[1]Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований скважин и может быть использовано для контроля параметров каротажа скважин при проведении спускоподъемных операций.
[2]При проведении спускоподъемных операций в скважине необходим контроль за натяжением геофизического кабеля. Контроль за натяжением осуществляют при помощи отдельного устройства в связке спускаемых в скважину приборов или при помощи кабельного наконечника, соединяющего геофизический прибор с кабелем и содержащий индикатор натяжения.
[3]Известен кабельный наконечник (А.с. СССР №1321809, 1985) содержащий, два независимо вращающихся узла, один из которых имеет стержень и связан с кабелем, а другой со скважинным прибором и упругие элементы, для обеспечения контроля за натяжением.
[4]Недостатком известного кабельного наконечника является то, что формирование сигнала - разрыв или восстановление электрической цепи - осуществляется только в момент возникновения критической ситуации (при остановке прибора на уступе, в случае перепуска кабеля при замедленном его продвижении, прихвате прибора и наконечника при подъеме) и не позволяет оператору отслеживать текущее значение величины усилия в заделке каротажного кабеля с наконечником для прогнозирования развития критической ситуации и своевременно принимать адекватные меры по предотвращению ее перерастания в аварийную ситуацию.
[5]Также известно устройство для измерения сил передвижения скважинного прибора, представляющее собой кабельный наконечник и содержащее чувствительный элемент, способный упруго деформироваться под влиянием силы сжатия или натяжения, систему тензорезисторов, расположенных (наклеенных) на чувствительном элементе, для индикации сил натяжения и сжатия и компенсатор давления, имеющий оболочку, и как минимум, три стороны, герметичные относительно тензорезисторов (патенты US 4269063 и US 4267727, 1981).
[6]Недостатком указанного устройства является низкая надежность и относительно невысокая точность измерений. Тензорезисторы, установленные посредством адгезионного соединения, внутри прибора на упругом элементе находятся в контакте с гидравлической жидкостью, которая может являться звеном утечки тока. Со временем гидравлическая жидкость может разрушить или ухудшить адгезионные соединения тензорезисторов. Также тензорезисторы подвергаются негативному влиянию внешнего гидростатического давления, что приводит к неточности выходного сигнала.
[7]Наиболее близкими к заявленным изобретениям являются устройство для измерения сил погруженных в скважину геофизических приборов (US 6450022, 2002) и способ измерения сил с помощью этого прибора. Устройство содержит механизм формирования сигнала индикации натяжения, который включает упругий чувствительный элемент и систему тензорезисторов, расположенных на упругом чувствительном элементе, и компенсатор внешнего гидростатического давления, имеющий три зоны уплотнения. Устройство расположено между кабельным наконечником и геофизическим прибором в связке погружаемых в скважину приборов. Способ измерения сил, действующих на связку погруженных приборов, осуществляют путем измерения усилия с помощью системы тензорезисторов, расположенных на чувствительном элементе, и устранения влияния внешнего давления на чувствительный элемент, используя разность зон уплотнения на стержне, прикрепленном к чувствительному элементу для выравнивания сил, порождаемых внешним давлением, действующих на чувствительный элемент.
[8]Недостатком указанного устройства является отсутствие контроля за прихватом верхней части кабельного наконечника при спускоподъемных операциях, проводимых в скважине.
[9]Кроме того, конструкция индикатора натяжения, включающая упругий чувствительный элемент с установленными тензорезисторами, требует индивидуальной и тщательной настройки и калибровки, что влечет за собой сложность настройки и технического обслуживания устройства.
[10]Точность измерений зависит от упругих свойств материала и диаметра упругого элемента конструкции, одновременно являющегося силовым элементов конструкции и обеспечивающего ее целостность, а также от качества адгезионного присоединения тензорезисторов. При изготовлении и настройке упругого элемента необходимо соблюдать баланс между необходимой прочностью упругого элемента для сохранения целостности прибора и его чувствительностью к изменениям прилагаемой нагрузки растяжения.
[11]Кроме того, упругий элемент должен быть установлен (сбалансирован) в устройстве таки образом, чтобы не испытывать нагрузки на изгиб под воздействием внешних сил, который может привести к погрешностям в измерениях. В результате сжимающие и растягивающие нагрузки на упругий элемент вынужденно передаются при помощи множества сложных соединений.
[12]Так, компенсатор внешнего давления, который включает три зоны уплотнения, состоит из множества сборных деталей и содержит в себе длинную цепь передачи компенсирующих усилий, возникающих вследствие воздействия внешнего давления, и передающихся на упругий элемент с установленными тензорезисторами, что влияет на точность показаний прибора и существенно усложняет конструкцию устройства.
[13]Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности устройства, точности получаемых измерений, улучшение технологичности обслуживания, а также удешевление процесса его изготовления и сборки за счет упрощения конструкции устройства.
[14]Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения силы натяжения, содержащем механизм формирования сигнала индикации натяжения и компенсатор внешнего гидростатического давления с зонами уплотнения, компенсатор внешнего гидростатического давления содержит шток, который выполнен в виде единой детали с размещенными на нем зонами уплотнения, а механизм формирования сигнала индикации натяжения включает в себя камеру, заполненную гидравлической жидкостью и датчик давления, соединенные между собой посредством канала, размещенного в штоке.
[15]Также поставленная задача решается тем, что в способе измерения силы натяжения, включающем измерение усилия натяжения в геофизическом кабеле с одновременной компенсацией влияния внешнего давления на результаты измерения и выведение результатов измерения по геофизическому кабелю на пульт оператора, измерение силы натяжения осуществляют с использованием устройства по п.1 формулы, в котором возникающее усилие натяжения в кабеле через муфту передается на шток, который давит на гидравлическую жидкость в камере, вследствие чего в камере возникает давление пропорциональное силе натяжении кабеля, жидкость по каналу в штоке воздействует на чувствительный элемент датчика давления, а датчик давления преобразует давление в электрический сигнал.
[16]На фиг.1 показана схема расположения устройства, соединенного со скважинным прибором в скважине.
[17]На фиг.2 представлен общий вид устройства для измерения силы натяжения в продольном разрезе.
[18]На фиг.3 представлена схема механизмов формирования сигнала индикации натяжения компенсации внешнего давления.
[19]На фиг.4 представлено схематическое изображение штока компенсатора внешнего гидростатического давления.
[20]На фиг.1 схематично представлено предлагаемое устройство 30, которое соединено с геофизическим кабелем 1 и скважинным прибором 31. Связка приборов погружена в скважину 32.
[21]Геофизический кабель 1 (фиг.2), который при помощи гайки 2 и конуса 3 подсоединен к муфте 4. Муфта 4 имеет боковой канал 5 для прохода жил кабеля 1. Муфта 4 зафиксирована от вращения при помощи винта 6 относительно неподвижно закрепленного кожуха 7. Верхняя часть муфты 4 установлена с зазором относительно кожуха 7. Кожух 7 ввинчивается в корпус 8 и фиксируется с помощью стопорного винта 9. Жилы кабеля подсоединены к гермовводам 10, которые герметично состыкованы с корпусом 8. Муфта 4 при помощи резьбы соединена со штоком 11.
[22]Шток 11 (фиг.3) расположен внутри корпуса 8, содержит три зоны уплотнения - верхняя (А), центральная (Б) и нижняя (В) и канал 12 (фиг.4). Зона А уплотняется резиновым кольцом 13, зона Б уплотняется резиновым кольцом 14. В нижней зоне В штока 11 установлена уплотнительная втулка 15, которая герметизирована уплотнительными кольцами 16. Относительно корпуса 8 втулка 15 герметизирована с помощью уплотнительных колец 17. От осевого перемещения относительно корпуса 8 уплотнительная втулка 18 зафиксирована с помощью гайки 18, которая ввинчена по резьбе в корпус 8.
[23]Нижний конец штока 11 (фиг.3) состыкован с датчиком давления 19. Корпус 8 имеет каналы 20 для прохождения жил кабеля 1 и каналы для сообщения с внешней средой 21. Через канал 21 в корпусе 8 внешняя среда поступает в камеру 22, образованную уплотняемыми зонами Б и В штока 11 с помощью уплотнительного кольца 14 и уплотнительной втулкой 15, герметизированной уплотнительными кольцами 16 и 17.
[24]Корпусом 8 и зонами уплотнения А и Б штока 11 с помощью уплотнительных колец 13 и 14 образована герметичная камера 23, заполненная гидравлической жидкостью, которая посредством канала 12 соединена с датчиком давления 19.
[25]Корпус 8 с помощью уплотнительных колец 24 герметично соединен с кожухом 25, внутри которого в среде воздуха при нормальном атмосферном давлении расположен датчик давления 19.
[26]Кожух 25 с помощью уплотнительных колец 26 герметично соединен с переходной муфтой 27, состыкованной с накидной гайкой 28. Внутри переходной муфты 27 расположен электрический разъем 29 для передачи электрического сигнала от геофизического скважинного прибора.
[27]Устройство (фиг.3) осуществляет способ измерения силы натяжения геофизического кабеля, и работает следующим образом.
[28]При возникновении усилия натяжения в кабеле 1, сила натяжения через муфту 4 передается на шток 11, который давит на жидкость в камере 23, вследствие чего в камере возникает давление пропорциональное силе натяжении кабеля в его заделке. Гидравлическая жидкость по каналу 12 в штоке 11 воздействует на чувствительный элемент датчика давления 19. Датчик 19 преобразует это давление в электрический сигнал, который по геофизическому кабелю 1 передается на поверхность на пульт оператору.
[29]Компенсатор внешнего давления включает в себя шток 11, выполненный в виде единой детали, который имеет три зоны уплотнения - верхняя А, центральная Б и нижняя В (фиг.4). Разница по величине площади поперечных сечений центральной Б и нижней В зон уплотнения равна площади поперечного сечения верхней зоны А. Внешнее давление через каналы сообщения с внешней средой 21 действует на площадь сечения верхней зоны уплотнения А штока 11 и на площадь, образованную разницей площадей поперечных сечений центральной Б и нижней В зон. Суммарное воздействие сил приложенного внешнего давления вдоль оси штока 11 равно нулю.
[30]Температурные изменения объема несжимаемой гидравлической жидкости в герметичной камере 23 компенсируются соответствующим изменением объема самой камеры 23 путем смещения штока 11.
[31]Измерение силы натяжения кабеля посредством измерения давления в камере 15 позволяет использовать известные датчики давления, работающие в среде воздуха при нормальном давлении.
[32]Например, датчик давления 19 может быть готовым изделием зарубежного или отечественного производства, который имеет соответствующие сертифицирующие документы. В зависимости от марки датчика давления его эксплуатационные характеристики могут меняться.
[33]В заявленных изобретениях исправлены все вышеупомянутые недостатки известных технических решений.
[34]Предлагаемое устройство для измерения силы натяжения выполняет функцию кабельного наконечника и соединяет геофизический кабель с погружаемым скважинным прибором. Это позволяет осуществлять контроль за прихватом верхней части устройства при подъемных операциях, проводимых в скважине.
[35]Применение датчика давления позволяет исключить упругий элемент с установленными на нем тензорезисторами и одновременно являющегося силовым элементом конструкции, из механизма формирования сигнала индикации натяжения, что приводит к повышению надежности устройства и упрощению его технического обслуживания.
[36]Механизм формирования сигнала индикации натяжения и механизм компенсации давления функционально не связаны. В результате работа механизма компенсации давления не влияет на точность формирования сигнала индикации натяжения, что повышает надежность и точность работы устройства.
[37]Выполнение штока в виде одной единой целой детали позволяет исключить длинную цепь передачи компенсирующих усилий, возникающих вследствие воздействия внешнего давления, и передающихся на механизм формирования сигнала индикации натяжения, что повышает точность показаний прибора, а также упрощает конструкцию устройства для измерения сил натяжения и упрощает его техническое обслуживание.
[38]Предлагаемое устройство для измерения силы натяжения успешно прошло испытания на нефтяных промыслах ОАО "Татнефть". Испытания показали, что устройство надежно в работе, просто в конструкции и обслуживании и удовлетворяет всем необходимым требованиям.
[39]Таким образом, применение предлагаемых изобретений позволяет:
[40]- повысить точность получаемых измерений;
[41]- упросить конструкцию, процесс сборки и техническое обслуживание устройства;
[42]- удешевить себестоимость устройства.
