Механический способ

МЕХАНИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ СКВАЖИН

Механический способ определения глубины скважины заключается в измерении с поверхности длины кабеля или колонны труб, спускаемых в скважину, и осуществляется в двух вариантах: с использованием мерного ролика и с использованием датчика оборотов лебедки или крон-блока.
При первом варианте используется фрикционная связь между объектом измерения, в качестве которого служит каротажный кабель, талевый канат или колонна труб, и мерным роликом, прижимаемым к измеряемому объекту и вращающимся при его движении. По числу оборотов калибровочного мерного ролика, пропорциональному длине протянутого каротажного кабеля (или талевого каната), судят о глубине скважины.
Для передачи вращения мерного ролика в измерительный блок используются различные механические передачи: цепные, зубчатые, гибкий вал, следящие системы типа электрического вала и др. Кодирование числа оборотов осуществляется механическими, оптическими, электромеханическими, электромагнитными, электромашинными и другими устройствами.
В общем случае устройства измерения глубин с мерным роликом включают опорную раму, на которой смонтированы ролики на подвижных осях, мерный ролик на рычаге. Масштабный мерный ролик имеет упругий обод с разрезом, величина которого регулируется микрометрическим винтом. Между роликами и мерным роликом пропущен кабель. Один конец рычага закреплен на шарнире, другой связан с плунжером гидравлического датчика натяжения, который в свою очередь связан с индикатором натяжения трубопроводом. Подвижный мерный ролик установлен таким образом, что угол охвата его кабелем постоянен и увеличен настолько, что проскальзывание кабелем исключается, а сам ролик делается разрезным, регулируемым по длине окружности.
Устройство работает следующим образом. Микрометрическим винтом регулируется длина окружности мерного ролика под тип кабеля так, чтобы один оборот ролика соответствовал перемещению одного метра кабеля. Кабель, стремясь выпрямиться, давит на мерный ролик, который через рычаг передает усилие на плунжер и по гибкому трубопроводу на индикатор натяжения. В связи с тем, что перемещение мерного ролика по вертикали мало, угол между направлениями сил натяжения не меняется, т.е. результирующая сила прямо пропорциональна нагрузке на кабель и шкала индикатора натяжения практически линейна. С помощью рычага плунжер перемещается с удвоенной амплитудой, что повышает чувствительность измерений усилий натяжения.
Результаты измерений натяжения кабеля позволяют учесть величину его удлинения в скважине и уточнить глубины скважинных замеров. С этой целью измеряют натяжение кабеля как на поверхности, так и в месте соединения его со скважинным прибором. Полученные данные вводятся в специальное устройство, которое по разработанному алгоритму оперативно вводит поправки в регистрируемые при каротаже глубины.
Для измерения глубины скважины по длине спускаемой в нее колонны бурильных труб применяются ряд устройств, в частности, с использованием мерного ролика, связанного фрикционно с квадратом буровой установки. Устройство для измерения глубины скважины в процессе бурения содержит измерительный ролик, прижимные ролики, размещенные в пазах корпуса, опирающегося на подшипник шаровой подвески и вращающегося вместе с квадратом буровой, узел включения в цепи сельсинов, редуктор, счетчик и скребок под измерительным роликом. В процессе бурения вращение квадрата через измерительный и прижимные ролики передается на корпус, который вращается синхронно с квадратом на подшипнике подвески. По мере углубления забоя буровой инструмент вместе с квадратом погружается в скважину. Перемещение квадрата вызывает вращение измерительного ролика, которое с помощью механической передачи, сельсинов и редуктора передается на счетчик, фиксирующий глубину погружения бурового инструмента. Перед проведением спуско-подъемных операций электрическая цепь сельсинов размыкается с помощью узла включения и счетчик сохраняет показания текущей глубины скважины. После замены инструмента и спуска его в скважину в момент начала бурения электрическая цепь сельсинов замыкается с помощью узла включения и процесс измерения процесс измерения повторяется.
При измерении глубин посредством мерного ролика (шкива) известного диаметра ошибки образуются в основном за счет проскальзывания каната (кабеля) относительно ролика, износа ролика и из-за того, что измеряемый кабель не всегда охватывает ролик (эллипсность). Достижимая точность измерений оценивается в 0.5 %.
Устройства для измерения оборотов буровой лебедки относится к другой группе механических устройств определения глубин. Одни из них соединяются с ее валом, другие имеют фрикционную связь с ребордой барабана лебедки. Основная часть датчиков глубин измеряет число оборотов лебедки, которое пересчитывается затем в длину смотанного с нее кабеля. Принципы измерения различны и включают применение тахогенераторов, различных импульсных преобразовательных устройств, в том числе оптических, с герконами и др. Измерение глубины проводится при смотке кабеля с барабана, что соответствует углублению скважины. Для учета изменения намотки талевого каната на барабан лебедки применяются различные средства, в первую очередь. Механические вариаторы в виде конусных или цилиндрических роликов, в виде кулачков или в виде многоступенчатой зубчатой передачи.
Другой способ повышения точности измерений глубин скважины датчиком оборотов буровой лебедки заключается в применении модели барабана лебедки.
Наряду с усложнением кинематической схемы датчика оборотов лебедки, связанным с применением различных вариаторов или моделей все более четко определяется тенденция возложения функций коррекции погрешности на средства вычислительной техники – за счет упрощения самого датчика глубин усложняется электронная схема аппаратуры.
По сравнению с мерным роликом датчик обладает более высокой надежностью в связи с отсутствием механического износа от трения, использованием электромагнитных детекторов вместо электрических контактных, с защитой от влияния внешних условий (температуры, давления, ветра, масла, пыли и т.д.) за счет герметического изготовления, не ограничен практически по скорости перемещений и не имеет проскальзывания каната относительно датчика. Разрешающая способность датчика 1 см при скорости перемещения крюка до 10 м/с.
Необходимо отметить, что применительно к датчикам оборотов лебедки изобретены различные средства, позволяющие учесть холостые ходы талевого блока при различных вспомогательных операциях на буровой.
Аналогично по принципу действия и составу устройств могут быть применены и для измерения перемещения талевого блока буровой по числу оборотов ролика крон-блока.
Устройства с датчиками числа оборотов лебедки или крон-блока не имеют мерного ролика, а потому лишены такого недостатка, как погрешность от проскальзывания. Вместе с тем, за счет неточности определения длины витка в слое (из-за отклонений диаметра барабана от номинального вдоль своей оси и его эллипсности), неравномерной укладки витков в слое и одного слоя на другой, а также прочих факторов, точность измерений глубин с помощью датчика оборотов лебедки оказывается не намного выше, чем у устройств с мерным роликом.
В целом механический способ измерения глубин скважины не обеспечивает необходимую точность измерений глубин, которая исходя из требований к промыслово-геофизическим исследованиям скважин, должна быть не более 0.001, поэтому он или комплектуется с другими методами измерений, например, магнитным, или его данные корректируются по результатам более точных замеров глубин скважин.

Comments are closed.