Устройство для транспортирования геофизического прибора в скважине Советский патент 1985 года по МПК E21B47/00 E21B47/01 

а:

со

1 I 1 Изобретение относится к промыслево-геофизическим исследованиям скважин и предназначено для доставки геофизических приборов на забой наклонно направленных и горизонтальных скважин. Задача геофизического исследования наклонно направленных скважин с большим углом отклонения от вертикали затруднена тем, что геофизические приборы не могут под действием своего веса перемещаться в таких скважинах.. Известно устройство для транспор тировки приборов в скважине, содержащее корпус, внутри которого разме щены стопорно-разжимные механизмы с приводами и опорными элементами и средство для реверса хода. Работа устройства заключается в попеременном стопорении в скважине одного из |Двух разжимных механизмов и перемещении освобожденного разжимного механизма к застопоренному механиз V I. Недостатком известного устройства является то, что наличие двух ст порио-разжимных механизмов с отдель ными приводами снижает скорость доставки геофизических приборов на за бой скважины. Кроме этого, создание достаточных усилий для преодоления сил гидростатического давления сква жинной жидкости на опорные элементы стопорно-разжимных механизмов требу ет большой редукции приводов, что ограничивает скорость перемещения стопорных механизмов, а следователь но, также снижает производительност исследований. Наиболее близкие по технической сущности и достигаемому результату является устройство для транспортирования геофизического прибора в скважине, содержащее шток, жестко связанный с транспортируемым прибором, герметично посаженный на шток подвижный корпус с зубчатым элементом, расположенный на его внутренней поверхности, механизмами - стопорным, силовым и управления электрическим приводом, расположенными внутри подвижного корпуса, причем силовой механизм, включающий электрический двигатель, редуктор и ведущие шестерни, расположен соосно со штоком. На противоположных концах штока выполнены утолщения, диа72метр которых больше наружного диаметра подвижного корпуса. Работа устройства состоит в переменном чередовании двух циклов движений: первого - перемещения подвижного корпуса относительно неподвижного штока по направлению к заданному для исследования интервалу скважины и второго - перемещения штока и связанного с ним транспортируемого прибора относительно застопоренного в скважине подвижного корпуса за счет реверса направления вращения электрического привода. В результате двух циклов движения в скважине производится перемещение (один шаг) транспортируемого прибора на расстояние, равное длине зубчатого элемента (рейки) на внутренней поверхности подвижного корпуса. Средняя скорость движения геофизического прибора в скважине равна отношению величины перемещения штока транспортирующего устройства за один цикл движения ко времени, необходимому для выполнения одного шага. Время выполнения одного шага складывается из времени выполнения первого и второго циклов и времени, необходимого на переключение направления вращения электрического привода. Время выполнения цикла движения, связанного с транспортировкой геофизического прибора, определяется необходимостью получения достаточного тягового усилия для перемещения ка-, беля и геофизического прибора ( не менее 200-300 кГс ), что обеспечивается выбором величины коэффициента редукции. Для выполнения цикла движения, связанного с перемещением подвижного корпуса, не требуется получение такого большого усилия, поскольку при этом движении преодолевается только сила трения в герметизирующих сальниках устройства (не превьш1ает 20-30 кГс). Однако время выполнения и этого цикла определяется тем же коэффициентом редукции. Таким образом, время выполнения обоих циклов перемещения практически одинаково, поскольку оно определяется только скоростью вращения вала электрического привода устройства, коэ ициентом редукции вращения, обеспечивающим достаточный момент силы на ведущей шестерне устройства и диаметром последней. Время выполнения одного из циклов движения равгде I - величина но t u)/k IIА перемещения штока за один цикл движения , W- частота вращения вала . электродвигателя; d - диаметр веду.щей шестерни. Если величина перемещения штока составит 1,5-2 м (длина подвижного корпуса при этом будет не менее 2-2,5 м и длина должна быть ограничена условием проходимое ти в скважине цепочки транспортиру щее устройство-геофизический прибор) , то при реальных значениях 1л) 12000 об/мин, и ,05 м. 10 с, 1200/200-3,14-0,05 Время одного шага при этом равно 2t+4 с или 24 с, где 4 с время выполнения двух реверсов направления вращения электрического привода. Таким образом, средняя скорость дви жения устройства в скважине равна 1,5 м/24 с или 225 м/ч. Недостатком данного устройства является, следовательно, низкая ско рость доставки скважинного прибора в интервал скважины, подлежащий исследованию. Кроме того, необходимость частой смены направления вращения электрического привода силового механизма снижает надежность работы устройства в целом. Цель изобретения - повьш1ение эф,фективности устройства. Указанная цель достигается тем, .что в известном устройстве для транспортирования геофизического прибора в скважине, содержащем шток с утолщениями, жестко связанный с транспортируемым прибором, герметич но насаженный на шток подвижны Ч кор пус, размещенные внутри корпуса зуб . чатый элемент, который установлен на внутренней поверхности корпуса, расположенный соосно со штоком сило вой механизм с ведущими шестернями, находящимися в зацеплении с зубчаты элементом, стопорный механизм и мех низм управления электрическим приво дом, шток выполнен из двух частей раэногб диаметра и установлен большим диаметром в сторону движения прибора, причем соотношение диаметров указанных частей штока выбирают таким, чтобы усилие на подвижный ко пус, обусловленное гидростатическим 6974 давлением в скважине, превьшало усилие, необходимое для .возвратного перемещения подвижного корпуса. Перемещение транспортируемого прибора в нужный интервал осуществляется в этом случае двумя циклами движения: первым - свободное перемещение подвижного корпуса устройства относительно штока за счет усилия, раз виваемого давлением скважинной жидкости; вторым - принудительное перемещение штока устройства и жестко связанного с ним прибора в сторону застопоренного на стенках скважины подвижного корпуса при помощи электрического привода силового механиз- .. ма. Такое решение позволяет отказать- . ся от реверсирования направления вращения, электрического привода и повысить производительность исследований за счет сокращения времени движения подвижного корпуса устройства относительно штока. Новизна предлагаемого устройства по сравнению с известным заключается в обеспечении разной скорости движения разных частей устройства - движение штока с геофизическим прибором с малой скоростью, обусловленной необходимостью большой редукции привода для получения большого тягового усилия, возвратного движения подвижного корпуса с большей скоростью относительного штока. Отличие предлагаемого от известных устройств для транспортировки геофизических приборов в скважине заключается в использовании гидравлического усилия скважинной жидкости для перемещения одной части устройства относительно другой за счет выполнения штока из двух частей разного диаметра. Для возвратного движения подвиж- ного корпуса устройства относительно штока достаточно усилия на 20-25 кГсбольше трения штока в сальниках подвижного корпуса. Поскольку величина силы трения не превышает 2030 кГс, гидравлическое усилие, развиваемое скважинной жидкостью, должно быть не более 40-50 кГс. Это усилие может быть легко достигнуто. Так при гидростатическом давлении скважинной жидкости 20 МПа для получения гидравлического усилия в 50 кГс необходима разность в поперечном сечении двух частей штока всего в 0,25 см ..

Перемещение подвижного корпуса под действием .гидравлического усилия скважинной жидкости представляет собой равноускоренное движение, время которого определяется по формуле t (2 Bm/F), где S - величина перемещения подвижного корпуса за один цикл движения, F - ускоряющая сила,, равная развиваемому гидравлическому усилию минус сила трения штока в сальниках подвижного корпуса, m - масса подвижного корпуса.

При реальных значениях параметров ,5 м, кГс и кг получим

t (2 -1,5 -100/20).4 с,

а время одного шага при этом будет, равно t-«-t с,

Средняя скорость движения предлагаемого устройства в скважине составит 1,5 м/14 с или 320 м/ч, что в 1,7 раз больше скорости, развиваемой известным устройством.

Таким образом, вследствие независимости возвратного движения подвижного корпуса от коэффициента редукции электрического привода силового механизма, увеличение только на 10% усилия на валу электрического привода на преодоление гидравлического давления жидкости приведе к значительному увеличению (почти в 2 раза) скорости доставки геофизических приборов в нужный интервал пологонаправленных скважин. Кроме ТОГО; повышается надежность работы электрического привода, так как в предлагаемом устройстве не требуется изменения направления его вращения. Электрический двигатель устройства во время возвратного движения подвижного корпуса должен быть автоматически отключен, после чего сразу же начинается возвратное движени подвижного корпуса. Таким образом около.30% общего времени движения электрический двигатель не работает

На чертеже изображено предложенное устройство, общий вид.

Устройство состоит из штока 1, жестко соединенного с геофизическим приборюм 2. Шток состоит из двух частей разного диаметра 1а и 16 и установлен большим диаметром 16 в сторону движения прибора. На

шток герметично насажен подвижный корпус 3, совершающий возвратно-поступательное движение вдоль оси штока. Соосир к нему жестко присоединен силовой механизм, представляющий собой электрический двигатель 4, редуктор 5, ведущие шестерни 6, входящие в зацеплении с зубчатым механизмом (рейкой) 7, закрепленным на внутренней поверхности корпуса 3. Механизм управления электрическим приводом, включающий концевые выключатели 8, 9 и схему управления, обеспечивает автоматическое включение и выключение электродвигателя 4.

Герметизация корпуса 3 на штоке обеспечивается сальниками 10 и 11.

На корпусе 3 шарнйрно закреплены стопорные элементы 12, обеспечивающие фиксацию положения подвижного корпуса устройства относительно стенок скважин 13. С целью уменьшения трения подвижного корпуса о стенки скважины по обе стороны от него на штоке имеются утолщенные участки 14, диаметр которых больше внешнего диаметра подвижного корпуса.

Ведущие шестерни 6 снабжены устройствами (не показаны), размещаемыми на их оси и обеспечивающими передачу усилия при вращении их только в одну сторону, не создавая тем самым дополнительной нагрузки при свободном движении подвижного корпуса под действием гидравлического усилия скважинной жидкости.

Устройство работает следующим образом.

При небольших углах наклона скважины прибор перемещается вдоль ствола за счет силы тяжести. При переходе на пологий участок ствола скважины, где перемещение прибора за счет сил тяжести становится невозможным, с наземного блока управления поступает сигнал на.раскрытие стопорных элементов 12. Подвижный корпус 3 фиксируется на стенках скважины 13 в крайнем относительно штока 1 положении от направления движения прибора, куда его приводит давление скважинной жидкости. Подается сигнал на включение электрического двигателя 4 силового механизма, приводящего в движение ведущие шестрени 6, которые, вращаясь, обкатываются по рейке 7 и проталкивают шток 1 и жестко

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ПРИБОРА В СКВАЖИНЕ, содержащее шток с утолщениями, жестко связанный с транспортируеья 1м прибором, герметично насаженный на шток подвижный корпус. размещенные внутри корпуса зубчатый элемент, который установлен на внутренней поверхности корпуса, расположенный соосно со штоком силовой механизм с ведущими шестернями, находящимися в зацеплении с зубчатым элементрм, стопорный механизм и механизм управления злектрическим приводом, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, шток выполнен из двух частей разного диаметра и установлен большим диаметром в сторону движения прибора, причем соотношение диаметров указанных частей штока выбирают таким, чтобы усилие, обусловленное гидростатическим давлением (Л в скважине, превшоало усилие, необходимое для возвратного перемещения подвижного корпуса.