一种简易的测井电缆张力测量及张力突变报警装置

技术领域

本发明具体涉及水文测井技术领域，具体的说是一种简易的测井电缆张力测量及张力突变报警装置。

背景技术

测井作业中，电缆的张力数据是操作人员分析电缆张力变化、正确判断仪器和电缆在井下运行状态的重要依据，对正常施工和工程事故处理至关重要。但即便测井设备有电缆张力数据显示，如果操作人员未能及时观察到电缆张力的突变而继续下放或上提电缆，易造成电缆打结或拉断电缆的事故。电缆张力突变报警装置能够实时监控电缆张力变化，自动判断遇阻(张力突然变小)、遇卡(张力突然变大)并报警或停车，避免操作人员误操作而导致事故的发生。

目前测井电缆张力的测量是将张力传感器装于井口天滑轮或地滑轮上或深度计量装置上，其测量值经系数的校正、计算后，能够获得真实的电缆张力值。报警装置是在此基础上针对井下仪器或电缆在井孔中遇阻、遇卡时张力会突变的现象设计的一种报警电路，装配在绞车控制器上。但这种测量、报警方式对张力传感器的精度、强度、测量范围等有严格的要求，传感器的造价较高。同时报警电路线路复杂，采用电子元器件较多，增加了在恶劣环境下作业时的故障率及维修难度。另外张力报警值要设置准确、校正要及时，测井人员需具备较高的专业技能。这种测量及报警方式主要用于较大型的测井绞车，小型测井绞车则无装配。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简易的测井电缆张力测量及张力突变报警装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种简易的测井电缆张力测量及张力突变报警装置，包括底座隔板、外壳及张力显示器,所述隔板垂直固定在底座中部顶面上，底座前端安装有前后翻动的前合页,张力轮通过张力轮轴转动安装在前合页顶面上，张力轮轴一端加长并在加长端的轴壁上分别连接电缆张力测量装置和电缆张力突变报警装置，所述隔板下部安装有直流电源和继电器,隔板上方罩盖固定有外壳,外壳顶部安装有声光报警器和手动开关，张力显示器操作人员便于观察的位置处，电缆张力测量装置的输出端与绞车控制器上的电缆张力显示器输入端电气相连，电缆张力突变报警装置的输出端与测井绞车电机的供电电路电气相连。

所述电缆张力测量装置包括大拉簧、张力传感器、拉力调节器和张力显示器，大拉簧的前端头通过拉力调节器安装在张力轮轴的轴壁上，大拉簧的后端头与张力传感器的受力端面固定连接，张力传感器整体通过楔形垫块安装在隔板的左侧壁上,张力传感器的数据输出端与绞车控制器上的电缆张力显示器数据输入端电气相连，所述拉力调节器包括螺杆和钢架，钢架套入张力轮轴，螺杆的头端顶在张力轮轴的轴壁上，拧动螺杆时，钢架沿着垂直于张力轮轴的方向移动。

所述电缆张力突变报警装置包括固定在隔板右侧壁的滑轨,滑轨内滑动卡设有滑块,滑块的外侧壁固定有棘齿条,隔板上固定有带小拉簧的棘爪,棘爪与棘齿条咬合限制滑块朝向远离张力轮轴方向一侧移动，棘齿条朝向张力轮轴一侧前端固定有销钉,所述张力轮轴延伸端的轴壁上固定有拉杆,拉杆的后端面板上沿着滑块的滑动方向开始有销钉槽,销钉滑动卡设在销钉槽内，拉杆上设有用于将销钉顶在销钉槽后端的弹力装置，所述棘齿条上固定有遇阻报警的自复位开关，自复位开关的触发端与拉杆的后端面相对设置，所述自复位开关后侧的棘齿条外侧面板上通过支架固定有碰撞螺杆，隔板右侧面板前端安装有行程开关,行程开关的触发端设置为碰撞轮,碰撞轮位于碰撞螺杆沿着滑轨的滑动轨迹内，行程开关的常开端与声光报警器及控制测井绞车电机电源开合的继电器驱动端电气相连。

作为本发明再进一步的方案：所述张力轮轴与前合页轴的连线同底座的夹角大略大于90度时，张力轮的位置设置为位置A,前合页张开成180度时张力轮的位置设为位置B,所述楔形垫块的前端面与位置A和位置B时张力轮轴的连线垂直，所述滑轨沿走向的中心线与位置A和位置B时张力轮轴的连线平行。

作为本发明再进一步的方案：所述底座的后部通过后合页与排缆器顶部平台连接，后合页与排缆器顶部平台的连接处设有用于保证底座与排缆器顶部平台之间留有一定间隙的垫块,底座的前部打孔螺纹穿设有角度调整螺杆,角度调整螺杆底部抵在排缆器顶部平台的面板上用于调整张力轮的高低。

作为本发明再进一步的方案：所述弹力装置包括筒壳、筒壳前部的顶丝、顶丝后面依次的垫片、小弹簧和顶柱组成,筒壳固定在拉杆面板上，顶柱顶在销钉上。

作为本发明再进一步的方案：所述隔板前中部固定有插板架,插板架通过螺丝固定有带槽的插板，所述拉杆上端面开设有用于与插板配合插接的插板槽，前合页张开成180度时，插板刚好能向下插入插板槽内并锁住张力轮。

作为本发明再进一步的方案：所述隔板前中部固定有插板架,插板架通过螺丝固定有带槽的插板，所述拉杆上端面开设有用于与插板配合插接的插板槽，前合页张开成度时，插板刚好能向下插入插板槽内并锁住张力轮。

作为本发明再进一步的方案：所述隔板上固定有用于挡住棘爪的棘爪限位销和用于挡住支架的张力轮限位销,棘爪限位销设置在棘爪后侧，当棘爪拨至棘爪限位销处时，棘爪与棘齿条分离，所述张力轮限位销设置在支架后侧，当张力轮不再受到电缆张力作用时，滑块向后移动，支架被张力轮限位销挡住，此时张力轮的张力轮轴与前合页轴的连线同底座的夹角大略大于90度。

作为本发明进一步的方案：所述直流电源与手动开关、声光报警器、自复位开关串联构成遇阻报警电路，所述继电器常闭端与外部的测井绞车电机供电电路串联，继电器驱动端串联可自锁的行程开关常开端后并联在自复位开关两端，构成遇卡报警及绞车停车电路，所述张力显示器供电端串联显示器开关后并联在直流电源两端，张力传感器供电端亦并联在直流电源两端，张力传感器的数据输出端与张力显示器的数据输入端电气相连，构成电缆张力测量电路和张力显示电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将张力计内置，集测量、报警、控制于一体，结构紧凑小巧，无需其他测井设备的技术支持，亦可自成系统，虽然测量的不是电缆的实际张力，但能实时显示电缆张力的相对大小，为测井人员定性的分析电缆张力变化、正确判断仪器和电缆在井下的运行状态提供了重要依据。同时能在电缆张力突然变小(遇阻)时报警、张力突然变大(遇卡)时报警并停车，为测井作业的安全施工提供了保障。该装置工作稳定、制作简单、价格低廉、安装方便、易于维修保养，降低了对井口滑轮的安装要求和操作人员的业务技能要求，特别适合小型测井绞车装配。

附图说明

图1为简易的测井电缆张力测量及张力突变报警装置的右视图。

图2为简易的测井电缆张力测量及张力突变报警装置的主视图。

图3为简易的测井电缆张力测量及张力突变报警装置的俯视图。

图4为简易的测井电缆张力测量及张力突变报警装置的电路原理图。

图中：1-螺杆、2-钢架、3-张力轮轴、4-大拉簧、5-张力传感器、6-楔形垫块、7-滑轨、8-滑块、9-排缆器顶部平台、10-垫块、11-后合页、12-底座、13-直流电源、14-继电器、15-外壳、16-隔板、17-筒壳、18-顶丝、19-垫片、20-小弹簧、21-頂柱、22-销钉槽、23-销钉、24-自复位开关、25-棘齿条、26-张力轮限位销、27-支架、28-碰撞螺杆、29-棘爪、30-手动开关、31-声光报警器、32-棘爪限位销、33-小拉簧、34-行程开关、35-碰撞轮、36-插板槽、37-插板、38-插板架、39-螺丝、40-拉杆、41-张力轮、42-前合页、43-角度调整螺杆、44-测井绞车电机、45-显示器开关、46-张力显示器、47-导向轮。

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。

请参阅图1～4，本发明实施例中，一种简易的测井电缆张力测量及张力突变报警装置，包括底座12、隔板16、外壳15及张力显示器46,所述隔板16垂直固定在底座12中部顶面上，底座12前端安装有前后翻动的前合页42,张力轮41通过张力轮轴3转动安装在前合页42顶面上，张力轮轴3一端加长并在加长端的轴壁上分别连接电缆张力测量装置和电缆张力突变报警装置，所述隔板16下部安装有直流电源13和继电器14,隔板16上方罩盖固定有外壳15,外壳15顶部安装有声光报警器31和手动开关30，张力显示器46操作人员便于观察的位置处，例如将张力显示器46安装在绞车控制器上，电缆张力测量装置的输出端与绞车控制器上的电缆张力显示器46输入端电气相连，电缆张力突变报警装置的输出端与测井绞车电机44的供电电路电气相连。

所述电缆张力测量装置包括大拉簧4、张力传感器5、拉力调节器和张力显示器46，大拉簧4的前端头通过拉力调节器安装在张力轮轴3的轴壁上，大拉簧4的后端头与张力传感器5的受力端面固定连接，张力传感器5整体通过楔形垫块6安装在隔板16的左侧壁上,张力传感器5的数据输出端与绞车控制器上的电缆张力显示器46数据输入端电气相连，所述拉力调节器包括螺杆1和钢架2，钢架2套入张力轮轴3，螺杆1的头端顶在张力轮轴3的轴壁上，拧动螺杆1时，钢架2沿着垂直于张力轮轴3的方向移动。

所述电缆张力突变报警装置包括固定在隔板16右侧壁的滑轨7,滑轨7内滑动卡设有滑块8,滑块8的外侧壁固定有棘齿条25,隔板16上固定有带小拉簧33的棘爪29,棘爪29与棘齿条25咬合限制滑块8朝向远离张力轮轴3方向一侧移动，棘齿条25朝向张力轮轴3一侧前端固定有销钉23,所述张力轮轴3延伸端的轴壁上固定有拉杆40,拉杆40的后端面板上沿着滑块8的滑动方向开始有销钉槽22,销钉23滑动卡设在销钉槽22内，拉杆40上设有用于将销钉23顶在销钉槽22后端的弹力装置，所述棘齿条25上固定有遇阻报警的自复位开关24，自复位开关24的触发端与拉杆40的后端面相对设置，所述自复位开关24后侧的棘齿条25外侧面板上通过支架27固定有碰撞螺杆28，隔板16右侧面板前端安装有行程开关34,行程开关34的触发端设置为碰撞轮35,碰撞轮35位于碰撞螺杆28沿着滑轨7的滑动轨迹内，行程开关34的常开端与声光报警器31及控制测井绞车电机44电源开合的继电器驱动端电气相连。

所述张力轮轴3与前合页42轴的连线同底座12的夹角大略大于90度时，张力轮41的位置设置为位置A,前合页42张开成180度时张力轮41的位置设为位置B,所述楔形垫块6的前端面与位置A和位置B时张力轮轴3的连线垂直，所述滑轨7沿走向的中心线与位置A和位置B时张力轮轴3的连线平行。

所述底座12的后部通过后合页11与排缆器顶部平台9连接，后合页11与排缆器顶部平台9的连接处设有用于保证底座12与排缆器顶部平台9之间留有一定间隙的垫块10,底座12的前部打孔螺纹穿设有角度调整螺杆43,角度调整螺杆43底部抵在排缆器顶部平台9的面板上用于调整张力轮41的高低，这里设置的垫块10和角度调整螺杆43主要用于调节底座12和排缆器顶部平台9的角度，也就是调节张力轮41的高低。

所述弹力装置包括筒壳17、筒壳17前部的顶丝18、顶丝18后面依次的垫片19、小弹簧20和顶柱21组成,筒壳17固定在拉杆40面板上，顶柱21顶在销钉23上，该装置是用来调整遇阻报警灵敏度，当井下仪器或电缆遇阻时，电缆张力突然变小，在大拉簧4的作用下，拉杆40后移，在触碰遇阻报警的自复位开关24前，需克服顶柱21对销钉23的作用力。拧紧顶丝18，作用力增加，报警灵敏度降低；拧松顶丝18，作用力减小，报警灵敏度增高。

所述隔板16前中部固定有插板架38,插板架38通过螺丝39固定有带槽的插板37，所述拉杆40上端面开设有用于与插板37配合插接的插板槽36，前合页42张开成180度时，插板37刚好能向下插入插板槽36内并锁住张力轮41。

所述隔板16上固定有用于挡住棘爪29的棘爪限位销32和用于挡住支架27的张力轮限位销26,棘爪限位销32设置在棘爪29后侧，当棘爪29拨至棘爪限位销32处时，棘爪29与棘齿条25分离，所述张力轮限位销26设置在支架27后侧，当张力轮41不再受到电缆张力作用时，滑块8向后移动，支架27被张力轮限位销26挡住，此时张力轮41的张力轮轴3与前合页42轴的连线同底座12的夹角大略大于90度。

所述直流电源13与手动开关30、声光报警器31、自复位开关24串联构成遇阻报警电路，所述继电器14常闭端与外部的测井绞车电机44供电电路串联，继电器14驱动端串联可自锁的行程开关34常开端后并联在自复位开关24两端，构成遇卡报警及绞车停车电路，所述张力显示器46供电端串联显示器开关45后并联在直流电源13两端，张力传感器5供电端亦并联在直流电源13两端，张力传感器5的数据输出端与张力显示器46的数据输入端电气相连，构成电缆张力测量电路和张力显示电路。

本发明的工作原理是：

安装过程：本发明测量的电缆张力实际上测量的是电缆对张力轮41的作用力大小。电缆张力变大时，电缆对张力轮41的作用力变大，反之变小。即测量的是电缆张力大小的相对值。故需要将本发明的张力轮41顶住测井电缆，张力轮41可顶在电缆的上侧，也可以顶在电缆的下侧，视方便安装决定。为简化对张力轮41的导向，可将张力轮41置于排缆器上的导向轮47或用于深度测量的计量轮的前方(将底座安装在排缆器上时，如无可利用的平台，需要添加平台)。下面将本发明安装在排缆器顶部平台9上并将张力轮41顶住电缆下侧为实施例加以说明：

将张力轮41移动到位置B，插板37下插到拉杆40上端面的插板槽36内锁住张力轮41，然后将本发明置于绞车的排缆器顶部平台9上，在底座12与排缆器顶部平台9平行的条件下，选用合适的垫块10置于后合页11与排缆器顶部平台9之间，使张力轮41与后面排缆器顶部平台9上的导向轮47左右、高低对齐，固定住后合页11后，上提并固定插板37，解锁张力轮41。张力显示器46置于操作人员便于观察的位置处，例如绞车控制器上，继电器14常闭端串联在测井绞车电机44的供电线路上(如电机功率较大，需外加接触器)。

遇卡报警功能的调试：将测井绞车上的电缆通过导向轮47、张力轮41及井口滑轮导出，与置于井口的吊秤连接并固定吊秤，启动绞车拉紧电缆达到电缆拉断力的50％(也可不用吊秤而悬吊同等重量的重物)，刹住绞车并停车，保持拉力不变。此时将张力轮41移动到B位置，插板37下插到拉杆40上端面的插板槽36内并锁住张力轮41，拧动底座12前部一角的角度调整螺杆43，使张力轮41略高于(切勿低于，因为当导向轮47、张力轮41及井口滑轮形成一条直线后，随着电缆张力的增加，电缆对张力轮41的作用力不再变大，若张力轮41低于导向轮47与井口滑轮形成的直线，则遇卡报警功能失效。)导向轮47与井口滑轮形成的直线，上提并固定插板37，解锁张力轮41。再拧动拉力调节器上的螺杆1调节大拉簧4的拉力，使张力轮41刚好处于位置B(如果大拉簧4的拉力调节到最大，前合页42张开的角度仍大于180度，需换拉力较大的拉簧；如果大拉簧4的拉力调节到最小，前合页42张开的角度仍小于180度，需换拉力较小的拉簧)，将插板37下插到拉杆40上端面插板槽36内锁住张力轮41。最后调节支架27的碰撞螺杆28，使可自锁的行程开关34的碰撞轮35刚好换位，行程开关的常开端闭合，报警器鸣响。上提并固定插板37，解锁张力轮41，调试完成。遇卡报警功能调试完成后，除非重新标定电缆拉断力，拉力调节器上的螺杆1不再拧动。

遇阻报警功能的调试：遇卡报警功能调试完成后，再进行遇阻报警功能的调试。设定遇阻报警灵敏度时，需综合考虑井下仪器不同的重量、体积、钻井液不同的比重及下放速度对报警灵敏度的影响，避免发生不报警或误报警。一般情况下操作如下：将弹力装置的顶丝18拧到最紧，闭合外壳15顶部的手动开关30，拨动棘爪29与棘齿条25咬合。将井下仪器与电缆连接后，通过导向轮47、张力轮41、井口滑轮放至井口并浸入钻井液面下，刹住绞车，调整测井绞车的角度，使排缆器顶部平台上的导向轮47与张力轮41、井口滑轮左右对齐。将张力轮41移动到B位置，插板37下插到拉杆40上端面的插板槽36内并锁住张力轮41，拧动底座12前部一角的角度调整螺杆43，使张力轮41略高于(切勿低于)导向轮47与井口滑轮形成的直线，上提并固定插板37，解锁张力轮41。此时提起井下仪器使其重量不再作用于电缆上，慢慢拧松顶丝18，当声光报警器31报警后，再拧松一圈即可。

操作过程及工作原理：测井前，当井下仪器放入井孔钻井液后，将张力轮41移动到位置B，插板37下插到插板槽36内锁住张力轮41，拧动底座12前部一角的角度调整螺杆43，使张力轮41略高于(切勿低于)导向轮47与井口滑轮形成的直线，上提并固定插板37，解锁张力轮41。然后闭合显示器开关45、闭合外壳15顶部的手动开关30、拨动棘爪29使之与棘齿条25咬合、自锁行程开关34的碰撞轮35复位到未碰撞前位置即可开始测井。当电缆下放时，随着下放深度的增加，井下电缆的重量不断增大，受电缆张力的作用，张力轮41沿着以前合页42轴为中心，张力轮轴3至前合页42轴的距离为半径，向前旋转形成的圆弧不断前移，从而带动大拉簧4不断拉长、张力传感器5受力不断增大、张力显示器46显示张力不断增加，同时拉杆40亦拉动棘齿条25沿滑轨7不断前移(顺齿)。当井下仪器或电缆遇阻时，张力显示器46显示张力会突然变小，张力轮41在大拉簧4的作用下回移，带动拉杆40后移，因棘爪29限制棘齿条25不能后移(逆齿)，拉杆40的后端克服顶柱21对销钉23的作用力后触碰棘齿条25上的自复位开关24，报警电路开通，声光报警器31鸣响。当遇阻解除后，张力显示器46显示张力变大，张力轮41带动拉杆40前移，自复位开关24开关复位，声光报警器31断开，鸣响停止。当遇阻未解除欲停止报警时，可拨动棘爪29至棘爪限位销32处使其与棘齿条25分离，棘齿条25在顶柱21对销钉23的顶力作用下向后移动，使自复位开关24开关复位，报警停止，待遇阻解除后，再拨动棘爪29与棘齿条25咬合即可；当电缆上提时，拨动棘爪29离开棘齿条25，使棘齿条25能随拉杆40前后移动，遇阻报警失效。随着电缆的不断上提，井下电缆的重量不断变小，在大拉簧4的拉力作用下，张力轮41带动拉杆40及棘齿条25不断后移，张力显示器46显示张力不断变小。当井下仪器或电缆遇卡时，受突变的电缆张力的作用，张力显示器46显示张力突然变大；同时张力轮41带动拉杆40及棘齿条25会突然前移，当前合页42张开近180度时，支架27上的碰撞螺杆28碰撞碰撞轮35换位，自锁行程开关34的常开端闭合，报警电路开通，声光报警器31鸣响；与此同时，继电器14驱动电路开通，继电器14常闭端断开，测井绞车电机44断电，绞车停车。如果遇卡未解除，需启动绞车时，可将外壳15顶部的手动开关30关闭，继电器14驱动电路失电，继电器14常闭端闭合，测井绞车电机44供电，绞车即可运行。当遇卡解除继续上提电缆时，需将手动开关30开通，再将行程开关34的碰撞轮35复位，以使再次遇卡时，遇卡报警正常工作。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。