датчик положения индукционный

Формула изобретения

Датчик положения индукционный, включающий катушку индуктивности, расположенную снаружи трубы на устье скважины, и приемный блок, первый вход которого соединен с катушкой индуктивности, а выход подключен к исполнительному устройству, осуществляющему управление работой двигателя, перемещающего прибор в скважине, отличающийся тем, что 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.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, а именно к нефтегазовому оборудованию, необходимому при эксплуатации скважин, и может быть использовано 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, осуществляющему 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 являются его низкие технико-эксплуатационные 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, осуществляющему 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, связанной 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 несрабатывания подъемного механизма.

В основу данного изобретения 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, осуществляющему 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.

Заявляемое устройство не имеет аналогов среди известных устройств, устанавливаемых на устье скважины и предназначенных для индикации положения прибора на выходе из скважины, а следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлены рисунки, иллюстрирующие ситуацию, когда прибор при подъеме из скважины находится: 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 6. 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.