д.);
- во-вторых, ограниченные функциональные возможности, так как устройство по патенту предназначено для размагничивания только плоских деталей, но не применимо для работы с большими по длине деталями и, особенно, с буровым инструментом;
- в-третьих, высокие затраты на электроэнергию, связанные с тем, что для создания знакопеременного магнитного поля включают электродвигатель и вращают постоянные магниты;
- в-четвертых, неудобство в монтаже, связанное с громоздкостью конструкции. Также известно размагничивающее устройство (авторское свидетельство SU №540300, МПК H01F 13/00, опубл. 25.12. 1976 г. в бюл. №47), содержащее станину с помещенной на ней катушкой, питаемым переменным током. Устройство снабжено механизмом перемещения катушки вдоль продольной оси станины и его поворота на угол 90° относительно этой оси.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая надежность работы узла поворота и откидывания катушки на 90°, что приводит к отказу устройства в работе;
- во-вторых, невозможность центрирования катушки при размагничивании длинных цилиндрических деталей, например колонны бурильных труб, сцентрированных внутри этой катушки с небольшим зазором и имеющих значительные радиальные перемещения вследствие вибраций. Радиальные перемещения при вибрациях происходят в горизонтальной плоскости во всех направлениях, поэтому изделие-прототип не в состоянии компенсировать эти перемещения, т.к. имеет одну степень свободы;
- в-третьих, металлоемкость конструкции (станина, лоток и т.д.);
- в-четвертых, неудобство в монтаже, связанное с громоздкостью станины и металлоемкость (механизм перемещения катушки).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для размагничивания бурового инструмента (патент RU №2195036, МПК H01F 13/00, опубл. 20.12.2002 г. в бюл. №35), содержащее станину с помещенной на ней катушкой, предназначенной для пропускания размагничиваемого бурового инструмента, установленной с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, при этом катушка установлена в раме, а рама - на двух роликах, установленных, в свою очередь, на стяжках станины, соединяющих стойки, а также устройство содержит ротор для вращения бурильной колонны труб, размещенный на устье скважины выше катушки, систему управления электроприводом буровой лебедки, предназначенной для проведения спуска-подъема колонны бурильных труб.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкое качество размагничивания бурового инструмента в связи с тем, что скорость спуска-подъема колонны бурильных труб не ограничивается и находится в пределах 30-40 м/мин независимо от величины намагниченности бурильной колонны труб;
- во-вторых, отсутствует контроль величины намагниченности колонны бурильных труб;
- в-третьих, неудобство монтажа и демонтажа, связанное с размещением катушки на громоздкой станине, при этом устройство необходимо монтировать на устье скважины перед установкой противовыбросного оборудования (превентора). Все это замедляет скорость монтажных и демонтажных работ на устье скважины и, как следствие, приводит к увеличению финансовых затрат;
- в-четвертых, высокие затраты на потребляемую электроэнергию в процессе работы;
-в-пятых, металлоемкость конструкции, обусловленная наличием станины, рамы, ролика, стяжки.
Техническими задачами изобретения являются повышение качества размагничивания бурового инструмента с возможностью осуществления контроля величины намагниченности колонны бурильных труб, а также ускорение монтажных и демонтажных работ, снижение металлоемкости конструкции устройства.
Поставленная техническая задача решается устройством для размагничивания бурового инструмента, содержащим катушку для пропускания размагничиваемой колонны бурильных труб, ротор для вращения колонны бурильных труб, размещенный на устье скважины выше катушки, систему управления электроприводом буровой лебедки, предназначенной для проведения спуска-подъема колонны бурильных труб в обсадную колонну скважины.
Новым является то, что катушка установлена на наружной поверхности обсадной колонны скважины, а на роторе размещен датчик магнитного поля, при этом устройство дополнительно оснащено следующими элементами: регулятором тока возбуждения с блоком индикации, таймером, ограничителем скорости спуска-подъема, регулируемым источником питания, причем сигнал о наличии или отсутствии магнитного поля на колонне бурильных труб с датчика магнитного поля поступает на вход регулятора тока возбуждения с блоком индикации, а выход регулятора тока возбуждения соединен со входом таймера и со входом блока ограничения скорости спуска-подъема, при этом сигнал с выхода блока ограничения скорости спуска-подъема поступает на регулятор скорости системы управления электропривода буровой лебедки, причем выход таймера соединен со входом регулируемого источника питания, при этом выход регулируемого источника питания соединен с катушкой, выполненной в виде соленоида с сердечником из ферромагнитного материала с намотанной на нем обмоткой из изолированного медного провода, при этом соленоид и обмотка состоят из двух одинаковых частей, объединенных с одной стороны шарниром, а с другой стороны защелкой.
На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство для размагничивания бурового инструмента.
На фиг. 2 схематично изображена катушка предлагаемого устройства для размагничивания бурового инструмента.
Известно, что остаточная намагниченность бурового инструмента при вращении колонны бурильных труб вызывает намагничивание, которое пагубно влияет на магнитные метки, установленные на каротажном кабеле, и датчики инклинометров разных типов.
Размагничивание бурового инструмента осуществляется при спуске или подъеме бурильной колонны труб с помощью предлагаемого устройства с целью уменьшения влияния магнитных масс на точность измерения азимута инклинометрами и забойными телесистемами.
Устройство для размагничивания бурового инструмента содержит катушку 1 (см. фиг. 1) для пропускания размагничиваемой колонны бурильных труб 2, ротор 3 для вращения колонны бурильных труб 2, размещенный на устье скважины выше катушки 1, систему управления электроприводом 4 буровой лебедки 5, предназначенной для проведения спуска-подъема колонны бурильных труб 2 в обсадную колонну 6 скважины.
Катушка 1 установлена на наружной поверхности обсадной колонны 6 скважины. На роторе 3 размещен датчик магнитного поля 7.
В качестве датчика магнитного поля применяют известный датчик Холла (далее датчик). Датчик 7 обеспечивает контроль уровня намагниченности колонны бурильных труб. Датчик 7 устанавливается на роторе 3 на максимально близком к колонне бурильных труб 2 расстоянии с целью максимально точного измерения намагниченности, например на расстоянии: а=5 см = 0,05 м.
Катушка 1 устанавливается на обсадной колонне 6 для обеспечения максимально возможного расстояния - S от датчика 7, с целью исключения влияния, генерируемого ей, переменного магнитного поля на измеряемые величины датчиком 7, например S=5m.
Устройство дополнительно оснащено следующими элементами: регулятором тока возбуждения 8 с блоком индикации 9, таймером 10, ограничителем скорости спуска-подъема 11, регулируемым источником питания 12.
Блок индикации 9 позволяет производить визуальный контроль величины намагниченности колонны бурильных труб 2 и таким образом в процессе спуска-подъема колонны бурильных труб 2 выявлять интервалы ее намагниченности.
Сигнал о наличии или отсутствии магнитного поля (намагниченности) на колонне бурильных труб 2 с датчика 7 поступает на вход регулятора тока возбуждения 8 с блоком индикации 9. Выход регулятора тока возбуждения 8 соединен со входом таймера 10 и со входом блока ограничения скорости спуска-подъема 11.
Сигнал с выхода блока ограничения скорости спуска-подъема 11 поступает на регулятор скорости (на фиг. 1 и 2 не показано) системы управления электропривода 4 (см. фиг. 1) буровой лебедки 5.
Выход таймера 10 соединен со входом регулируемого источника питания 12.
Выход регулируемого источника питания 12 соединен с катушкой 1.
Катушка 1 (см. фиг. 2) выполнена в виде соленоида с сердечником 12 из ферромагнитного материала (например, сталь 20) с намотанной на нем обмоткой 13 из изолированного медного провода. Сердечник 12 и обмотка 13 состоят из двух одинаковых частей 14' и 14", объединенных с одной стороны шарниром 15, а с другой стороны защелкой 16 с разъемным соединением проводников.
Устройство работает следующим образом.
Производят монтаж предлагаемого устройства на устье скважины. Для этого сначала на устье скважины монтируют противовыбросное оборудование, т.е. на верхний конец обсадной колонны 6 крепят превентор 17.
Затем на роторе 3 на расстоянии, как указано выше, а=5 см = 0,05 м устанавливают датчик 7, а на обсадной колонне 6 размещают катушку 1. Для этого раздвигают части 14' и 14" катушки 1 посредством шарнира 15, радиально надевают катушку 1 на обсадную колонну 6 и соединяют части 14' и 14" катушки 1 с помощью защелки 16. Далее на устье скважины обвязывают оставшиеся элементы: 8, 9, 10, 11 и 12 устройства так, как показано на фиг. 1.
Наличие шарнира 15 и защелки 16 в конструкции катушки 1 облегчает монтаж и демонтаж устройства на устье скважины и позволяет смонтировать устройство после монтажа превентора 17 на устье скважины. Это позволяет повысить скорость монтажа и демонтажа устройства и, как следствие, снизить финансовые затраты на работу с устройством.
Начинают спуск бурильной колонны труб 2 скважину, при этом во время спуска колонна бурильных труб 2 пропускается через катушку 1. При попадании намагниченного участка колонны бурильных труб 2 в зону действия датчика 7 на регулятор тока возбуждения 8 поступает сигнал, пропорциональный величине намагниченности, при этом на блоке индикации 9 фиксируется величина намагниченности.
Регулятор тока возбуждения 8 вырабатывает сигнал задания, пропорциональный величине намагниченности, который через таймер 10 без выдержки времени поступает на регулируемый источник питания 12.
Таймер 10 подает сигнал на вход регулируемого источника питания 12 без выдержки времени, но при снижении сигнала с датчика 7 до порогового значения сигнал с его выхода снимается с выдержкой времени, например t=10 секунд. Это необходимо для учета расстояния S=5 м между катушкой 1 и датчиком 7, для того чтобы при снижении сигнала с датчика 7 вся намагниченная зона колонны бурильных труб 2 успела пройти через катушку 1.
Выходной сигнал регулятора тока возбуждения 8 поступает на блок ограничения скорости спуска-подъема 11. С выхода блока ограничения скорости спуска-подъема 11 сигнал поступает на регулятор скорости (на фиг. 1 и 2 не показано) в систему управления электропривода 4 (см. фиг. 1) буровой лебедки 5. При увеличении сигнала с датчика 7 скорость движения колонны бурильных труб 2 уменьшается для более качественного размагничивания, вместе с тем при снижении сигнала с датчика 2 скорость колонны бурильных труб 2 увеличивается.
Регулируемый источник питания 12 подает регулируемый ток возбуждения на катушку 1, выполненную в виде соленоида с сердечником 12 из ферромагнитного материала с намотанной на нем обмоткой 13 из изолированного медного провода, при этом переменное магнитное поле, генерируемое катушкой 1, размагничивает колонну бурильных труб 2, находящуюся в обсадной колонне 6.
По окончании работ по размагничиванию бурильной колонны труб производят демонтаж устройства в последовательности, обратной монтажу, которое описано выше.
Устройство позволяет повысить качество размагничивания бурового инструмента, за счет увеличения скорости спуска-подъема колонны бурильных труб на слабо намагниченных участках колонны труб, например до 1 м/с=60 м/мин и наоборот, уменьшить скорость спуска-подъема колонны бурильных труб на сильно намагниченных участках колонны труб, например до 0,25 м/с = Т5 м/мин.
Таким образом, обеспечивается оптимальная скорость спуска-подъема колонны бурильных труб, направленная на качественное размагничивание бурового инструмента в зависимости от величины намагниченности.
Снижаются затраты на потребляемую электроэнергию за счет регулирования тока возбуждения катушки. В сравнении с прототипом из конструкции устройства исключены: станина, рама, ролики, стяжки, что значительно снижает металлоемкость конструкции.
Предлагаемое устройство для размагничивания бурового инструмента позволяет:
- повысить качество размагничивания бурового инструмента;
- осуществлять контроля величины намагниченности колонны бурильных труб;
- ускорить монтажные и демонтажные работы;
- снизить металлоемкость конструкции.