Прижимное устройство для скважинного сейсмического прибора Советский патент 1991 года по МПК G01V1/52 

XJ

О

ю

СА) СО 4

Изобретение относится к технике сква- жинной сейсмической разведки, его можно использовать при работах методом вертикального сейсмического профилирования (ВСП) в обсаженных и необсаженных буровых скважинах.

Известно использование при работах методом ВСП прижимных устройств; управляемых, неуправляемых и комбинированных. Управляемое прижимное устройство раскрывает или убирает прижимы в скважине по команде, передаваемой по кабелю с поверхности. Неуправляемое прижимное устройство опускается и извлекается из скважины с раскрытыми прижимами. В комбинированном прижимном устройстве один из приборов зонда имеет управляемое прижимное устройство, а другие - неуправляемое.

Неуправляемые прижимные устройства применяют, как правило, при работах в обсаженных скважинах, так как в необсаженных скважинах из-за изменения диаметра скважины качество контакта снаряда со стенкой скважины может сильно изменяться, а при наличии каверн контакт может оказаться неудовлетворительным для получения кондиционного материала.

Управляемые прижимы однократного действия срабатывают только от одной команды с поверхности земли, после чего снаряд можно перемещать лишь вверх по стволу скважины. При работах в необсаженной скважине такие прижимы, как и неуправляемые, не обеспечивают надежности контакта со стенкой скважины. Кроме того, работа с такими прижимами неудобна из-за необходимости всякий раз извлекать снаряд на поверхность с целью перезарядки прижима для беспрепятственного повторного спуска снаряда на нужную глубину.

Управляемое прижимное устройство многократного действия раскрывает, а также убирает прижимы в скважине по команде с поверхности земли, В таком устройстве применяют прижимной рычаг жесткого типа, который является сменным и подбирается в соответствии с диаметром скважины.

Недостатком прижимного устройства такого типа является менее высокая производительность при работах с ним в обсаженных скважинах по сравнению с неуправляемым прижимом из-за необходимости многократного раскрывания и убира- ния прижимов в процессе отработки скважин, а также его меньшая надежность из-за опасности выхода из строя прижимного механизма в тот момект, когда жесткий прижимной рычаг находится в раскрытом состоянии, и возможной в связи с этим

опасностью аварии в скважине. Это же относится и к комбинированным прижимным устройствам.

Наиболее близким к изобретению является прижимное устройство для скважинно- го сейсмического прибора, содержащее корпус, разделенный на негерметичную и герметизированную от внешнего давления части, прижимной элемент в негерметичной

0 части и электромеханический привод, расположенный в герметизированной части и связанный с прижимным элементом при помощи кинематической пары. В качестве кинематической пары в нем используется

5 винтовая пара. Это устройство реализовано в скважинном сейсмическом приборе, в котором силовой шток, являющийся одним из звеньев винтовой пары, поступательно перемещается между герметичной и негерме0 тичной частями корпуса. Шток, кинематически связанный с прижимным рычагом, раскрывает его или при реверсе электродвигателя убирает, освобождая снаряд для последующего его перемещения по стволу

5 скважины. Оба конца силового штока в этом устройстве расположены в герметизированных от внешнего давления камерах (или в одной герметизированной камере), что позволяет исключить влияние внешнего дав0 ления на силу прижима. Принцип, положенный в основу этого прижимного устройства, используется в скважинных приборах с управляемыми прижимными устройствами многократного действия.

5 Основным недостатком известной аппаратуры является ее невысокая надежность при работах в условиях высоких давлений, обусловленная тем, что силовой шток, управляющий прижимным рычагом,

0 перемещается поступательно между герметизированной и негерметизированной частями корпуса снаряда. При этом уплотнительные резиновые кольца, обеспечивающие герметизацию, перемещаются

5 вместе со штоком. По мере увеличения глубины снаряда уплотнительные кольца все больше деформируются под влиянием внешнего гидростатического давления, трение их о корпус наряда в процессе переме0 щения штока при этом также увеличивается. Кроме того, при многократных перемещениях штока действию внешней (часто - агрессивной ) среды последовательно подвергается каждый из становящихся не5 герметичным участков корпуса снаряда, вдоль которых перемещается шток с уплот- ншельными кольцами, в результате чего чистота поверхности, по которой скользят деформированные внешним давлением кольца, ухудшается. В результате уплотнительные кольца при проведении ВСП на больших глубинах часто лопаются, а снаряд выходит из строя. Если при такой неисправности прижимной рычаг находится в раскрытом состоянии, то в необсаженной скважине вполне вероятна опасность аварии, так как жесткий рычаг может помешать прохождению снаряда через вышерасположенные суженные участки ствола скважины при попытке извлечь его на поверх- ность.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства, а также исключение его заклинивания при выходе из строя в раскрытом положении прижимного эле- мента, сокращение времени отработки скважины путем перемещения скважинного прибора в прижатом к стенке скважины состояния и упрощение его конструкции.

На фиг. 1 приведено предложенное ус- тройство, продольный разрез; на фиг, 2 - фрагментустройства, содержащий уплотни- тельное кольцо и дополнительные элементы, способствующие повышению гидропрочности устройства; на фиг. 3 - дру- гой вариант устройства, в ко/ором кинематическая пара, соединяющая вал с прижимным элементом, содержит гибкий элемент.

Устройство включает прижимной рычаг 1, ось 2 вращения прижимного рычага, неподвижно закрепленную на корпусе устройства, гайку 3, электропривод 4, подшипник 5, уплотнительное кольцо 6, фиксатор 7, вал 8, корпус 9, кассету 10 с сейсмоприемника- ми, втулку 11 из фторопласта, стальную шайбу 12 и шайбу 13 из фторопласта, а также гибкий элемент 14,выполненный в виде троса.

Принцип работы устройства состоит в следующем.

Крутящий момент от электропривода 4 передается валу 8. который зафиксирован в корпусе прибора 9 при помощи подшипников 5 и имеет возможность только враща- тельного движения. Оба конца вала.8 расположены в герметизированном от внешнего давления корпусе 9, при этом герметизация достигается при помощи уплот- нительных резиновых колец 6. Средняя часть вала 8, расположенная в негерметичной части корпуса, выполнена в виде винта и посредством гайки 3 связана с коротким плечом прижимного рычага 1. Гайка 3 при вращательном движении вала 8 может сме- щаться лишь вдоль оси снаряда, так как она зафиксирована в корпусе 9 снаряда при помощи фиксатора 7, который жестко закреп- ден в корпусе 9 одним концом и входит другим концом в паз гайки 3, Таким образом, крутящий момент вала 8 преобразуется в поступательное движение гайки 3, кинематически связанной с прижимным рычагом 1. Поэтому рычаг 1 прижимает снаряд к стенке скважины или освобождает его при реверсе электродвигателя.

Оба конца вала 8, содержащие уплотни- тельные кольца 6, имеют одинаковый диаметр с целью компенсации внешнего гидростатического давления. Средняя часть вала 8, содержащая резьбу, имеет диаметр, не превышающий диаметр концевых участков вала. Поэтому гайка 3 выполнена разрезной (из двух частей) и одевается на винт после того, как он занял рабочее положение в корпусе устройства. Обе, половинки гайки 3 стягиваются между собой болтами.

Длинное плечо прижимного рычага 1 может быть выполнено в виде рессоры. Тем самым достигается возможность перемещать снаряд вдоль ствола скважины в прижатом к стенке скважины состоянии при раскрытом рычаге 1. Предотвращение скручивания кабеля при перемещении снаряда вдоль ствола скважины в прижатое к стенке скважины состоянии обеспечивается путем использования устройства свободного вращения/которое размещается между кабельным наконечником и сквэжинным прибором. Жесткость рессоры берут такой, чтобы частота собственных колебаний скважинного прибора находилась в области высоких частот за пределами рабочего диапазона регистрируемых частот сейсмических колебаний.

При вращении вала 8 деформированные под действием внешнего гидростатического давления уплотнительные кольца б остаются неподвижными. При этом трение вала 8 о кольца 6 исключае ся путем введения втулок 11, изготовленных из фторопласта, отличающегося гораздо меньшей чем резина величиной коэффициента трения. Пружинная разрезная шайба 12, также изолированная от вала 8 при помощи фторопластовой шайбы 13, препятствует выдавливанию резины уплотнительного кольца 6 в зазор между корпусом 9 и валом 8, повышая тем самым гидропрочность устройства в целом.

Согласно фиг. 3 рессора 1 перед спуском снаряда в скважину убирается (прижи- мается к корпусу снаряда) путем наматывания троса 14 на вал 8. В момент прижатия рессоры t к корпусу снаряда ток в цепи электродвигателя достигает максимального значения (из-за увеличения механической нагрузки на вал 8), что позволяет на поверхности земли вовремя отключить электропитание. При прижатии прибора к

стенке скважины (вследствие разматывания троса 14 с вала 8) трос ослабляется, а величина тока в цепи двигателя достигает минимального значения, что позволяет отключить питание двигателя на поверхности земли в нужный момент. Другой путь управления электродвигателем состоит в использовании для этой цели тахометра, так как в крайних положениях прижимного элемента 1 частота оборотов двигателя отличается от его частоты при промежуточном положении элемента 1 из-за изменения нагрузки двигателя.

Представленное на фиг. 3 устройство предназначено для работы в обсаженной скважине, так как в скважине необсаженной диаметр ее ствола существенно изменяется, вследствие чего обеспечить одинаковое прижимное усилие в различных точках приема при использовании устройства данного типа обеспечить трудно.

На фиг 3 прижимной элемент представлен в простейшей форме - в виде изогнутой рессоры с одним концом, жестко прикрепленным к корпусу устройства, и другим сво- бодным концом, непосредственно контактирующим со стенкой скважины в прижатом состоянии (тогда торсик 14 смотан с вала 8). Однако рессора может быть выполнена в виде дуги, концы которой находятся в скользящем контакте с концевыми участками скважинного сейсмического прибора а средняя ее часть, усиленная дополнительной прижимной планкой, связана посредством троса 14 (или стальной ленты) с валом 8

В устройстве управление прижимными элементами при помощи электропривода осуществляется при неподвижном положении уплотнительных колец, деформированных под действием гидростатического давления, создаваемого буровой жидкостью. При этом кинематическая пара, связанная с валом электродвигателя вынесена в негерметизированную внешнюю часть корпуса, вследствие чего исключено поступательное перемещение одного из звеньев кинематической пары между герметизированной и негерметичной частями корпуса устройства, резко снижающее надежность прототипа. Кроме того, при одном из конкретных воплощений кинематической пары - в виде винтовой пары - гайка, кинематически связанная с прижимным рычагом, зафиксирована от вращательного движения путем соответствующего его прикрепления к корпусу устройства. В результате уменьшается опасность деформации прижимного рычага, его разрушения, а такж заклинивания.

Замена жесткого прижимного рычага на прижимной рычаг, у которого длинное плечо выполнено в виде рессоры, исключает опасность закупорки ствола скважины скважинным прибором в тех случаях, когда прижимное устройство выходит из строя в раскрытом положении прижимного рычага. Кроме того, упругий, а не жесткий контакт со средой, достигаемый посредством использования рессоры, позволяет в условиях обсаженной скважины, а также необсаженной, пересекающей крепкие породы, не содержащие каверн, перемещать снаряд из одной точки наблюдения в другую в прижатом к стенке скважины состоянии, в результате чего сокращается время отработки скважины. В условиях высоких давлений и температур это также способствует повышению надежности и уменьшению опасности аварий при работах ВСП на больших глубинах.

Кроме того, кинематическая пара, связанная с прижимным элементом, выведена за пределы герметизированной от внешнего давления части корпуса, содержащей электродвигатель и редуктор. В результате повышается надежность работы уплотнительных элементов, осуществляющих герметизацию одной из частей корпуса от

внешнего давления. За счет сочетания упругой рессоры и управляемого прижима многократного действия расширяются функциональные возможности прижимного устройства (оно может использоваться в неуправляемом режиме, когда рычаг раскрыт, либо в качестве управляемого прижима многократного действия в тех случаях, когда из-за каверн перемещать снаряд в прижатом к стенке скважины состоянии нецелесообразно) и повышается безопасность работы с ним.

Формула изобретения

1 Прижимное устройст во для скважинного сейсмического прибора, содержащее корпус с герметичной и открытой полостями, прижимной элемент в открытой полости корпуса и электромеханический привод с выходным валом, расположенный в герметичной полости корпуса и связанный с прижимным элементом при помощи вала и кинематической пары, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, средняя часть вала и кинематическая пара расположены в открытой полости корпуса, а .второй конец вала - в герметичной полости, при этом одно из звеньев кинематической пары совмещено со средней частью вала, а другое ее звено соединено с прижимным элементом

2.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что средняя часть вала выполнена в виде винта, связанного посредством гайки с прижимным элементом.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающее с я тем, что гайка прикреплена к корпусу с возможностью лишь поступательного ее перемещения.

4.Устройство по пп. 1-3, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что гайка выполнена разрезной.

5.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что, с целью исключения заклинивания скважинного прибора в стволе скважины при выходе его из строя в раскрытом положении прижимного элемента, а также сокращения времени отработки скважины путем перемещения скважинного прибора в

прижатом к стенке скважины состоянии, прижимной элемент выполнен в виде рычага, длинное плечо которого является рессорой.

6. Устройство по п. 1,отличающеес я тем, что, с целью упрощения его конструкции при перемещении скважинного прибора в прижатом к стенке скважины состоянии, прижимной элемент выполнен в

виде рессоры, при этом рессора связана с валом посредством гибкого элемента.

7. Устройство по п. 6, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что гибкий элемент выполнен в виде ленты или троса, один из концов элемента

прикреплен к рессоре, а другой конец прикреплен к валу с возможностью наматывания на него или сматывания при реверсировании электромеханического привода.

Изобретение относится к технике сква- жинной сейсмической разведки и может быть использовано при работах методом вертикального сейсмического профилирования (ВСП) в обсаженных и необсаженных скважинах. Целью изобретения является повышение надежности работы устройства, а также исключение его заклинивания при выходе из строя в раскрытом положении прижимного элемента, сокращение времени отработки скважины путем перемещения скважинного прибора в прижатом к стенке скважины состоянии и упрочение его конструкции. Цель изобретения достигается за счет размещения кинематической пары, осуществляющей регулировку положения прижимного элемента 1 в открытой части корпуса 9 скважинного прибора и совмещение одного из ее звеньев со средней частью вала 8. При этом средняя часть вала может быть выполнена в виде винта, связанного посредством гайки3 соскважинным прибором. 6 з.п.ф-лы, 3 ил. С

/4