При проведении геофизических исследований в нефтяных и газовых скважинах в большинстве случаев информация от скважинного прибора к наземным приемникам передается с помощью геофизического кабеля. Вращение кабеля вокруг собственной оси при спуске прибора в скважину либо его подъеме обуславливает применение коллекторных устройств, являющихся связующим звеном между кабелем и устройством приема информации.

Известные коллекторные устройства, выпускаемые рядом отечественных и зарубежных фирм, представляют собой вращающиеся токосъемники и содержат многокольцевой коллектор, щеткодержатель и контактные щетки, прижимаемые к контактным кольцам с определенным усилием.

Главным недостатком подобных устройств является случайное изменение переходного сопротивления в месте контакта колец и щеток в процессе эксплуатации коллектора и не соответствие переходного сопротивления значению, гарантируемому изготовителем, а также малая долговечность из-за быстрого износа колец и щеток в связи с наличием трения скольжения в месте их контакта. «Дребезг» щеток при наличии вибраций, либо за счет неидеальности геометрии формы кольцевых контактов приводит к появлению искры, подгоранию контактов и, в конечном итоге, к отказу коллектора. Причем абсолютное большинство отказов коллектора – внезапные и происходят на любом этапе эксплуатации.

С целью избежания внезапных отказов, увеличения надежности контактирования и срока службы коллекторного устройства был разработан геофизический коллектор КГ-4М.

Основным конструктивным отличием коллектора КГ-4М от известных является то, что контактные щетки выполнены в виде роликов, вращающихся на осях и контактирующих с подвижными пластинами. Такая конструкция коллекторного устройства позволяет использовать в месте контакта трение качения, что обеспечивает стабильно низкое переходное сопротивление контакта «ролик-пластина», уменьшает износ деталей и увеличивает срок службы коллектора.

Устройство коллектора геофизического КГ-4М 

Коллектор содержит герметизированный корпус 1 с установленным в нем неподвижным основанием 4, в углублении которого находится стержень 5 и пружина 8. В стержне запрессована ось 6, на которой вращается ролик 7. На валу 2, вращающемся в шарикоподшипниках 3, закреплено основание 9 с контактной пластиной 10. Герметизированный корпус заполняется жидким диэлектриком (например, трансформаторным маслом). Коллектор содержит четыре контактных пары (на рисунке показана одна), каждая из которых имеет тройное дублирование контакта. Для удобства монтажа и эксплуатирования коллектор снабжен штепсельным разъемом 14.

Выводные провода 11, 12 паяются непосредственно к пластине 10 и оси 6 и выходят соответственно на ламели 13, расположенные на валу, и на штепсельный разъем 14, через который осуществляется передача информации непосредственно потребителю.

Присоединительные размеры коллектора соответствуют ранее применяемым в отрасли образцов коллекторов.
Токо-передача по цепи контактной пары с неподвижной части корпуса 1 на подвижный вал 2, вращающийся в шарикоподшипнике 3, производится за счет контактирования ролика 7 с пластиной 10. Поверхность углубления неподвижного основания 4 и установленного в нем стержня 5 в сечении представляют собой квадрат, за счет чего стержень не проворачивается в углублении, а ролик устанавливается в оптимальном положении, т.е. катится по касательной к радиусу пластины, а с помощью пружины 8 обеспечивается требуемое контактное давление ролика на пластину и постоянный контакт (контактное давление составляет 100 ... 150 г). Стержень 5 установлен в углублении основания 4 с минимальным зазором (по квадратному сечению), но позволяющим перемещаться стержню в осевом на-правлении при торцевом биении пластины. Пластины, оси и ролики изготовлены из износостойкого сплава – нейзильбера, что обуславливает малый износ деталей и, как следствие, высокую надежность коллектора.

В рамках приемо-сдаточных испытаний коллектор КГ 4М проходит прикатку, в результате чего каждый ролик накатывает «свою» дорожку на пластине, площадь контактирования увеличивается и соответственно уменьшается переходное сопротивление контакта «ролик-пластина». Переходное сопротивление коллектора по каждой контактной паре составляет 0,15 Ом при токе 15 мА. Более того, процесс накатки оптимальной дорожки продолжается и в процессе эксплуатации. Отмечено, что в процессе работы коллектора переходное сопротивление имеет тенденцию к уменьшению.