Контрольно-измерительные приборы и аппаратуры
Безаварийная проводка скважины, ее освоение и ремонт в значительной степени определяется достоверностью и полнотой информации о текущих параметрах, как процесса бурения, освоения, ремонта, так и оборудования буровой установки, ремонтно-бурового и подъемного агрегатов. Одним из наиболее важных параметров, контролируемых на буровой установке, ремонтно-буровом и подъемном агрегате, является нагрузка на крюке. Она измеряется либо гидравлическим индикатором веса, либо с помощью электронного (тензометрического) датчика веса.
Современный гидравлический индикатор веса изображен на рисунке 106.
Он предназначен для измерения и регистрации усилий натяжения неподвижного конца талевого каната при бурении и капитальном ремонте скважин. Величина натяжения талевого каната пропорциональна весу на крюке. Индикатор состоит из (справа налево) трансформатора давления ТД, который преобразует натяжение каната в давление гидравлической жидкости, самопишущего манометра, показывающего манометра и пресс-бачка (гидроциндр одностороннего действия с винтовой подачей поршня) для нагнетания гидравлической жидкости при настройке индикатора. Все эти составляющие индикатора веса обвязаны между собой гибким медным капилляром. Гидравлическую систему индикатора заполняют полиметилсилоксановыми жидкостями ПМС-5; ПМС-6; ПМС-10 гост 13032-77. Трансформаторы давления выпускают на талевые канаты диаметрами от 15 до 38 мм и величину натяжения от 60 до 320 кН. В гидросистему гидравлического индикатора веса включают также сигнализирующий манометр, электрический сигнал с которого поступает на систему блокировки буровой лебедки при превышении максимально допустимой нагрузки на крюке. В последнее время гидравлические индикаторы веса стали вытесняться электронными индикаторами веса, у которых вместо трансформатора давления установлен тензорезистивный датчик натяжения неподвижной ветви талевого каната, который формирует электрический сигнал, пропорциональный весу на крюке. Электрический сигнал с датчика поступает на первичный преобразователь сигнала и далее на электронное табло. Применение электронных индикаторов веса позволяет легко выделять из веса на крюке сигнал пропорциональный нагрузке на долото, которая является важнейшим параметром режима бурения. Электронный способ регистрации веса на крюке в первую очередь применяют в компьютерных информационно-измерительных системах новейших буровых установок.
Для измерения давления на различных участках манифольда и противовыбросового оборудования буровых установок используют манометры с поршневыми средоразделителями, отделяющими буровой раствор от гидравлической жидкости в манометре. Измерение расхода бурового раствора на входе в бурильную колонну производят наиболее точно с помощью электромагнитных датчиков расхода или по числу двойных ходов буровых насосов. В электромагнитном датчике расхода буровой раствор протекает через участок специального созданного поперечного магнитного поля.
Рис.11. Гидравлический индикатор веса ГИВ-6 М2
Рис.12. Электромагнитный датчик расхода
В результате этого на двух электродах, расположенных ортогонально как к магнитному полю, так и к потоку бурового раствора, возникает разность электрических потенциалов, пропорциональная расходу. Внешний вид электромагнитного датчика расхода приведен на рисунке 107.
Число двойных ходов бурового насоса фиксируется электромагнитным счетчиком перемещений. Для этого на штоке насоса закрепляют либо металлический флажок, либо постоянный магнит, которые, пересекая катушку датчика, формируют на ней импульсный сигнал. Импульсный сигнал приводится к необходимому виду в первичном преобразователе сигнала и затем подается на счетчик импульсов. Частота следования импульсов равна числу двойных ходов насоса.
Расход бурового раствора на выходе из скважины, в желобной системе, измерять электромагнитным расходомером нельзя, из-за постоянно меняющегося сечения струи. Для оценки расхода на выходе используют датчик, реагирующий на уровень и линейную скорость потока бурового раствора, в качестве которого наиболее часто применяют датчик с резистивным или электромагнитным измерителем угла отклонения лопатки, погруженной в текущий по желобу раствор.
Глубину погружения бурильной колонны в скважину определяют по измерению полного угла поворота барабана лебедки. Для этого используют передачу вращения от барабана лебедки на вал датчика с помощью клинового ремня или датчик устанавливают между шпинделем вертлюжка и одним из валов лебедки. Вращение вала датчика контролируется обычно оптическими методами. Сигналы с датчика обрабатываются микроконтроллером и поступают далее на электронное табло.
Уровень раствора в емкостях циркуляционной системы измеряют поплавковыми датчиками и ультразвуковыми Уровнемерами. В первом случае (рис.108) поплавок через штангу соединен с движком переменного резистора, который и выдает сигнал, пропорциональный уровню бурового раствора. Во втором случае уровень определяется по времени прихода отраженного от поверхности бурового раствора импульсного акустического сигнала.
Плотность бурового раствора может быть эпизодически измерена ареометром. Ареометр представляет из себя груз определенной средней плотности с измерительной линейкой, который погружается на глубину, зависящую от плотности бурового раствора. Другой разновидностью ареометра является герметичная емкость фиксированного объема с измерительной линейкой. Емкость заполняют раствором и погружают в воду. Глубина погружения пропорциональна плотности раствора.
Датчики непрерывного контроля плотности имеют тензорезистивные преобразователи натяжения нити, удерживающие погруженный в буровой раствор груз. Используется также мембранные тип датчика плотности бурового раствора, у которого тонкая мембрана с нанесенным на нее тензорезистором отделяет буровой раствор от заполненной газом камеры. Деформация мембраны, пропорциональная плотности бурового раствора, меняет измеряемое сопротивление тензорезистора.
Имеется также комбинированный датчик плотности и глубины раствора в емкостях. В связи с тем, что с ростом глубины погружения в буровой раствор давление растет, а темп роста давления определяется плотностью раствора, имея два мембранных датчика плотности с фиксированной разностью глубины погружения, можно по измеренным давлениям на двух разных глубинах погружения вычислить и плотность раствора, и его уровень в емкостях:
р = (P2-P1) / (g. h); h= (P. h) / (P2 - P1) + h1
где Р2 - давление на уровне нижнего датчика; P1 - давление на уровне верхнего датчика; h - расстояние между датчиками по вертикали; h1 - расстояние от дна емкости до верхнего датчика по вертикали; g - ускорение свободного падения.
Момент на роторе буровых установок измеряют с помощью тензорезистивных датчиков, устанавливаемых на элементах привода ротора. Реактивный момент на роторе, при бурении турбобуром, измеряется датчиком с тензорезистивным преобразователем, устанавливаемым между корпусом и столом ротора (рис.109). В компьютерных информационно-измерительных системах буровых установок применяют и другие датчики технологического контроля.
В новейших буровых установках Волгоградского завода буровой техники использована компьютерная информационно-измерительная система СГТ-Микро, а объединение "Уралмаш" использует в своих современных буровых установках компьютерные информационно-измерительные системы КУБ-01 и СГТ-Микро. Для контроля электрических параметров электрооборудования буровой установки применяют измерители тока - амперметры, измерители напряжения - вольтметры, измерители потребляемой мощности - ваттметры, измерители расхода электрической энергии - электрические счетчики.
|
