Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Васильев С. И., Лапушова Л. А.,

Датчики натяжения неподвижной ветви талевого каната

Датчики натяжения состоит из тензорезистивного первичного преобразователя силы, нормирующего усилителя и механизма натяжения каната, обеспечивающего регулировку угла его защемления (рис. 23, 24).

Принцип работы основан на разложении усилия натяжения талевого каната в неподвижной его части на продольное и поперечное усилия. Поперечное усилие, передаваемое на первичный преобразователь силы, вызывает разбаланс моста первичного преобразователя. Нормирующий усилитель приводит величину этого разбаланса к стандартному диапазону величин. Датчики натяжения устанавливаются на неподвижной ветви талевого каната. Преимущества такой конструкции и места установки в ее мобильности, легкости монтажа, удовлетворяющей точности.

Недостатки тесно связаны с достоинствами датчика. Из-за того, что датчик является съемным и не имеет жесткой опоры, происходит увеличение гистерезиса. Также показания датчика вплотную зависят от диаметра, степени фиксации в промежутке датчика, деформации и степени натяжения каната, основные характеристики указаны в табл. 12.

Рис. 23. Принцип действия датчика веса, монтируемого непосредственно на неподвижном конце талевого каната

а б в

г д е

Рис. 24. Датчики натяжения неподвижной ветви талевого каната:
а – ДНТК (ЗАО НППГА «Луч»); б – ДНК-2 (ООО НПФ «Геосфера»); в – ДНК-311-06 (ЗАО «ГЭЛС»); г – TCE-100H (MDTotco (в СГТИ Totco, Weatherford, PetroServices)); д – PRF5000 (Metior S.L.R., в СГТИ Geolog); е – XLD 100k-45T (LidaLTD)

Таблица 12

Технические характеристики датчика ДНК

Пример установки датчиков натяжения талевого каната приведен на рис. 25.

Рис. 25. Пример датчиков натяжения талевого каната, установленных на «мертвом конце»

Принцип действия индикатора веса бурового инструмента (рис. 26) основан на преобразовании усилия Q натяжения каната 2, преломленного между крайними опорами на корпусе 1 и поплавком 3, опирающемся на мембрану 4, в давление в камере трансформатора и последующем его измерении манометром 6.

Давление в камере и усилие натяжения каната связаны зависимостью

P = (2Q/F)x cоsα,

где F – эффективная площадь мембраны; α – угол преломления каната.

Индикатор (рис. 27) состоит из трансформатора давления 3 и блока вторичных приборов 1, соединенных трубо-
проводом 2.

В зависимости от модификации индикатора блок вторичных приборов, смонтированный на раме 5, включает:

■ 423311.002 – указатель 6 с основной и верньерной шкалой, пресс-бачок 7 и манометр самопишущий 4 типа ДМ-2001 с часовым приводом диаграммы;

■ 423311.002-01 – указатель с основной шкалой и пресс-бачок и манометр самопишущий;

■ 423311.002-02 – указатель с основной шкалой и пресс-бачок.

Пресс-бачок закреплен непосредственно на указателях.

Рис. 27. Схема индикатора веса буровой колонны: 1 – блок вторичного привода; 2 – трубопровод соединительный; 3 – трансформатор давления; 4 – манометр самопишущий; 5 – рама; 6 – указатель; 7 – пресс-бачок

Трансформаторы давления (рис. 28) выпускаются двух типов, одинаковых по конструкции и различающихся эффективной площадью мембраны и расстоянием между крайними опорами и, следовательно, размерами составных частей.

На краях корпуса 3 крепятсякрайние опоры, несущие ролики, обоймы 7, одна из которых – постоянно закреплена двумя болтами 1 с пружинными шайбами, другая, съемная, двумя шпильками 6 с гайками и контргайками. В средней части корпуса расположена камера, закрываемая гибкой плоской мембраной 4. Мембрана зажата на корпусе болтами М8 через крышку 10. На мембрану опирается поплавок 8, в котором на резьбе установлен упор 9, являющийся средней опорой. На цилиндрической поверхности поплавка нанесены три риски, совпадения средней риски с торцом крышки означает среднее положение мембраны в трансформаторе давления, две крайние – предельные положения (при выпуклой и вогнутой мембране). Положение упора в поплавке определяется величиной зазора между торцом поплавка и нижним торцом упора и фиксируется относительно крышки проволокой с пломбой. В дне корпуса расположены два отверстия: одно – для выпуска воздуха, закрывается пробкой 5, в другом установлен штуцер 2, к которому подсоединяется соединительный трубопровод.

Указатели (рис. 29, 30) состоят из корпуса 1 с застекленной крышкой, установленной на корпусе на петле и закрываемой замком. На дне корпуса закреплен манометрический механизм.

Рис. 29. Манометрический указатель давления с основной шкалой: 1 – корпус; 2 – манометрическая пружина; 3 – трибосекторный механизм;
4 – тяга; 5 – стрелка; 6 – держатель; 7 – трубопровод; 8 – тройник

Рис. 30. Манометрический указатель давления с веньерной шкалой:
1 – корпус; 2 – манометрическая пружина веньерного механизма; 3 – основной трибосекторный механизм; 4 – манометрическая пружина основного механизма; 5 – веньерный трибосекторный механизм; 6 – тяги веньерного механизма; 7 – тяги основного механизма; 8 – держатель; 9 – трубопровод; 10 – тройник; 11 – трелки

Манометрический механизм указателя с основной шкалой (рис. 29) состоит из трубчатой манометрической пружины, неподвижный конец которой впаян в держатель 6, а свободной тягой 4, регулируемой по длине, шарнирно соединен с сектором трибосекторного механизма 3. На конце трубки механизма крепится стрелка 5. Шкала, имеющая на дуге 270 градусов 100 равномерных делений, оцифрованных через каждые 10 делений, закреплена на корпусе указателя. Держатель трубопроводом 7 соединен с тройником 8, закрепленном на боковой поверхности корпуса.

Манометрический механизм совмещенного указателя с основной и верньерной шкалой (рис. 30) состоит из двух совмещенных механизмов, конструктивно аналогичных механизму указателя с основной шкалой и отличающихся друг от друга размерами манометрических пружин и передаточным отношением трибосекторного механизма. Трибосекторный механизм совмещенного указателя имеет две трибки, находящиеся на одной оси, на которых закрепляются стрелки.

Шкала совмещенного указателя имеет 40 неоцифрованных равномерных делений верньерной шкалы и 100 равномерных делений основной шкалы. Угол поворота стрелки при максимальном давлении 1,0 МПа составляет для основной шкалы 270°, верньерной – 1800°.

Пресс-бачок (рис. 31) состоит из корпуса 2, в дно которого вварен запорный вентиль 1, и крышки 6, закрепленной на корпусе на резьбе. В центральном резьбовом отверстии крышки установлен винт 4 с воротком 5, шарнирно соединенный с поршнем 7, имеющим резиновое уплотняющее кольцо 8.

Заполнение пресс-бачка производится через заливочное отверстие в крышке, закрываемое пробкой 3, при верхнем положении поршня.

В зависимости от назначения индикатор выпускается в семи модификациях, различающихся типом трансформатора давления и составом блока вторичных приборов:

■ ГИВ6-М2-1 – совмещенный указатель (с основой и верньерной шкалой), пресс-бачок, манометр самопишущий ДМ-2001, трансформатор ТД-300;

■ ГИВ6-М2-2 – совмещенный указатель (с основой и верньерной шкалой), пресс-бачок, манометр самопишущий ДМ-2001, трансформатор ТД-150 (см. рис. 30);

■ ГИВ6-М2-3 – указатель с основой шкалой, пресс-бачок, манометр самопишущий ДМ-2001, трансформатор ТД-300;

■ ГИВ6-М2-4 – указатель с основой шкалой, пресс-бачок, манометр самопишущий ДМ-2001, трансформатор ТД-150;

■ ГИВ6-М2-5 – указатель с основой шкалой, пресс-бачок, трансформатор ТД-150;

■ ГИВ6-М2-6 – указатель с основой шкалой, указатель с верньерной шкалой, пресс-бачок, манометр самопишущий ДМ-2001, трансформатор ТД-300;

■ ГИВ6-М2-7 – указатель с основой шкалой, указатель с верньерной шкалой, пресс-бачок, манометр самопишущий ДМ-2001, трансформатор ТД-150 (см. рис. 29).

Основная приведенная погрешность измерения усилий натяжения каната (в % от максимального усилия).

Индикаторы с трансформатором давления ТД-150имеют приведенную погрешность ±4 %. Приведенная погрешность индикаторов с трансформатором давления ТД-300– равна ±2,5 %.

Дополнительная погрешность при отклонении температуры от (20 ± 5) °C на каждые 10 °C – ±0,5 % от максимального усилия.

Максимальное давление в гидравлической системе индикатора – 1 МПа.

Рабочая жидкость гидравлической системы индикатора – жидкости полиметилсилоксановые ПМС-5; ПМС-6;ПМС-10 ГОСТ 13032-77 или аналогичные по физическим свойствам.

Датчик веса на крюке НПП «Геосфера» предназначен для измерения нагрузки на крюке. Принцип действия датчика основан на измерении силы натяжения талевого каната на «мертвом» конце с применением тензометрического датчика усилий (рис. 32, 33).

Рис. 32. Принцип действия датчика веса на крюке

Рис. 33. Общий вид датчика веса на крюке

Датчик устанавливается на неподвижном конце талевого каната и имеет характеристики, указанные в табл. 13.

Таблица 13

Технические характеристики датчика веса на крюке