СКАЧАТЬ:  lab_teleizmer.zip [334,08 Kb] (cкачиваний: 42)

Лабораторная работа №1

по дисциплине «Телеизмерения при исследовании скважин»

на тему: «Комплекс по контролю параметров каротажа «КОНПАК»»

Цель работы:

изучение системы измерения натяжения каротажного кабеля, входящей в состав комплекса по контролю параметров каротажа «КОНПАК».

Краткие сведения из теории

Комплекс по контролю параметров каротажа «КОНПАК» предназначен для измерения глубины спуска скважинного прибора, натяжения каротажного кабеля и скорости его движения. Кроме того, комплекс обеспечивает на выходном разъеме сигналы: магнитной метки (ММ), шага квантования по глубине вниз (+ШК) и вверх (-ШК) и усилителя датчика натяжения кабеля (УДН) для использования другими регистрирующими системами каротажной лаборатории. Область применения комплекса - каротажные подъемники, оборудованные кабелеукладчиком.

Основные технические параметры комплекса:

1. Диапазон контроля величины перемещения, м   - 0-10000

2. Диапазон контроля натяжения, кгс                               - 0-10000

3. Диапазон контроля скорости перемещения, м/ч - 0-10000

4. Интервал ожидания ММ, м                                           - 9,5-10,5

5. Интервал коррекции перемещения по ММ, м.     - +/- 0,5

Предусмотрены:

1. Установка граничных значений контролируемых параметров;

2. Световая и звуковая сигнализация прихода магнитной метки, выхода контролируемых параметров за установленные границы;

3. Компенсация внешних магнитных полей в месте установки датчика магнитных меток глубины;

4. Ручной ввод любого значения глубины и текущего значения количества квантов глубины (обычно 1см), приходящихся на интервал между соседними магнитными метками (обычно 10 м).

Комплекс, рис. 1, состоит из следующих частей:

• · первичного преобразователя ПП со смонтированными на нем формирова-

телем тактов глубины (ФТГ), датчиком магнитных меток (ДММ),
датчиком натяжения (ДН), узлом связи с водильником лебедки (УСВ) в двух
вариантах крепления: на кабелеукладчике и на выносной штанге;

• · индикатора параметров каротажа (ИПК);
• · соединительных кабелей, обеспечивающих связь индикатора с первич-

ными преобразователями, регистрирующими системами каротажных
лабораторий и бортовым источником питания.

Рис. 1. Схема соединений комплекса «КОНПАК»

Комплекс позволяет проводить работу по стандартной технологии ГИС с предварительно размеченным кабелем. При этом ИПК индицирует глубину, скорость и натяжение геофизического кабеля. Одновременно производится коррекция глубины по магнитным меткам с индикацией интервала коррекции, прихода магнитной метки и результата коррекции (состоялась коррекция или нет).

ПП представляет собой несущую силоизмерительную балку, на которой размещены:

- три ролика, два крайних - направляющие и средний - силозадающий;

- датчик глубины (ФТГ) с разъемом подключения (линия 1);

- датчик магнитных меток (ДММ) с разъемом подключения (линия 3);

-датчик натяжения (ДН) в виде наклеенных с обеих сторон балки
тензорезисторов;

- разъем подключения датчика натяжения (линия 2);

- узел создания дополнительной механической деформации балки - БСН (винт в верхней части щеки крепления среднего ролика);

- узел связи с водильником (УСВ).

Для установки необходимого перегиба кабеля между средним и направляющими роликами следует:

- ослабить крепление щек среднего ролика к балке, отвернув два болта;

- создать натяжение кабеля порядка 5-15 кН (0,5-1,5 т);

-вращая регулировочный болт узла создания дополнительной
деформации балки БСН по часовой стрелке, добиться начала изменения
показаний по индикатору натяжения;

- начиная от найденного выше положения регулировочного болта БСН, завернуть его еще на один оборот - это положение соответствует заводской установке шкалы натяжения (индикатор покажет при этом величину установленного выше натяжения в единицах шкалы);

- затянуть болты крепления щек среднего ролика.

ПП устанавливается на водильнике лебедки с помощью двух тяг, для крепления которых необходимо отвернуть по два болта сверху и снизу направляющих валиков и с их помощью закрепить на водильнике тяги ПП.

ИПК реализован в виде блока, устанавливаемого в пульте машиниста и подключаемого к датчикам натяжения, шагов квантования по глубине и магнитных меток, а также к бортовой сети постоянного тока и каротажному регистратору.

На передней панели ИПК расположены:

1.  Переключатель SA2 - «Б.сеть», для включения и выключения ИПК;

2.  Индикатор скорости 1, для индикации скорости движения кабеля в м/с

«Скорость»;

3.  Индикатор глубины 2, для индикации глубины нахождения скважинного

прибора в м - «Глубина»;

4.  Индикатор натяжения 3, для индикации натяжения геофизического

кабеля в кгс — «Натяжение»;

5.  Светодиод VD1 - «метка», для визуализации прихода ММ;

6.  Ручка R1 - «компенсация», для регулировки чувствительности сигнала

ММ;

7.  Переключатель SA1 - «работа» и «установка», для функционирования

ИПК в основном режиме, либо в режиме установки допустимых границ натяжения, глубины и цены одного шага квантования;

8.  Светодиоды VD2 и VD3 - «макс.» и «мин.», для индикации состояний: в

режиме «установка» - светодиод VD2 - «макс» указывает, что устанавливается верхняя допустимая граница выбранного параметра, а светодиод VD3 - «мин» - нижняя допустимая граница; в режиме «работа» - свечение обоих светодиодов говорит о входе в интервал коррекции глубины по ММ (+ 0,5 м - интервал ожидания прихода ММ, т.е. от 9,5 м до 10,5 м; после прихода ММ и при выходе из интервала ожидания светодиод «мин» гаснет, светодиод «макс» гаснет при выходе из интервала ожидания только в случае прихода ММ в противном случае

светодиод продолжает гореть, сигнализируя о том, что в данном 10-ти метровом интервале ММ не пришла);

9.  <М> и <0> - шлицы подстроечных сопротивлений для настройки

диапазона измерения натяжения («0» - нуль шкалы и «М» - верхняя граница шкалы) - сопротивления находятся на плате УДН;

10.  Кнопка S1 - «параметр», в режиме «установка» для выбора типа

установок из следующего набора:

а) остановка Начальной Глубины (Новой Глубины), при этом на левом

индикаторе (1) высвечиваются символы «Н.Г.», средний индикатор (2)
предназначен для установки нового значения, а правый индикатор (3) не используется;

б) установка Пределов Глубины, при этом на левом индикаторе

высвечиваются символы «Г.ПР.», средний индикатор служит для индикации
вводимой нижней границы глубины (сопровождается свечением светодиода
«мин»), а правый - для индикации вводимой верхней границы глубины
(сопровождается свечением светодиода «макс»);

в) установка Новой Разметки геофизического кабеля (цены одного шага

квантования по глубине), при этом на левом индикаторе высвечиваются
символы «Н.Р.», на среднем индикаторе индицируются целые значения,
сопровождаемые свечением светодиода «мин», а на правом - дробная часть
значения, сопровождаемая свечением светодиода «макс», цены одного шага
квантования по глубине;

г) установка Пределов Натяжения, при этом на левом индикаторе

появляются символы «Н.ПР.», средний индикатор служит для установки нижней допустимой границы натяжения кабеля (подсвечивается светодиодом «мин» и «точкой» на этом индикаторе), а правый — для установки верхней допустимой границы (подсвечивается светодиодом «макс» и «точкой» на этом индикаторе);

-кнопка S2 - «граница», для указания индикатора (подсвеченного

«точкой»)   и   вида   задаваемой   граничной   информации:   верхняя   граница (максимальное   значение)   -   горит   светодиод   «макс»   и   нижняя   граница (минимальное значение) - горит светодиод «мин»;

- кнопка S3 - «разряд», в режиме «установка» для перемещения точки

внутри вобранного индикатора (параметра), которая показывает, что данную цифру можно изменить;

- кнопка S4 - «значение», в режиме «установка» для изменения значения

выбранного разряда.

 Управление комплексом осуществляется при помощи тумблеров и кнопок на передней панели ИПК. Все режимы работы индицируются светодиодами и индикаторами. Память прибора позволяет хранить однажды введенные уставки. Функционирование комплекса возможно в двух режимах: «работа» и «установка». В режиме «установка» можно записать в память граничные значения контролируемых параметров, новое значение глубины, новую цену одного шага квантования по глубине. В режиме «работа» комплекс ведет непрерывный контроль глубины нахождения скважинного прибора с одновременным вычислением скорости его перемещения и измерением натяжения кабеля. Контролируемая глубина постоянно корректируется по магнитным меткам, предварительно нанесенным на кабель. Вся информация, поступающая в комплекс от датчиков, транслируется в разъем связи с внешним каротажным регистратором.

Структурная  схема  соединений  МП-блока  контроля,  индикации  и сигнализации параметров перемещения грузонесущих тросов представлена на рис. 10.

Рис. 10. Структурная  схема  устройства КОНПАК

Основу аппаратуры составляет процессорная плата ФОС (формирования и  обработки  сигналов),  на  которую  поступают  выходные  сигналы  датчиков: ФТГ (формирователь  тактов  глубины)  через  разъем  Х4,  ДММ (датчик магнитных меток) через разъем Х5, ДН (датчик натяжения кабеля) через разъем Х7 после усиления в УДН (усилителе выходного сигнала ДН). После обработки информации в процессоре выходные данные выводятся: на индикаторы И1, И2, И3,  соответственно –  скорость,  глубина  и  натяжение  кабеля;  на  выходной разъем Х3 для подачи на внешние устройства:  каротажный регистратор, блок аварийного отключения привода лебедки и др. (см. рис. 9).

Электропитание  данная  аппаратура  получает  от  бортовой  сети  через разъем Х6 (аккумулятор или блок питания постоянного тока 12 В), которая в источнике  питания  ИП (схема  не  приводится)  преобразуется  в  необходимые для работы аппаратуры напряжения +5 В и + 12 В, поступающие через разъем Х2 (контакты 8, 29, 5) на аналоговые и цифровые узлы аппаратуры.

Принципиальная  схема  платы  ФОС 1  представлена  на  рис. 11. Центральным  звеном  схемы  является  микропроцессор DD1 (PIC16F873).  В этом  процессоре  программным  способом  реализуется  прием  информации  от датчиков  после  формирователей DD 2.1, DD 2.3, DD 2.5  и  усилителя  УДН (расположен  на  передней  панели  прибора), от  переключателя  режима  работы SA1  и  от  кнопок  управления S1 – S4 (рис. 9).  После  обработки  вывод информации  осуществляется  на  пьезоэлектрический  излучатель  звука HS1 (звуковая сигнализация), знакосинтезирующие индикаторы И1–И3, светодиоды VD1 – VD3 (рис. 9). Все эти соединения осуществляются с помощью разъема Х2  на 40  контактов.  Кроме  того,  на  плате  ФОС 1  находятся:  генератор подмагничивания  феррозонда  ДММ  на  микросхеме DA2  с  усилителем мощности  на  транзисторе VТ2, схема  выделения  магнитной  метки  в  составе: фильтра –  С6, R12, C5, R13;  детектора VD2;  преобразователя  тока  в напряжение – DA1  и  усилителя VT1,  источник  стабильного  напряжения  для

процессора DD1 и ряд пассивных элементов для фильтрации напряжений   питания –  С10-С13,  С1,  С3,  С4;  для  использования  в  качестве  нагрузочных, ограничивающих  и  подтягивающих  элементов – RR1, R1-R9, C15, VD9;  для сброса процессора при включении напряжения питания – С2, R10; для запуска и  стабилизации  частоты  тактового  генератора – ZQ1, R11, L1;  а  также буферные  элементы  для  передачи  сигналов  ММ, +  ШК  и -ШК  в  линию – DD2.2,  DD2.4, DD2.6.

Комплекс «КОНПАК»  размещается  в  любом  каротажном  подъемнике. Узел  связи  с  водильником  УСВ крепится  на  основании  водильника,  а  к  узлу связи  крепится  первичный  преобразователь  ПП (рис. 7).  При  наличии  в подъемнике кулачкового соединения с узлом связи – схема крепления должна соответствовать рис. 8.

Для заправки каротажного кабеля необходимо:

- отвернуть гайку крепления оси среднего ролика, вынуть ее и опустить ролик вместе с тягой от водильника вниз;

- отвернуть гайку планок поддержки кабеля у ДММ, вынуть ось и втулку поддержки;

- заправить каротажный кабель между двумя направляющими роликами и планками поддержки кабеля у ДММ;

-  поставить  втулку  поддержки  между  планками  так,  чтобы  кабель опирался на нее, вставить ось и закрепить ее гайкой;

- установить средний ролик между щеками так, чтобы кабель опирался на него, поднять тягу, вставить ось и закрепить ее гайкой.

ИПК комплекса устанавливается на пульте управления подъемника либо вместо  штатной  панели  контроля  глубины  и  натяжения,  либо  в  удобном  для машиниста месте.

Соединение ИПК с первичным преобразователем осуществляется жгутом из 3-х кабелей: от ФТГ, ДММ и ДН. Схема соединений приведена на рис. 7 и рис. 8.

В данной лабораторной работе исследуется канал измерения натяжения троса (каротажного  кабеля),  состоящего  из:  первичного  преобразователя  ПП (датчик  натяжения  ДН)  в  виде  мостовой  схемы  из  тензорезисторов, подключенной  к  ИПК  через  разъем  Х7;  усилителя  выходного  сигнала  ДН (плата  УДН,  рис. 12);  процессора DD1 (используется  внутренний  АЦП  и программная  обработка  его  выходного  сигнала  с  целью  визуализации  и сравнения с граничными значениями) и индикатора И3.

Рис. 12. Принципиальная электрическая схема усилителя для датчика

натяжения (УДН)

Задания

1. установить первичный преобразователь на тросе, натяжение которого

требуется измерить; 

2. проверить исправность датчика; 

3. снять градуировочную характеристику датчика; 

4.  снять  характеристику  натяжения  по  индикатору  И3  в  функции

выходного напряжения ДН; 

5. совместить в одной характеристике п.п. 3 и 4; 

6. научиться пользоваться подстроечными резисторами «0» и «М».

Оборудование

1.  Аппаратура «КОНПАК»  в  составе:  первичный  преобразователь  ПП, индикатор  ИПК,  кабели  соединения  с  бортовым  источником  питания,  с датчиком  натяжения  ДН,  с  каротажным  регистратором «ГЕКТОР», дополнительный кабель для испытания ДН;

2.  Лабораторный источник питания постоянного тока типа GPS-4251;

3.  Осциллограф типа GDS-806S;

4.  Тестер типа M-832;

5.  Приспособление для крепления отрезка троса.

Порядок выполнения работы

1.  а) Установить ПП на тросе для чего:

•  в  приспособлении  для  крепления  отрезка  кабеля  создать  на тросе  натяжение (вращая  гайку  в  приспособлении  по  рис.14), исключающее его провисание;

•  снять средний ролик у ПП;

•  установить  ПП  на  трос  так,  чтобы  он  опирался  на  трос  двумя крайними направляющими роликами;

•  установить  средний  ролик  между  щеками  так,  чтобы  трос опирался  на  него,  затем  вставить  ось  ролика  и  закрепить  ее гайкой;

     б) Собрать схему, приведенную на рис. 13 и затем:

•  установить напряжение по ИП UП ДН +5 В;

•   включить  осциллограф,  установить  максимальную чувствительность  по  каналу  вертикального  отклонения  и переместить горизонтальный луч на нулевую отметку (середина экрана);

•  Включить  ИП,  отметить  и  записать  начальное  выходное напряжение датчика (в милливольтах);

       в)  Создание  перегиба  троса  между  средним  и  направляющими роликами:

•  ослабить  крепление  щек  среднего  ролика  к  силозадающей балке, отвернув два болта;

Рис. 13. Схема для получения градуировочной характеристики ДН

•  натянуть  трос,  вращая  гайку  натяжения  в  приспособлении крепления троса (см. рис. 14);

•  вращая  регулировочный  болт  узла  создания  дополнительной деформации  балки  БСН  по  часовой  стрелке (см.  рис. 7  и 8), добиться  начала  изменения  показаний  осциллографа, подключенного  на  выход  тензометрического  моста (при  этом средний  ролик  вместе  со  щеками  подтягивается  к  тросу  до надежного его касания – это положение соответствует нулевой отметке шкалы индикатора ИПК Uвых.ДН = U0);

•  начиная  от  найденного  положения  нулевой  отметки  шкалы прибора  завернуть  регулировочный  болт  еще  ровно  на  один оборот (при  шаге  резьбы 1  мм  этой  величине  будет  равен прогиб  балки) –  это  заводская  установка  прогиба  балки (индикатор покажет при этом величину натяжения троса, ранее установленного в приспособлении Uвых.ДН = U0′> U0);

•  затянуть болты крепления щёк среднего ролика к силозадающей балке.

Рис. 14. Схема для снятия характеристики приспособления

    2.  Проверка  исправности  ДН  производится  при  помощи  тестера  и вспомогательного  кабеля «прозвонкой»  сопротивления  между  выводами разъема ХР7:

      - при R25 = 3R – обрыв внутри тензорезистора R1;

      - при R23 = 3R – обрыв внутри тензорезистора R2;

      - при R36 = 3R – обрыв внутри тензорезистора R3;

      - при R56 = 3R – обрыв внутри тензорезистора R4;

      - при R26 = R35 = R – все тензорезисторы исправны.

3.  Снятие градуировочной характеристики ДН:

•  вращая  гайку  создания  натяжения  в  приспособлении  против часовой стрелки, по осциллографу установить Uвых.ДН = U0;

•  отметить  данное  положение  гайки  как  начальное («0»  оси абсцисс);

•  вращая  гайку  по  часовой  стрелке (при  этом  натяжение увеличивается)  на  угол  β1  = 450,  β2  = 900,  β3 = 1350  и  т.  д. снимаем соответствующие этим углам Uвых.ДН = U1, Uвых.ДН = U2, Uвых.ДН = U3 и т. д. Заносим эти данные в таблицу 1 и на график рис. 17а;

•  определим «цену» одного милливольта выходного напряжения ДН  в  единицах  натяжения (Ньютон,  килограмм)  по  схеме  на рис. 14,  для  чего  при  β0 = 00 подвесим  к  противоположному гайке  концу  троса  известный  груз,  например,  гирю 32кг. Полученное  значение  Uвых.ДН  =  U32  позволяет  найти

Умножив полученные ранее значения Uвых.ДН на коэффициент  к,  получим  градуировочную  характеристику приспособления  (T = f (β))  и  градуировочную  характеристику ДН (T = f (Uвых.ДН )), где Т – натяжение (рис. 17б, 17в).

  4. Снятие характеристики TП = f(Uвых.д.) производится по схеме на рис.15, для чего необходимо:

      - собрать схему, приведенную на рис. 15;

      - установить на выходе ИП напряжение, равное U0;

      -подстроечным  резистором «0»  установить  на  индикаторе «Натяжение» величину 10ч20 кг;

Рис. 15. Схема для получения характеристики TП = f(Uвых.д.)

      - установить на выходе ИП напряжение, равное  (≈ соответствующее β = 2700);

      -  подстроечным  резистором «М»  установить  на  индикаторе «Натяжение» величину T = kUвых.ДН  (β= 2700);

      - собрать схему, приведенную на рис. 16;

      - снять характеристику TП = f (TЗАД )  (рис. 17г) , 

где    ТП – показание индикатора «Натяжение»;

         ТЗАД – заданное значение натяжения по характеристике Т = f(β) (рис. 17в).

5. Совмещение характеристик по п.п. 3 и 4.

Рис. 16. Схема для снятия характеристики TП = f (TЗАД )

              Ранее  получены  характеристики  Uвых.дн. = f (β ) и  TП = f(Uвых.д.) –  рис. 17б  и 17в.  Построение  совмещенной  характеристики  TП = f (TЗАД )   производится следующим  образом.  Поворотом  гайки  для  создания  натяжения  на  угол  βзад создаем натяжение Тзад. Этому углу по графику рис.17а соответствует выходное напряжение датчика силы  Uвых.дн.. Найденному напряжению по графику 2 рис.17б соответствует  натяжение  ТП.  Этот  же  результат  должен  быть  на  индикаторе «Натяжение»  ИПК.  Аналогичным  образом  находим  другие  точки  совмещенной характеристики TП = f (TЗАД ) .

6. Подстроечные  резисторы «0»  и «М»  позволяют  сохранять  равновесное состояние  измерительного  моста  из  тензорезисторов  и  изменять мультипликативный  коэффициент  выходной  характеристики  устройства, служащего  для  измерения  натяжения  троса (бронированного  кабеля).  Перед установкой  ПП  на  трос  подстроечным  резистором «0»  производится уравновешивание  измерительного  моста  по  индикатору  И3 «Натяжение».  Во время  установки  ПП  на  трос  касание  среднего  ролика  натянутого  троса  можно видеть  по  изменению  цифр  на  индикаторе  И3.  После  касания  троса  резистором «0» необходимо на индикаторе установить значение 100ч200 Н для того, чтобы в дальнейшем видеть выход измерительного моста из равновесия в ту или другую сторону.  При  этом  необходимо  резистором «0»  вернуть  показания  в первоначальное положение в диапазоне 100ч200 Н. Мультипликативный  коэффициент  устройства (коэффициент  усиления измерительного  усилителя)  устанавливается  для  данного  троса  резистором «М» один раз при калибровке, а при работе не используется. Его необходимо изменять либо  при  износе  троса  или  среднего  ролика,  либо  при  смене  троса,  производя каждый раз калибровку в соответствии с п.3 данной лабораторной работы. 

6.

Настроечные параметры

Таблица 1

Показания прибора

Таблица 2

Вывод: В данной работе мы изучили систему изменения натяжения каротажного кабеля , входящей в состав комплекса по контролю параметров каротажа «КОНПАК». В результате  мы научились пользоваться комплексом «КОНПАК», а также  сняли показания глубины и скорости при различных значениях давления.