ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ИНДУКЦИОННЫЙ

Заявляемая полезная модель относится к области нефтегазовой промышленности, а именно к нефтегазовому оборудованию, необходимому при эксплуатации скважин, и может быть использована при спуске приборов или инструмента в скважину.
При геофизических исследованиях и работах возникает необходимость спуска в скважину различных приборов, инструмента или специальной оснастки, используемой, в частности, для очистки скважины от битумных отложений. При подъеме прибора и его прохождении через устье скважины остро возникает вопрос о своевременной остановке подъемного механизма, т.к. в противном случае это сопряжено с возможным разрушением устья и разгерметизацией скважины.
Известен сигнализатор положения индукционный, предназначенный для контроля прохождения скребка через устье скважины при ее очистке от парафиновых отложений, включающий катушку индуктивности, расположенную в разрезе трубы на устье скважины, и приемный блок, вход которого соединен с катушкой индуктивности, а выход подключен к исполнительному устройству, осуществляющего управление работой двигателя, перемещающего скребок в скважине (см. Технический паспорт на изделие «Сигнализатор положения индукционный - СПИ-01», выпускаемый НПО «Нефтеавтоматика», г.Бугульма, 1992 г.).
Основными недостатками известного устройства является его низкие техникоэксплуатационные характеристики.
Во-первых, катушка индуктивности устройства должна быть врезана в устье скважины. Это значительно усложняет применение известного устройства.
Во-вторых, при врезке устройства в трубу, датчик находится в непосредственном контакте с агрессивной средой внутри скважины, а, следовательно, требует применения дополнительных мер защиты, в частности от коррозии.
Кроме того, необходимо разрабатывать модификацию конструкции врезаемого датчика для каждого типоразмера трубы скважины.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является датчик положения индукционный, описанный в устройстве для спуска приборов в скважину (см. А.С. СССР №1640387, кл. Е 21 В 47/00, 1991 г.), включающий катушку индуктивности, расположенную снаружи трубы на устье скважины, и приемный блок, вход которого соединен с катушкой индуктивности, а выход подключен к исполнительному устройству, осуществляющего управление
работой двигателя, перемещающего прибор в скважине. При этом внутри трубы, охваченной катушкой индуктивности, установлена магнитная шайба, которая при подъеме прибора из скважины взаимодействует с катушкой индуктивности и вырабатывается сигнал на остановку подъема троса с прибором и включение световой и звуковой сигнализации.
Основным недостатком устройства является необходимость специальной доработки устья скважины, связанную с установкой магнитной шайбы. При этом в месте установки магнитной шайбы, требуется использовать трубу из материала, не обладающего магнитными свойствами, т.к. в противном случае влияние на магнитную катушку будет сильно ослаблено, а значит, существует вероятность не срабатывания подъемного механизма.
В основу данного технического решения поставлена задача устранения указанного недостатка, а именно создание простого и надежного устройства, не требующего доработки устья скважины.
Указанная задача в датчике положения индукционном, включающем катушку индуктивности, расположенную снаружи трубы на устье скважины, и приемный блок, первый вход которого соединен с катушкой индуктивности, а выход подключен к исполнительному устройству, осуществляющего управление работой двигателя, перемещающего прибор в скважине, достигается тем, в состав датчика введена дополнительная катушка индуктивности, установленная снаружи трубы соосно с основной катушкой на расстоянии не менее длины опускаемого прибора, и подключена ко второму входу приемного блока, при этом сам приемный блок выполнен в виде входного дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом синхронного детектора, а его второй вход - с выходом опорного генератора, который в свою очередь подключен к катушкам индуктивности датчика, а выход синхронного детектора через фильтр нижних частот подключен к выходу приемного блока.
Введение в устройство второй катушки индуктивности и усовершенствование приемного блока позволяет исключить какую-либо доработку устья скважины, т.к. датчик установлен на наружной поверхности трубы на устье скважины и взаимодействует непосредственно с металлическим корпусом самого прибора, опускаемого в скважину. При этом надежность срабатывания датчика уже не зависит от материала трубы, т.к. благодаря указанному выполнению приемного блока удалось добиться корреляционной обработки получаемых с катушек сигналов, а, следовательно, существенно повысить достоверность получаемой информации.
На фиг.1 представлены рисунки, иллюстрирующие ситуацию, когда прибор при подъеме из скважины находиться: 1а - вне зоны катушек датчика; на 1б - в зоне нижней катушки датчика.
На фиг.2. представлена электрическая блок-схема заявляемого устройства.
Заявляемый датчик представлен на фиг.1, 2, которые включают: устье скважины 1; трос 2 для спуска прибора 3 в скважину; катушки датчика 4 и 5. Катушки 4 и 5 включены в состав мостовой схемы в качестве элементов моста совместно с резисторами б. Мост подключен к опорному генератору 7 через согласующий трансформатор 8. Катушки 7 подключены ко входу дифференциального усилителя 9, выход которого соединен с первым входом синхронного детектора 10, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 7, а выход синхронного детектора 10 через фильтр нижних частот 11 подключен ко выходу приемного блока 12 управления приводом механизма спуска.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Опорный сигнал с генератора 7 через согласующий трансформатор 8 поступает через резисторы 6 на катушки 4 и 5. Напряжения с катушек 4 и 5 подается на вход дифференциального усилителя 9 и после усиления разностного сигнала с катушек 4 и 5 поступает на вход синхронного детектора 10, второй вход которого соединен с генератором 7 опорного сигнала. В случае, если разность напряжений катушек 4 и 5 равна нулю (т.е. выходной сигнал с выхода усилителя 9 равен нулю), постоянная составляющая выходного сигнала синхронного детектора 10 тоже будет равна нулю. При вхождении прибора 3 в одну из катушек 4 или 5, за счет изменения ее индуктивности и потерь, вносимых в катушку, изменяется амплитуда и фаза постоянной составляющей сигнала на выходе синхронного детектора 10, которая выделяется фильтром нижних частот 11 и подается в виде управляющего информационного сигнала на выход приемного блока 12 управления приводом механизма спуска. При этом привод механизма осуществляет свою работу согласно сигналу с выхода заявляемого датчика. Так, при появлении сигнала, соответствующего прохождению прибора 3 через нижнюю катушку 5 начинается торможение механизма подъема прибора 3, которое продолжается до получения сигнала от верхней катушки 4, при котором изменяется фаза выходного сигнала блока 12 и осуществляется полная остановка троса 2. Поскольку внешние помехи оказывают на катушки датчика одинаковое воздействие, то датчик начинает реагировать только на наличие металлического предмета в поле действия одной из катушек, чем и достигается его высокая помехозащищенность.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет с высокой надежностью и помехозащищенностью осуществлять управление механизмом подъема приборов и инструментов из скважины.