深度传感器组合传动方式设计探讨

明晓峰

中石化经纬有限公司胜利地质录井公司 257064

摘要: 深度是油气勘探中的重要参数，任何参数都需要以深度为基准。深度测量装置是深度传感器，在信号输出类型上属于脉冲量。用于支撑深度传感器测量的钻井设备是滚筒，滚筒也称作绞车，深度传感器也有时称作绞车传感器。深度传感器随绞车转动而转动，如果钻机设备上没有配置绞车，则深度就无法测量。为了解决深度测量问题，虽然出现了比如激光测量等方式，但实际应用证明其无法确保深度的正确测量。鉴于此，本篇文章探讨一种深度测量装置，以解决特殊作业条件下的深度测量问题。

关键词：深度；传感器；组合；测量

0引言

在油气勘探施工过程中，综合录井需要在钻井工程设备上安装各种传感器以实现数据采集分析的目的。传感器的数据采集方式一般有模拟量和脉冲量两种，在脉冲量传感器中，深度（绞车）传感器的安装至关重要，因为所有的数据都是以深度为基准的，离开了深度测量，所有其它传感器的数据采集都是没有意义的。在现场安装中，绞车传感器安装在钻机滚筒的低速端，随着滚筒的转动而同步转动，传感器在转动的过程中产生脉冲信号，然后通过模数/数模转换计算出深度值，在专业中称为随钻深度。随着新能源勘探范围的拓展，如煤层气、页岩气和可燃冰的钻探常规化，钻机设备也在不断地呈现多模式化，即有老式的普通塔式钻机，同时也出现了适合山地运输、操作简易的车载式小钻机，而且在页岩气、煤层气及可燃冰的勘探开发中这种车载小型钻机的适用区域和地形范围在不断扩大。小型车载钻机之所以能够得到不断扩大的适用范围，根本点就在于它的经济实用。但是，这对在勘探现场负责数据采集分析的综合录井来说，却带来了诸多如传感器安装方面的问题，其中，深度传感器的安装最为突出。车载式小型钻机多采用液压冲程驱动，没有装备供综合录井安装脉冲式深度传感器所必须的传动装置，使综合录井在施工中无法进行深度测量。

1 深度测量的传统方式

综合录井深度传感器是一种定子和转子的组合结构，信号以光电方式采集分析。在常规钻机上，有一种滚筒装置，滚筒在施加力的作用下转动，这种外力有电力和柴油机械动力。滚筒上有供录井安装深度传感器的转子，也称作滚筒轴，将深度传感器的转子拧入到滚筒转子上，在滚筒转动时深度传感器的转子就会随之同步转动，从而通过光电采集信号判断深度，如没有了滚筒则深度传感器就无法在外力的作用下产生转动，成为一种待用装置，也就无法采集信号了。所以，滚筒是深度传感器能够进行工作的基本条件和绝对要素。

目前，为了解决深度测量的问题也相应地出现了几种替代方式，如激光测距传感器、涡卷拉线位移传感器、空气制动传感器和超声波测距等。激光测距要求的工作条件高，其中，要求工作中避免震动这项在现场施工中是无法得到满足的，因为勘探现场各种作业设备工作时必然产生振动，所以，激光测距方式不适用。超声波测距方式误差大，也无法实现深度测量的精准要求。空气制动方式需要特殊的气源和电气供应，运行成本高，对施工设施的要求条件高，野外现场无法达到。涡卷拉线位移方式需要的拉线角度必须在涡卷应力能承受的范围内，角度稍有偏移则造成拉线断裂，而且拉线位移的距离有限，实践证明这种方式也不是能够满足野外现场全天候条件要求的。

概括起来，各种现有的测距方式存在着多方面的条件制约：

⑴ 激光测距。不适合震动环境应用，在雨季和湿热环境中出现的故障频次多，无法满足深度测量的精准要求；

⑵ 超声波测距。测量误差大，受外界干扰因素多，不适用于深度测量；

⑶ 涡卷拉线位移方式。测量位移距离短，安装应用条件要求高，机械故障率高；

⑷ 空气制动方式。电气要求条件高，性价比低，不适应现场防爆的性能要求。

所以，为了满足深度测量的需要，必须要创新发明设计一种能够适应全天候施工条件要求的深度传感器传动装置。

2 深度测量装置的创新设计

创新设计发明深度传感器组合传动装置必须以能够有效地解决上述各种测量方式中存在的缺点为方向，在组合设计上包括以下几个组合部分。

2.1槽钢架

槽钢架是整个传动组合装置的承载，槽钢架分左右侧两部分，左右两侧间距700mm；每个槽钢架由两个可相互嵌套的槽钢组成，单个槽钢长度为1200mm，槽钢架上均匀布置贯穿的插孔，插孔孔径10mm，用插接杆实现固定。当把嵌套在外槽钢架内的内槽钢架向上提拉时，即可延长整个传动组合装置的高度。槽钢架的底部焊接有固定座，用来平衡稳固组合装置。

2.2支撑和定滑轮组

支撑用来连接两侧槽钢架，支撑两端连接由8个V-型滑轮组成的定滑轮组，每个定滑轮上的轴承对称连接，两端定滑轮上的轴承杆和支撑焊接在一起，8个定滑轮转动而支撑保持固定。

2.3动滑轮组

由8个V-型滑轮组成的动滑轮组，每个动滑轮上的轴承对称连接，两端动滑轮上的轴承杆延伸出两侧，并开设两侧挂接孔，8个动滑轮转动而两侧延伸杆保持固定，通过挂接承托底部的重盘。动滑轮组的两侧挂接孔中心距为650mm。

2.4重盘

重盘为悬挂在动滑轮下部的增重盘，重盘中空，根据需要在盘内配置重物提高所需重量。重盘直径550mm，高200mm。

2.5绕绳

在动滑轮组和定滑轮组之间缠绕绳索，绳索的一段固定在死绳固定环，另一端（快绳）绕出后进入传感器滑轮组。共绕有17根绳索，动滑轮组和定滑轮组之间的有效活动距离为2000mm，绕绳总长度达34m。

2.6传感器滑轮组

快绳（向外拉伸的绳索）进入到传感器滑轮组。传感器滑轮组由V-型滑轮和两侧的万向轴承组成，V-型滑轮和万向轴承通过轴承杆嵌套连接在一起，轴承杆的两侧车有拧入传感器的套丝。快绳伸缩时，带动整个轴承杆转动，从而带动传感器转动。传感器滑轮组可根据现场需要随意摆放位置。

按照如上设计深度传感器传动组合装置实现了整体设计简单，可根据实际应用情况进行随机调整，高度变化范围可调，位置摆放选择范围宽，并可通过重盘重量的增减改变绳索的伸缩速度，无需其它机械和电气辅助，重复利用率高。

其性能和优点可归结为以下几个方面：

（1）在特殊作业环境下，使综合录井的深度测量成为可能；

（2）使用环境范围广。整体选材范围广，可在全天候环境下使用，抗震且耐腐蚀；

（3）安装方便。在野外现场施工环境中，可随意安装，角度可调，无位置局限性；

（4）操作维护简单。不用维护，无需人为操作干扰，；

（5）用料经济,取材方便，无特殊性质用料；

（6）整体设计牢固可靠，不受震动影响，确保了深度测量的精准度；

（7）整体可拆卸，便于运输携带。各组成部件可拆卸，便于更换，同时节省了储运空间。

（8）绕绳缠绕速度可通过重盘重量变化调整，扩大了应用范围。

3结语

深度传感器传动组合装置操作灵活方便，安全运行可靠，无环境污染问题存在，无需外界动力支撑，而且不需要有污染的动力源。深度传感器传动组合装置在多口井应用中取得了显著效果，使综合录井深度精准测量成为可能。同时，该深度传感器传动组合装置也可应用在其它需要测量深度和长度的领域，有广阔的应用前景。

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