CN112320503B - 储气井检测系统电缆自动收放卷排线防偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储气井检测系统电缆自动收放卷排线防偏方法，包括步骤一、搭建电缆自动收放卷排线装置，步骤二、收放卷过程中自动纠偏。本申请中，通过设置摆动臂、两个霍尔接近开关，以及设置在摆动臂上的磁铁，形成第二电机转速闭环调节系统，控制器根据两个霍尔接近开关的信息实时调节第二电机转速，从而使卷筒转动速度与水平移动速度相匹配，实现正常收放卷线缆。

Description

储气井检测系统电缆自动收放卷排线防偏方法

技术领域

本发明属于储气井无损检测技术领域，具体涉及一种储气井检测系统电缆自动收放卷排线防偏方法。

背景技术

目前储气井定期检验的主要设备是井筒壁厚腐蚀检测系统，该系统包括分体设计的可操作控制器、线缆收放卷装置、井口架和超声波探头。检测时，先固定好线缆收放卷装置和井口架，电缆缠绕在卷筒上，其一端绕过卷筒、导向轮后进入储气井中，以保证井口段电缆处于竖直状态，且井口段电缆位于储气井的轴线位置，确保检测结果的准确性。

在检测时的放卷过程和检测结束后收卷线缆的过程中，因为储气井较深，线缆很长，因此在收放卷过程易发生紊乱现象，如乱层、同层相邻两圈线缆背绳或间距过大等乱绳现象。因此需要设计一种电缆收放卷自动排线防偏装置。

发明内容

本发明的目的在于提一种储气井检测系统电缆自动收放卷排线防偏方法，解决现有技术中在检测时的放卷过程和检测结束后收卷线缆的过程中，易发生紊乱现象，如乱层、同层相邻两圈线缆背绳或间距过大等乱绳现象的技术问题。

为了实现以上目的，本发明采取的具体技术方案是：

一种储气井检测系统电缆自动收放卷排线防偏方法，包括如下步骤：

步骤一、搭建电缆自动收放卷排线装置：所述电缆自动收放卷排线装置包括第一支架、卷筒机构、纠偏机构和控制器；

所述卷筒机构包括第一调节机构、第二支架、第一电机和卷筒；第一调节机构包括第一丝杠、第一滑块和第二电机，第一丝杠的两端与第一支架转动连接，第二电机固定设置在第一支架上，用于驱动第一丝杠转动；第一滑块套设在第一丝杠上，且与第一丝杠螺纹连接，第二支架固定设置在第一滑块上，卷筒通过卷轴转动设置在第二支架上，第一电机设置在第二支架上用于驱动卷筒转动；所述第一丝杠与卷筒的卷轴平行设置，第一丝杠的两侧设置有导轨，且导轨与第一丝杠平行设置，第一滑块活动式卡设在导轨上；

所述纠偏机构包括转动设置在第一支架上的导向轮和铰接在第一支架上的摆动臂，以及安装在第一支架上的两个霍尔接近开关，两个霍尔接近开关对称设置在摆动臂的两侧，分别记为第一霍尔接近开关和第二霍尔接近开关；摆动臂的上设置有导向环和磁铁，摆动臂位于导向轮和卷筒之间，导向轮的转轴与卷筒的卷轴平行设置，导向轮外周面上沿周向开设有导向槽；线缆一端与卷筒固定连接，另一端依次活动式穿过导向环、导向轮的导向槽后连接有检测探头；所述控制器与第一电机、第二电机和两个霍尔接近开关通过导线电连接，在收放卷过程中，控制器发出指令，控制第一电机和第二电机的转速实现线缆收放卷；

步骤二、收放卷过程中自动纠偏：

设定卷筒转动的角速度为wrad/s，卷筒移动的速度为vm/s，线缆的直径为 dm，则2π/w＝d/v时，卷筒转动速度与水平移动速度相匹配，此时电缆在被收放卷过程中能够整体、有序的排列在卷筒上，同一层相邻两圈线缆的中心间距为d，且入卷线缆与卷筒转轴垂直；入卷线缆是指导向轮与卷筒之间的线缆段；

在收放卷过程中，当卷筒转动速度与水平移动速度不匹配时，入卷线缆倾斜，与卷筒转轴不垂直，导致同一层相邻两圈线缆的中心间距不为d，发生收放卷排线紊乱现象：

1)、当第二电机的转速较慢，即卷筒水平移动的速度为v m/s较小时， d/v＞2π/w，出现绕线滞后现象，当同一层相邻两圈线缆的中心间距小于d/2，即滞后距离大于d/2时就会出现线压线的情况，此时入卷线缆挤压导向环使摆动臂向左转动，当摆动臂上的磁铁靠近第二霍尔接近开关，第二霍尔接近开关闭合，控制器收到第二霍尔接近开关的闭合信号后，发出指令增大第二电机的转速；

2)、当第二电机的转速较快，即卷筒移动的速度为vm/s较大时，d/v＜2π/w，出现绕线超前现象，同一层相邻两圈线缆的中心间距大于d，当同一层相邻两圈线缆的间距大于等于3d/2时，即超前距离大于等于d/2为此时入卷线缆挤压导向环使摆动臂向右转动，摆动臂上的磁铁靠近第一霍尔接近开关，第一霍尔接近开关闭合，控制器收到第一霍尔接近开关的闭合信号后，发出指令降低第二电机的转速。

在收放卷过程中，当卷筒转动速度与水平移动速度相匹配时，此时电缆在被收放卷过程中能够整齐、有序的排列在卷筒上，同一层相邻两圈线缆的中心间距为d，且入卷线缆与卷筒转轴垂直；此时摆动地处于垂直状态，不发生倾斜。当卷筒转动速度与水平移动速度不匹配时，入卷线缆倾斜，与卷筒转轴不垂直，对导向环产生侧压，导致摆动臂发生倾斜，导致同一层相邻两圈线缆的中心间距不为d，发生收放卷排线紊乱现象。导致摆动臂发生倾斜后，摆动臂上的磁铁靠近霍尔接近开关，磁场变化改变霍尔接近开关的通闭情况，霍尔接近开关将通闭信息传递给控制器，控制器根据接收的信息发出指令改变第二电机的转速，从而使卷筒转动速度与水平移动速度相匹配，实现正常收放卷线缆。

本申请中，通过设置摆动臂、两个霍尔接近开关，以及设置在摆动臂上的磁铁，形成第二电机转速闭环调节系统，控制器根据两个霍尔接近开关的信息实时调节第二电机转速，从而使卷筒转动速度与水平移动速度相匹配，实现正常收放卷线缆。

进一步优化，所述第一电机的转动为定值，控制器根据第一霍尔接近开关和第二霍尔接近开关的打开或闭合信息实时调整第二电机的转速，形成闭环调节系统。

进一步优化，两个霍尔接近开关均通过第二调节机构安装在第一支架上；第二调节机构包括第二丝杠、第二滑块和第三电机，第二丝杠的两端与第一支架转动连接，第三电机固定设置在第一支架上，用于驱动第二丝杠转动；第二滑块套设在第二丝杠上，且与第二丝杠螺纹连接，霍尔接近开关固定设置在第二滑块上；

所述第三电机与控制器通过导线电连接，通过控制第三电机使两个霍尔接近开关的位置变动。

进一步优化，将设定导向轮上线缆的切点记为O点，过O点向卷筒表面作垂线l₁，与卷筒表面的交点记为A，设定线段OA的长度为H；霍尔接近开关的安装位置记为C点，过C点向OA作垂线，交点记为B，设定线段OB的长度为h；

当卷筒上绕设的线圈层数为n时，控制器发出指令启动第三电机，使霍尔接近开关的位置发生变动，此时线段BC长度为

其中，n为自然数。

在收卷过程中，随着卷筒上线缆层数的增多，导致入卷线缆的长度不断变短，因此第一霍尔接近开关和第二霍尔接近开关的安装位置也需要变动，以保证同一层相邻两圈线缆的超前或滞后距离为d/2时必须调节第二电机的转速，防止调节滞后发生乱绳现象。因此每收卷完一层必须将霍尔接近开关向远离B点移动一定距离

才能保证同一层相邻两圈线缆的超前或滞后距离为d/2时，对应的霍尔接近开关才会动作，从而提高收放卷纠偏精度。

同样，在放卷过程中，随着卷筒上线缆层数的减少，导致入卷线缆的长度不断变长，因此第一霍尔接近开关和第二霍尔接近开关的安装位置也需要变动，以保证同一层相邻两圈线缆的超前或滞后距离为d/2时必须调节第二电机的转速，防止调节滞后发生乱绳现象。因此每放卷完一层必须将霍尔接近开关向靠近B 点移动一定距离才能保证同一层相邻两圈线缆的超前或滞后距离为d/2时，对应的霍尔接近开关才会动作，从而提高收放卷纠偏精度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本申请中，通过设置摆动臂、两个霍尔接近开关，以及设置在摆动臂上的磁铁，形成第二电机转速闭环调节系统，控制器根据两个霍尔接近开关的信息实时调节第二电机转速，从而使卷筒转动速度与水平移动速度相匹配，实现正常收放卷线缆。

2、本申请中将两个霍尔接近开关安装在对应的第二调节机构安装上，通过不断霍尔接近开关的位置，每收卷完一层必须将霍尔接近开关向靠近B点移动一定距离，或者每放卷完一层必须将霍尔接近开关向远离B点移动一定距离，保证同一层相邻两圈线缆的超前或滞后距离为d/2时，对应的霍尔接近开关动作，防止调节滞后，从而提高收放卷纠偏精度。

附图说明

图1为本发明所述储气井检测系统的电缆收放卷装置的立体图。

图2为图1的俯视视图。

图3为纠偏机构的结构图。

图4为纠偏机构的示意图。

图5为摆动臂的示意图。

图6为纠偏过程的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示，一种储气井检测系统电缆自动收放卷排线防偏方法，包括如下步骤：

步骤一、搭建电缆自动收放卷排线装置：所述电缆自动收放卷排线装置包括第一支架1、卷筒机构2、纠偏机构3和控制器；

所述卷筒机构包括第一调节机构、第二支架25、第一电机26和卷筒24；第一调节机构包括第一丝杠22、第一滑块和第二电机21，第一丝杠22的两端与第一支架11转动连接，第二电机21固定设置在第一支架1上，用于驱动第一丝杠 22转动；第一滑块套设在第一丝杠上，且与第一丝杠螺纹连接，第二支架固定设置在第一滑块上，卷筒通过卷轴转动设置在第二支架上，第一电机26设置在第二支架25上用于驱动卷筒24转动；所述第一丝杠与卷筒的卷轴平行设置，第一丝杠的两侧设置有导轨，且导轨与第一丝杠平行设置，第一滑块活动式卡设在导轨上；

所述纠偏机构3包括转动设置在第一支架1上的导向轮32和铰接在第一支架1上的摆动臂31，以及安装在第一支架上的两个霍尔接近开关，两个霍尔接近开关对称设置在摆动臂的两侧，分别记为第一霍尔接近开关和第二霍尔接近开关；摆动臂31的上设置有导向环34和磁铁，其中导向环34位于摆动臂31的上端，磁铁设置在摆动臂31的中部，摆动臂位于导向轮和卷筒之间，导向轮32的转轴与卷筒24的卷轴平行设置，导向轮外周面上沿周向开设有导向槽321；线缆一端与卷筒固定连接，另一端依次活动式穿过导向环、导向轮的导向槽后连接有检测探头；所述控制器与第一电机、第二电机和两个霍尔接近开关通过导线电连接，在收放卷过程中，控制器发出指令，控制第一电机和第二电机的转速实现线缆收放卷。

步骤二、收放卷过程中自动纠偏：

设定卷筒转动的角速度为wrad/s，卷筒移动的速度为vm/s，线缆的直径为 dm，则2π/w＝d/v时，卷筒转动速度与水平移动速度相匹配，此时电缆在被收放卷过程中能够整体、有序的排列在卷筒上，同一层相邻两圈线缆的中心间距为d，且入卷线缆与卷筒转轴垂直；入卷线缆是指导向轮与卷筒之间的线缆段；

在收放卷过程中，当卷筒转动速度与水平移动速度不匹配时，入卷线缆倾斜，与卷筒转轴不垂直，导致同一层相邻两圈线缆的中心间距不为d，发生收放卷排线紊乱现象：

1)、当第二电机的转速较慢，即卷筒水平移动的速度为v m/s较小时， d/v＞2π/w，出现绕线滞后现象，当同一层相邻两圈线缆的中心间距小于d/2，即滞后距离大于d/2时就会出现线压线的情况，此时入卷线缆挤压导向环使摆动臂向左转动，当摆动臂上的磁铁靠近第二霍尔接近开关，第二霍尔接近开关闭合，控制器收到第二霍尔接近开关的闭合信号后，发出指令增大第二电机的转速；

2)、当第二电机的转速较快，即卷筒移动的速度为vm/s较大时，d/v＜2π/w，出现绕线超前现象，同一层相邻两圈线缆的中心间距大于d，当同一层相邻两圈线缆的间距大于等于3d/2时，即超前距离大于等于d/2为此时入卷线缆挤压导向环使摆动臂向右转动，摆动臂上的磁铁靠近第一霍尔接近开关，第一霍尔接近开关闭合，控制器收到第一霍尔接近开关的闭合信号后，发出指令降低第二电机的转速。

在收放卷过程中，当卷筒转动速度与水平移动速度相匹配时，此时电缆在被收放卷过程中能够整齐、有序的排列在卷筒上，同一层相邻两圈线缆的中心间距为d，且入卷线缆与卷筒转轴垂直；此时摆动地处于垂直状态，不发生倾斜。当卷筒转动速度与水平移动速度不匹配时，入卷线缆倾斜，与卷筒转轴不垂直，对导向环产生侧压，导致摆动臂发生倾斜，导致同一层相邻两圈线缆的中心间距不为d，发生收放卷排线紊乱现象。导致摆动臂发生倾斜后，摆动臂上的磁铁靠近霍尔接近开关，磁场变化改变霍尔接近开关的通闭情况，霍尔接近开关将通闭信息传递给控制器，控制器根据接收的信息发出指令改变第二电机的转速，从而使卷筒转动速度与水平移动速度相匹配，实现正常收放卷线缆。

本申请中，通过设置摆动臂、两个霍尔接近开关，以及设置在摆动臂上的磁铁，形成第二电机转速闭环调节系统，控制器根据两个霍尔接近开关的信息实时调节第二电机转速，从而使卷筒转动速度与水平移动速度相匹配，实现正常收放卷线缆。

在本实施例中，两个霍尔接近开关均通过第二调节机构安装在第一支架上；第二调节机构包括第二丝杠、第二滑块和第三电机，第二丝杠的两端与第一支架转动连接，第三电机固定设置在第一支架上，用于驱动第二丝杠转动；第二滑块套设在第二丝杠上，且与第二丝杠螺纹连接，霍尔接近开关固定设置在第二滑块上，图中未示出。

所述第三电机与控制器通过导线电连接，通过控制第三电机使两个霍尔接近开关的位置变动。

在本实施例中，将设定导向轮上线缆的切点记为O点，过O点向卷筒表面作垂线l₁，与卷筒表面的交点记为A，设定线段OA的长度为H；霍尔接近开关的安装位置记为C点，过C点向OA作垂线，交点记为B，设定线段OB的长度为h, 如图4-6所示。

当卷筒上绕设的线圈层数为n时，控制器发出指令启动第三电机，使霍尔接近开关的位置发生变动，此时线段BC长度为

其中，n为自然数。利用三角形的相似性，三角形OCB与三角形OD相似得出线段BC的长度。

在收卷过程中，随着卷筒上线缆层数的增多，导致入卷线缆的长度不断变短，因此第一霍尔接近开关和第二霍尔接近开关的安装位置也需要变动，以保证同一层相邻两圈线缆的超前或滞后距离DE为d/2时必须调节第二电机的转速，防止调节滞后发生乱绳现象。因此每收放卷完一层必须将霍尔接近开关向远离B点移动一定距离

才能保证同一层相邻两圈线缆的超前或滞后距离为d/2时，对应的霍尔接近开关才会动作，从而提高收放卷纠偏精度。其中点D为发生最大偏移为d/2时，入圈线缆与卷筒上最外层线缆层的交点，此时 DE的长度为d/2。

同样，在放卷过程中，随着卷筒上线缆层数的减少，导致入卷线缆的长度不断变长，因此第一霍尔接近开关和第二霍尔接近开关的安装位置也需要变动，以保证同一层相邻两圈线缆的超前或滞后距离为d/2时必须调节第二电机的转速，防止调节滞后发生乱绳现象。因此每放卷完一层必须将霍尔接近开关向靠近B 点移动一定距离才能保证同一层相邻两圈线缆的超前或滞后距离为d/2时，对应的霍尔接近开关才会动作，从而提高收放卷纠偏精度。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.储气井检测系统电缆自动收放卷排线防偏方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、搭建电缆自动收放卷排线装置：所述电缆自动收放卷排线装置包括第一支架、卷筒机构、纠偏机构和控制器；

所述卷筒机构包括第一调节机构、第二支架、第一电机和卷筒；第一调节机构包括第一丝杠、第一滑块和第二电机，第一丝杠的两端与第一支架转动连接，第二电机固定设置在第一支架上，用于驱动第一丝杠转动；第一滑块套设在第一丝杠上，且与第一丝杠螺纹连接，第二支架固定设置在第一滑块上，卷筒通过卷轴转动设置在第二支架上，第一电机设置在第二支架上用于驱动卷筒转动；所述第一丝杠与卷筒的卷轴平行设置，第一丝杠的两侧设置有导轨，且导轨与第一丝杠平行设置，第一滑块活动式卡设在导轨上；

所述纠偏机构包括转动设置在第一支架上的导向轮和铰接在第一支架上的摆动臂，以及安装在第一支架上的两个霍尔接近开关，两个霍尔接近开关对称设置在摆动臂的两侧，分别记为第一霍尔接近开关和第二霍尔接近开关；摆动臂上设置有导向环和磁铁，摆动臂位于导向轮和卷筒之间，导向轮的转轴与卷筒的卷轴平行设置，导向轮外周面上沿周向开设有导向槽；线缆一端与卷筒固定连接，另一端依次活动式穿过导向环、导向轮的导向槽后连接有检测探头；所述控制器与第一电机、第二电机和两个霍尔接近开关通过导线电连接，在收放卷过程中，控制器发出指令，控制第一电机和第二电机的转速实现线缆收放卷；

步骤二、收放卷过程中自动纠偏：

设定卷筒转动的角速度为wrad/s，卷筒移动的速度为vm/s，线缆的直径为dm，则2π/w＝d/v时，卷筒转动速度与水平移动速度相匹配，此时电缆在被收放卷过程中能够整齐、有序的排列在卷筒上，同一层相邻两圈线缆的中心间距为d，且入卷线缆与卷筒转轴垂直；入卷线缆是指导向轮与卷筒之间的线缆段；

在收放卷过程中，当卷筒转动速度与水平移动速度不匹配时，入卷线缆倾斜，与卷筒转轴不垂直，导致同一层相邻两圈线缆的中心间距不为d，发生收放卷排线紊乱现象：

1)、当第二电机的转速较慢，即卷筒水平移动的速度为vm/s较小时，d/v＞2π/w，出现绕线滞后现象，当同一层相邻两圈线缆的中心间距小于d/2，即滞后距离大于d/2时就会出现线压线的情况，此时入卷线缆挤压导向环使摆动臂向左转动，当摆动臂上的磁铁靠近第二霍尔接近开关，第二霍尔接近开关闭合，控制器收到第二霍尔接近开关的闭合信号后，发出指令增大第二电机的转速；

2)、当第二电机的转速较快，即卷筒移动的速度为vm/s较大时，d/v＜2π/w，出现绕线超前现象，同一层相邻两圈线缆的中心间距大于d，当同一层相邻两圈线缆的间距大于等于3d/2时，即超前距离大于等于d/2，此时入卷线缆挤压导向环使摆动臂向右转动，摆动臂上的磁铁靠近第一霍尔接近开关，第一霍尔接近开关闭合，控制器收到第一霍尔接近开关的闭合信号后，发出指令降低第二电机的转速。

2.根据权利要求1所述的储气井检测系统电缆自动收放卷排线防偏方法，其特征在于，所述第一电机的转动为定值，控制器根据第一霍尔接近开关和第二霍尔接近开关的打开或闭合信息实时调整第二电机的转速，形成闭环调节系统。

3.根据权利要求1或2所述的储气井检测系统电缆自动收放卷排线防偏方法，其特征在于，两个霍尔接近开关均通过第二调节机构安装在第一支架上；第二调节机构包括第二丝杠、第二滑块和第三电机，第二丝杠的两端与第一支架转动连接，第三电机固定设置在第一支架上，用于驱动第二丝杠转动；第二滑块套设在第二丝杠上，且与第二丝杠螺纹连接，霍尔接近开关固定设置在第二滑块上；

所述第三电机与控制器通过导线电连接，通过控制第三电机使两个霍尔接近开关的位置变动。

4.根据权利要求3所述的储气井检测系统电缆自动收放卷排线防偏方法，其特征在于，将导向轮上线缆的切点记为O点，过O点向卷筒表面作垂线l₁，与卷筒表面的交点记为A，设定线段OA的长度为H；霍尔接近开关的安装位置记为C点，过C点向OA作垂线，交点记为B，设定线段OB的长度为h；

当卷筒上绕设的线圈层数为n时，控制器发出指令启动第三电机，使霍尔接近开关的位置C点发生变动，此时线段BC长度为

其中，n为自然数。

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