CN113250636B - 一种用于测井装置的动力控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测井装置的动力控制系统，在测井装置中设置至少两个牵引装置，每个牵引装置包括驱动电机和应变计，控制装置通过检测应变计的数据，来对所述至少两个牵引装置的驱动电机的输出进行控制，使得至少两个牵引装置的驱动电机能够协同工作，保证测井装置能够高效、安全地应对复杂、高阻的井下环境，顺利完成测井作业任务。

Description

一种用于测井装置的动力控制系统

技术领域

本发明涉及测井装备领域，尤其涉及一种用于测井装置中驱动电机的动力控制系统。

背景技术

在油气领域中，连续管的用途非常广泛 ：可用来作为清洗管线冲洗砂堵、清蜡、选择性酸化、气举求产、挤水泥封堵、压井、负压射孔、试井、驱替钻井液、大斜度井测井、水平井测井、完井、 打捞、起下坐封膨胀式分割器、钻塞、磨削落鱼、永久性安装作为生产管、井底摄像、小经验钻井、二次钻井和加深钻井、套管开窗侧钻、油管补贴等，可以进行水平井钻井、下套管井钻井、裸眼井钻井、加深钻井、小井眼钻井、微小井眼钻井、老井开窗侧钻、欠平衡钻井以及修井、完井等作业；连续管钻井具有低成本、低能耗、安全环保、应用范围广泛等特点，能够提高老油田、“低压、低渗、低产”三低油气藏等难动用油气藏的开发效益，尤其是在我国的非常规气藏、致密气、页岩气及煤层气等的勘探开发方面，有着广泛的应用前景。

在油田水平井以及大斜度井的测井作业过程中，用于驱动测井仪的井下牵引器中设置有牵引装置，该牵引装置一般采用驱动电机作为动力源，通过推靠装置将驱动力或推力作用在井壁上，从而使得井下牵引器能够在井下前行。现有的测井装置通常只在最末端设置有一个牵引装置，从而带动从牵引装置到井口整个长度的测井装置在井内前行。

而随着油井和气井的深度越来越深，特别是海洋的油井和气井，测井装置需要在井中前行的深度和距离也在不断的增加，而随着井深的增加，井内的压力在不断的增大，同时伴随着井穿过不同的地质层，各个地质层的材料性质不同，进而造成在井内不同的深度，井内流体的压力、密度、粘稠度不同。而随着测井装置的深度不断下降，整个测井装置在井内前行受到的阻力越来越大，这其中的阻力包括了流体的压力对测井装置的阻力，也包括粘稠的流体对测井装置的粘滞力。

而由于测井装置的尺寸限制，测井装置中的牵引装置中的驱动电机一般不会太大，相应地该驱动电机的功率也不会太大。在上述的情况下，仅仅采用测井装置末端设置的一个牵引装置往往会表现地测井装置的动力不充足；特别是在面对井径变小等高阻力的场景下，动力不足的表现会更加明显，这可能会引起测井装置被卡死在井内的某个位置从而造成作业事故。

因而，开发一种能够应对大井深和复杂井内工况的测井装置的牵引系统，成为了本领域中亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种用于测井装置的动力控制系统，其特征在于，所述动力控制系统包括控制装置和至少两个牵引装置，所述两个牵引装置在所述测井装置中间隔地布置，每个所述牵引装置包括中心导柱、驱动电机、减速装置、外管、应变计，所述控制装置与所述驱动电机、应变计以电连接的方式相连；其中，所述驱动电机的定子与所述中心导柱抗扭地连接，所述驱动电机的转子经由所述减速装置驱动所述外管进而使得牵引装置行进；所述减速装置为一组耦合的齿轮，所述应变计设置在至少一个齿轮上，用以检测齿轮中的应力；所述控制装置通过接收到的至少两个牵引装置中的应变计的数据，分别对至少两个牵引装置中的驱动电机进行控制。

进一步地，所述应变计设置在齿轮中一个齿的一个啮合面上。

进一步地，在一个减速装置中包括两个应变计，所述两个应变计分别设置在同一个齿的两个啮合面上，或者所述两个应变计分别设置在两个相邻齿的处于相对方向上的啮合面上。

进一步地，所述驱动电机的转子通过第一轴承以相对旋转地方式支撑在所述中心导柱上，所述外管通过第二轴承以相对旋转地方式支撑在所述中心导柱上，并且所述中心导柱通过设置在中心导柱上的止挡装置在轴向方向上对所述外管限位。

进一步地，所述止挡装置为卡簧或台阶。

进一步地，所述至少两个牵引装置的中心导柱直接或间接地相互连接，尤其能够通过万向节直接或间接地相互连接；所述至少两个牵引装置的外管直接或间接地相互连接，尤其能够通过万向节直接或间接地相互连接。

进一步地，所述控制装置通过对接收到的至少两个牵引装置中的应变计的数据进行比较，当测井装置最末端的牵引装置中的应变计的数据大于第一阈值时，控制装置控制所述至少两个牵引装置中的其他牵引装置的驱动电机增大输出功率。

进一步地，当某个牵引装置的应变计的数据的增幅超过第二阈值时，控制装置则控制该牵引装置的驱动电机增大输出功率。

进一步地，当牵引装置的驱动电机的输出功率超过其额定功率的90%而此时该牵引装置的应变计的数据仍没有下降时，控制装置控制其他牵引装置的驱动电机增大输出功率。

进一步地，当牵引装置的应变计的数据下降到其最大值的第一预定值时，控制装置控制其他牵引装置的驱动电机减小输出功率，当牵引装置的应变计的数据下降到其最大值的第二预定值时，控制装置控制该牵引装置的驱动电机减小输出功率。

实施本发明，具有如下有益效果：通过本发明的用于测井装置的动力控制系统，在测井装置中设置至少两个牵引装置，每个牵引装置包括驱动电机和应变计，控制装置通过检测应变计的数据，来对所述至少两个牵引装置的驱动电机的输出进行控制，使得至少两个牵引装置的驱动电机能够协同工作，保证测井装置能够高效、安全地应对复杂、高阻的井下环境，顺利完成测井作业任务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明的用于测井装置的动力控制系统的结构图。

图2是本发明中的应变计的设置示意图。

附图标记：1. 牵引装置；101. 牵引装置；2. 控制装置；3. 中心导柱；4. 外管；5.驱动电机的定子；6. 驱动电机的转子；7. 减速装置；8. 应变计；9. 第二轴承；10. 第一轴承；11. 止挡装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于测井装置的动力控制系统，为了克服单一牵引装置受限于空间而导致的动力不足，本发明的动力控制系统包括至少两个牵引装置，如图1所示，所述动力控制系统包括控制装置2和至少两个牵引装置1。其中，所述的至少两个牵引装置1在测井装置的连续管结构中是隔开地设置，也即位于测井装置的不同位置处，这个要根据测井装置在井内延伸的长度和深度情况而定。当测井装置在井中延伸较短距离时，则可只设置两个牵引装置1，这两个牵引装置1中的一个牵引装置1位于测井装置的最末端，也即行进方向的最前端，而另一个牵引装置1则可设置在测井装置的中部，由此，两个牵引装置1能够共同地驱动测井装置行进。而当测井装置井中延伸较长距离时，为了保证测井装置能够具有足够的动力以及安全余度，则可设置三个以上的牵引装置1，这些牵引装置1中的一个牵引装置1位于测井装置的最末端，也即行进方向的最前端，而另外的牵引装置1则可沿测井装置的连续管间隔布置，可以使均匀的间隔或者不均匀的间隔，这取决于井内的实际情况，由此，这些牵引装置1能够共同地驱动测井装置行进。

如图1所示，两个牵引装置1之间的连接采用虚线示出，以示其是间隔地布置。而在实际的测井作业中，往往会出现斜井或水平井，这就需要测井装置同样具备有可转向的功能，因而，本发明中的测井装置中的各个管段中，相邻管段之间采用枢转机构连接，优选地，采用万向节连接。由此使得，相邻管段之间可以相对地转动，能够适应井内的转向路径。

进一步，如图1所示，每个所述牵引装置1包括中心导柱3、驱动电机、减速装置7、外管4、应变计8，所述控制装置2与所述驱动电机、应变计8以电连接的方式相连，用以获取驱动电机和应变计8的状态和数据，并控制驱动电机的工作状态。其中，所述驱动电机的定子5与所述中心导柱3抗扭地连接，所述驱动电机的转子6经由所述减速装置7驱动所述外管4进而使得牵引装置1行进。在本发明中，所述中心导柱3为不转动的，而外管4则作为牵引装置1的输出部件。外管4通过其他的牵引机构使得动力作用在井壁上，从而驱动测井装置行进，而对于牵引机构，其可采用现有技术中的任意结构，在此不做赘述。

而为了支撑外管4以及驱动电机的转子6，如图1所示，所述外管4在其径向内侧通过第二轴承9支撑在中心导柱3上，而驱动电机的转子6则在其径向内侧通过第一轴承10支撑在中心导柱3上，这样，外管4和转子6能够在径向上被中心导柱3支撑，并且可以相对于中心导柱3转动。为了在轴向上对外管4的安装位置进行固定，如图1所示，在第二轴承9的两端设置有止挡装置11，止挡装置11能够对第二轴承9进行轴向限位，进而对外管4进行轴向限位，从而使得外管4能够相对于中心导柱3轴向不可移动。该止挡装置11可以选为卡簧挡圈。

进一步地，在图1中未示出的，也可以采用止挡装置对第一轴承10进行轴向限位。替代地，所述止挡装置还可以为台阶。

为了保证所述至少两个牵引装置1能够共同地驱动测井装置，优选地，所述测井装置的各个管段中，两个相邻的管段的中心导柱能够通过万向节相互连接；两个相邻的管段的外管能够通过万向节相互连接，这样的设置，使得在测井装置中的各个中心导柱3都可以是不转动的，当然这可以通过在进口平台上对中心导柱3的转动进行止转限制；而测井装置中的各个外管4则可以彼此抗扭地连接。

具体地，在本实施例中，所述减速装置7可以选择为一对相互耦合的齿轮，通过齿轮对的耦合，能够将动力从驱动电机的转子6传递至外管4。进一步地，所述应变计8设置在齿轮对的至少一个齿轮上，用以检测在动力传递过程中的齿轮中的应力。对于应变计8，其可选用箔片式应变计，并且粘附在齿轮上；当齿轮在传递动力时，其内部的应力发生变化时，应变计同步感受变形进而测得齿轮内的应力变化情况，也能够间接地获知齿轮对外传输动力的情况。对于粘附的具体位置，可以粘附在齿轮的啮合面上，也可以粘附在齿轮的轴向的侧面上。在本实施例中，将应变计8粘附在齿轮的啮合面上。而在每一个减速装置7中，应变计8的数量根据实际的需要而定，可以为一个、两个或任意多个。

如图2所示，在每一个减速装置7中，设置有两个应变计8。这两个应变计8分别设置在同一个齿的两个啮合面上，如图2中的虚线所示的设置方式；或者所述两个应变计8分别设置在两个相邻齿的处于相对方向上的啮合面上，如图2中的实线所示的设置方式。通过将两个应变计8设置在对应于齿轮动力传递的两个相反的方向上，使得两个应变计8中的一个可以对一个转向方向传递动力时齿轮中的应力情况进行检测，而两个应变计8中的另一个则可以对另一个转动方向传递动力时齿轮中的应力情况进行检测。这样，控制装置2就能够获取两个转动方向时齿轮中的应力变化情况。而这两个转动方向则分别对应于驱动电机的正转和反转，也即分别对应于测井装置的前进和后退，使得本发明的动力控制系统能够应用到测井装置的各种行进状态中。

所述控制装置2能够接收到至少两个牵引装置1中的应变计8的数据，进而能够获知每个牵引装置1中的驱动电机的输出状态，而由于测井装置是由多个管段组成的链状物，所以当在某个区域中的行进受到阻滞时，在该区域中的管段承受的力更大，相应地，该管段中的应力也就更大。而距离该管段最近的牵引装置1中的应力也就相对于更远处的管段中的应力更大些，因而控制装置2能够通过检测牵引装置1中的应变计8的数据来判断在该牵引装置1附近的区域是否存在有异常的阻滞情况而造成该区域中管段承受较大的应力。

以下对所述动力控制系统的运行方式进行说明：

所述控制装置2通过接收到的至少两个牵引装置1中的应变计8的数据，分别对至少两个牵引装置1中的驱动电机进行控制。

具体地，由于位于测井装置最前端，也即最末端的牵引装置1的前方端面要承受井内高压流体的压力，而其他的牵引装置1不需要承受这样的压力，因而，测井装置最末端的牵引装置1相对于其他牵引装置往往承担了更大的阻力。因而，首先关注测井装置最末端的牵引装置1的工作状态，当所述控制装置2接收到测井装置最末端的牵引装置1中的应变计8的数据大于第一阈值时，控制装置2控制所述至少两个牵引装置1中的其他牵引装置的驱动电机增大输出功率。对于该第一阈值，其对应于测井装置最末端的牵引装置1中驱动电机的功率，在本实施例中，将第一阈值设定为对应于测井装置最末端的牵引装置1中驱动电机额定功率的80%--95%。也即表征此时，测井装置最末端的牵引装置1中驱动电机已经处于接近最大出力的状态，那么此时需要其他牵引装置1提供更大的支持。

在此，对于至少两个牵引装置1，其可以同时工作。如果井内阻力较小，所述测井装置最末端的牵引装置1能够应对时，也可以只有测井装置最末端的牵引装置1工作，而其他的牵引装置则不工作。而各个牵引装置1的驱动电机的额定功率可以设置为相同的；或者，设置为不同的，而其中测井装置最末端的牵引装置1的驱动电机可以设置为额定功率为最大。

对于至少两个牵引装置1的其他牵引装置，当某个牵引装置1的附近区域中出现较大的阻力或障碍时，此时，该牵引装置1的应变计8的数据应有上涨，而当该牵引装置1的应变计8的数据的增幅超过第二阈值时，控制装置2则控制该牵引装置的驱动电机增大输出功率。该第二阈值对应于应变计8之前的数据，用于表征受到的阻力冲击趋势，在本实施例中，第二阈值可以设置为50%--300%。当然，替代地，第二阈值也可以对应于应变计8输出的数据的绝对值，当该数据的绝对值达到对应于该牵引装置1的驱动电机额定功率的60%--80%时，控制装置2则控制该牵引装置的驱动电机增大输出功率；优选地，控制装置2则控制该牵引装置的驱动电机将其输出功率增大到对应于应变计8的绝对值水平。例如，当应变计8输出的数据的绝对值达到对应于该牵引装置1的驱动电机额定功率的70%时，则控制装置2则控制该牵引装置的驱动电机将其输出功率增大到额定功率的80%。

进一步地，当牵引装置1的驱动电机的输出功率超过其额定功率的90%而此时该牵引装置1的应变计8的数据仍没有下降时，控制装置2控制其他牵引装置1的驱动电机增大输出功率。

进一步地，当牵引装置1通过该障碍区域或高阻区域时，那么该区域附近的牵引装置1的应变计8的数据会下降。当牵引装置1的应变计8的数据下降到第一预定值时，控制装置2控制其他牵引装置1的驱动电机减小输出功率；该第一预定值可以选自对应于该牵引装置1的驱动电机额定功率的60%--80%。而进一步地，当牵引装置1的应变计8的数据下降到第二预定值时，控制装置2控制该牵引装置的驱动电机减小输出功率；该第二预定值可以选自对应于该牵引装置1的驱动电机额定功率的30%--50%。

实施本发明，具有如下有益效果：通过本发明的用于测井装置的动力控制系统，在测井装置中设置至少两个牵引装置，每个牵引装置包括驱动电机和应变计，控制装置通过检测应变计的数据，来对所述至少两个牵引装置的驱动电机的输出进行控制，使得至少两个牵引装置的驱动电机能够协同工作，保证测井装置能够高效、安全地应对复杂、高阻的井下环境，顺利完成测井作业任务。

以上所揭露的仅为本发明的几个较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种用于测井装置的动力控制系统，其特征在于，所述动力控制系统包括控制装置和至少两个牵引装置，所述至少两个牵引装置在所述测井装置中间隔地布置，每个所述牵引装置包括中心导柱、驱动电机、减速装置、外管、应变计，所述控制装置与所述驱动电机、应变计以电连接的方式相连；其中，所述驱动电机的定子与所述中心导柱抗扭地连接，所述驱动电机的转子经由所述减速装置驱动所述外管进而使得牵引装置行进；所述减速装置为一组耦合的齿轮，所述应变计设置在至少一个齿轮上，用以检测齿轮中的应力；所述控制装置通过接收到的至少两个牵引装置中的应变计的数据，分别对至少两个牵引装置中的驱动电机进行控制；

所述控制装置通过对接收到的至少两个牵引装置中的应变计的数据进行比较，当测井装置最末端的牵引装置中的应变计的数据大于第一阈值时，控制装置控制所述至少两个牵引装置中的其他牵引装置的驱动电机增大输出功率。

2.根据权利要求1所述的动力控制系统，其特征在于，所述应变计设置在齿轮中一个齿的一个啮合面上。

3.根据权利要求1所述的动力控制系统，其特征在于，在一个减速装置中包括两个应变计，所述两个应变计分别设置在同一个齿的两个啮合面上，或者所述两个应变计分别设置在两个相邻齿的处于相对方向上的啮合面上。

4.根据权利要求1所述的动力控制系统，其特征在于，所述驱动电机的转子通过第一轴承以相对旋转地方式支撑在所述中心导柱上，所述外管通过第二轴承以相对旋转地方式支撑在所述中心导柱上，并且所述中心导柱通过设置在中心导柱上的止挡装置在轴向方向上对所述外管限位。

5.根据权利要求4所述的动力控制系统，其特征在于，所述止挡装置为卡簧或台阶。

6.根据权利要求1所述的动力控制系统，其特征在于，所述至少两个牵引装置的中心导柱能够通过万向节直接或间接地相互连接；所述至少两个牵引装置的外管能够通过万向节直接或间接地相互连接。

7.根据权利要求1所述的动力控制系统，其特征在于，当某个牵引装置的应变计的数据的增幅超过第二阈值时，控制装置则控制该牵引装置的驱动电机增大输出功率。

8.根据权利要求7所述的动力控制系统，其特征在于，当牵引装置的驱动电机的输出功率超过其额定功率的90%而此时该牵引装置的应变计的数据仍没有下降时，控制装置控制其他牵引装置的驱动电机增大输出功率。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的动力控制系统，其特征在于，当牵引装置的应变计的数据下降到其最大值的第一预定值时，控制装置控制其他牵引装置的驱动电机减小输出功率，当牵引装置的应变计的数据下降到其最大值的第二预定值时，控制装置控制该牵引装置的驱动电机减小输出功率。

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