Измеритель профиля котловых полостей Советский патент 1992 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и может быть использовано при измерении диаметров скважин ) и профилей сечения подземных полостей.

Известен каверномер, содержащий корпус, шарнирно соединенные с ним измерительные рычаги жестко соединенные с зубчатыми секторами, подпружиненный с двух сторон винт, причем сек тора и винт кинематически связаны ДРУГ с другом.

Недостаток данного устройства состоит в том, что оно не позволяет повысить оперативность проведения измерения скважин и котловых полостей за счет обеспечения возможности изменения длины измерительных рычагов в процессе замера.

Известна рычажная измерительная г система скважинного прибора, содержащая корпус с измерительными удлиняющимися рычагами, подпружиненными пальцами, собачкой и соленоидом со штоком, причем в измерительных рычагах выполнены пазы,в которых размещены подпру- - жиненные пальцы, при этом удлиняющие рычаги шарнирно- закреплены на концах измерительных рычагов и имеют гнезда для взаимодействия с подпружиненными пальцами, которые через собачку связаны со штоком.

Недостатком рычажно иэмеритальной системы является сложность конструкV|VI

00

ю

00

ь

ции и невозможность плавного изменения длины измерительного рычага, так как изменение длины измерительного рычага происходит на фиксирующую вели- чину,равную удлиняющему рычагу.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является измеритель профиля котловых полостей, содержащий штангу, измерительные рыча- д ги, выполненные в виде двух пар корот кого и длинного плеча, расположенных под, углом 90, при этом короткие плечи представляют собой грузы-противовесы, гибкую струну,нижний конец g которой пропущен через ушко на конце одного из длинных плеч и жестко закреплен на конце другого длинного плеча, а верхний конец струны связан с регистрирующим механизмом., «О

Недостатком этого изобретения является наличие грузов-противовесов, увеличивающих размеры и массу конструк ции, вследствие чего оно не может / пользоваться при измерениях скважин и25 котловых полостей небольшого диамет ра, низкая точность измерений, а также дополнительный подъем и опускание прибора для измерения верхней части полости. 30

Целью изобретения является определение конфигурации котловой полости и повышения-точности замера ее . метров.

На фиг„ 1 изображен общий вид измерителя профиля котловых полостей; на фиг« 2 - корпус измерительного узла (вид справа); на фиг„ 3 верти-, кальный разрез измерительного узла; на фиг. 4 - вертикальный разрез измерительного узла (вид справа); на фиг0 5 - горизонтальный разрез измери тельного узла; на фиг. 6 - фиксатор погружения; на фиг. 7 - прерыватель движения щупа; на фиг. 8 - вертикаль- ный разрез наращиваемой штанги; на фиг„ 9 детали замка наращиваемой

штанги; на фиг„ 10 - вертикальный раз рез наращиваемой штанги (вид справа); на фиг. 11 - пульт управления; на фиг. 12 - электрическая схема.

Измеритель ТТрофиля котловых полостей состоит из измерительного узла 1. набора наращиваемых штанг 2 и пульта управления 3.

Измерительный узел содержит корпус 1 со сквозной прорезью 4. В сквозную прорезь 4, вставлено коромысло 5,,представляющее собой пустотелую капсулу, свободно вращающуюся на осях 6,7. К оси 7 жестко крепится колено 8, которое шарнирно соединено с шатуном 9.

В верхней части корпуса 1 расположен механизм поворота коромысла 5„ Механизм поворота коромысла состоит из электродвигателя 10, который посредством шестерен 11 и 12 связан с

Поставленная цель достигается тем.де винтовым валом 13 шестерня 11 жестко

что в измерителе профиля котловых полостей, содержащем измерительный узел набор наращиваемых штанг и пульт управления, измерительный узел выполнен в виде корпуса со сквозной про- лп резью, в котором размещен первый электродвигатель, свободно входящее в прорезь коромысло с автономными выдвижными щупнми, при этом коромысло

крепится на валу 13. Винтовой вал 13 входит в винтовое отверстие гайки 14, составляющую вместе с валом винтовую пару. Одновременно гайка 14 является ползуном с осью 15jK которой шарнирно крепится шатун 9. Параллельно винтовому валу 13 расположен реостат 16„по обмотке которого скользит другой конец ползуна.В нижней части измерительного

закреплено на корпусе таким образом, $5 узла в К°РПУС 1 вмонтирован фиксатор

что может вращаться вокруг оси при помощи электродвигателя, связанного посредством шестерен с первой винтовой парой, гайка которой является одновременно ползуном, шарнирно прикреплен--- ного к ползуну шатуна, соединенного с коленом, жестко закрепленным с осью, причем на обеих концах коромысла размещены второй и третий электродвигатели, связанные с ними посредством шестерен вторая и третьи винтовые пары, гайки которых одновременно являются ползунами,)на которых жестко крепятся выдвижные щупы.

55

погружения 17 измерителя,который содер- «кит подпружиненный стержень с головкой 18, Пружину 19, контакты 20 и является замыкателем контактов.

Коромысло 5 представляет собой . .срезанный с двух диаметр ально противоположных сторон полый цилиндр, во внутренней части которого на противоположных концах размещены электродвигатели 21, 22. Электродвигатель 21 посредством шестерен 23,24 связан с винтовым валом 25, который входит в винтовые отверстия гайки 26, являющейся одновременно ползуном.

2844

На фиг„ 1 изображен общий вид измерителя профиля котловых полостей; на фиг« 2 - корпус измерительного узла (вид справа); на фиг„ 3 верти-, кальный разрез измерительного узла; на фиг. 4 - вертикальный разрез измерительного узла (вид справа); на фиг0 5 - горизонтальный разрез измерительного узла; на фиг. 6 - фиксатор погружения; на фиг. 7 - прерыватель движения щупа; на фиг. 8 - вертикаль-, ный разрез наращиваемой штанги; на фиг„ 9 детали замка наращиваемой

штанги; на фиг„ 10 - вертикальный разрез наращиваемой штанги (вид справа); на фиг. 11 - пульт управления; на фиг. 12 - электрическая схема.

Измеритель ТТрофиля котловых полостей состоит из измерительного узла 1. набора наращиваемых штанг 2 и пульта управления 3.

Измерительный узел содержит корпус 1 со сквозной прорезью 4. В сквозную прорезь 4, вставлено коромысло 5,,представляющее собой пустотелую капсулу, свободно вращающуюся на осях 6,7. К оси 7 жестко крепится колено 8, которое шарнирно соединено с шатуном 9.

В верхней части корпуса 1 расположен механизм поворота коромысла 5„ Механизм поворота коромысла состоит из электродвигателя 10, который посредством шестерен 11 и 12 связан с

винтовым валом 13 шестерня 11 жестко

крепится на валу 13. Винтовой вал 13 входит в винтовое отверстие гайки 14, составляющую вместе с валом винтовую пару. Одновременно гайка 14 является ползуном с осью 15jK которой шарнирно крепится шатун 9. Параллельно винтовому валу 13 расположен реостат 16„по обмотке которого скользит другой конец ползуна.В нижней части измерительного

узла в К°РПУС 1 вмонтирован фиксатор

-

5

погружения 17 измерителя,который содер- «кит подпружиненный стержень с головкой 18, Пружину 19, контакты 20 и является замыкателем контактов.

Коромысло 5 представляет собой . .срезанный с двух диаметр ально противоположных сторон полый цилиндр, во внутренней части которого на противоположных концах размещены электродвигатели 21, 22. Электродвигатель 21 посредством шестерен 23,24 связан с винтовым валом 25, который входит в винтовые отверстия гайки 26, являющейся одновременно ползуном.

1778284

Параллельно винтовому валу 25 расположен реостат 27. по обмоте которого может свободно перемещаться конец ползуна 2б„ К центру пол зуна 26 жестко крепится щуп 28,представляющий собой трубку с вмонтированным на противоположном ее конце прерывателем 29 работы двигателя 210

На противоположном электродвигателю 21 конце коромысла 5 расположен электродвигатель 22, связанный посредством шестерен 30, 31 с винтовым валом 32, который входит в винтовое отверстие гайки 33, являющейся ползуном. Параллельно валу 32 расположен реостат 3, по обмотке которого может свободно перемещаться конец ползуна 33о К центру ползуна 33 в проти10

15

56,57,может двигаться в двух направле ниях: продольно относительно своей оси и вращательно на угол к той же оси„ На стечке втулки 57 имеется выемка 58 о К цилиндрической оси 50 сердечника № жестко крепится одним концом пружина 59, второй конец пружины жестко закреплен на-втулке 56, при этом пружина 59 установлена таким образом, что усилие пружины 59 направлено как вдоль оси сердечника 8 по направлению к втулке 57, так и перпен дикулярно этой оси о Прорези 5, 55 прямоугольной формы находятся на од ном из заглушенных концов штанги 2, на противоположном ее конце крепятся четырехранные штыри 60,61, на концах которых имеются прямоугольные отвервоположном направлении ncf отношению к 20 стия . Итыри 60,61 могут свобод- щупу 28 жестко крепится щуп 35, но входить в прорези $k, 55 представляющий собой трубку с вмонтированным на конце прерывателя 36 работы электродвигателя 220

25

Прерыватели 25,36 работы электродвигателей 21, 22 являющиеся одновременно прерывателями движения щупов 2В,35 идентичные Прерыватель движения щупов состоит из стержня с головкой 37, пружины 38, электромагнита 39 и контактов 0 и 1 „

Наращиваемая штанга состоит из трубы с пропущенным сквозь нее многожильным кабелем 3 с выведенными к торцам трубы штепсельными разъемными соединениями, которые располагаются таким образом.чтобы на одном конце штанги находились гнезда й, а на другом соответствующие им штепсели 50 Соединение штанг производится с помощью замка, который содержит втулку 6 с четырехгранным сквозным отверстием 7, расположенным вдоль оси втулки, четырехгранного сердечника 8, свободно входящего в отверстие 7, причем концы четырехгранного сердечника выполнены в виде цилиндрических осей 9,500 На конце 9 сердечника 8 перпендикулярно его оси жестко крепится штифт 51

На втулке 6 жестко крепятся захваты 52,53, представляющие собой пластины Г-образной формы Захваты 52,53

Пульт управления 3 измерителя со-, держит миллиамперметры А-1, А-2, А-3, лампы контроля Л-1, Л-2, и переключатели каналов П-1, П-2, П-3. Миллиамперметры А-1 и А-2 проградуиро- ваны в единицах длины и связаны соответствующими электроцепями с реостатами 27, миллиамперметр А-3 про- 30 градуирован в градусах,связан с реостатом 16 и служит для контроля угла поворота коромысла 5

Лампа контроля Л-1 связана электроцепями с переключателем каналов П-1, 2g прерывателем движения щупа 28, блоки-. рующим устройством Б-1 и электродвигателем 21„ Лампа контроля Л-2 связана электроцепями с переключателем каналов П-2, прерывателем движения 40 УУ13 35, блокирующим устройством Б-2 и электродвигателем 22„

Лампа Л-3 связана с фиксатором погружения 17° Переключатель П-3 с помощью электроцепей связан с блокиру- 45 ющими устройствами , и электродвигателем 100

Измеритель профиля котловых полостей работает следующим образом.

В начале измеритель приводят в ис- 50 ходное положение„ Для этого коромысло 5 с убранными щупами 28,35 располагается вертикально параллельно оси измерительного узла 1„ При этом на пульте управления 3 стрелка миллиамперметра

находятся в прорезях 5,55 и могут отклоняться -от вертикального направления gg А-3 устанавливается в нулевое положе- при повороте сердечника 8 и втул- ние0 ки А6„Измерительный узел 1 при помощи

Сердечник 8 вставлен своими ци наращиваемых штанг 2 опускается в скэа линдрическими осями 9,50 во ВТУЛКИ жину до соприкосновения с дном котло0

5

56,57,может двигаться в двух направлениях: продольно относительно своей оси и вращательно на угол к той же оси„ На стечке втулки 57 имеется выемка 58 о К цилиндрической оси 50 сердечника № жестко крепится одним концом пружина 59, второй конец пружины жестко закреплен на-втулке 56, при этом пружина 59 установлена таким образом, что усилие пружины 59 направлено как вдоль оси сердечника 8 по направлению к втулке 57, так и перпендикулярно этой оси о Прорези 5, 55 прямоугольной формы находятся на од ном из заглушенных концов штанги 2, на противоположном ее конце крепятся четырехранные штыри 60,61, на концах которых имеются прямоугольные отверстия . Итыри 60,61 могут свобод- но входить в прорези $k, 55

Пульт управления 3 измерителя со-, держит миллиамперметры А-1, А-2, А-3, лампы контроля Л-1, Л-2, и переключатели каналов П-1, П-2, П-3. Миллиамперметры А-1 и А-2 проградуиро- ваны в единицах длины и связаны соответствующими электроцепями с реостатами 27, миллиамперметр А-3 про- градуирован в градусах,связан с реостатом 16 и служит для контроля угла поворота коромысла 5

Лампа контроля Л-1 связана электроцепями с переключателем каналов П-1, прерывателем движения щупа 28, блоки-. рующим устройством Б-1 и электродвигателем 21„ Лампа контроля Л-2 связана электроцепями с переключателем каналов П-2, прерывателем движения УУ13 35, блокирующим устройством Б-2 и электродвигателем 22„

Лампа Л-3 связана с фиксатором погружения 17° Переключатель П-3 с помощью электроцепей связан с блокиру- ющими устройствами , и электродвигателем 100

Измеритель профиля котловых полостей работает следующим образом.

В начале измеритель приводят в ис- ходное положение„ Для этого коромысло 5 с убранными щупами 28,35 располагается вертикально параллельно оси измерительного узла 1„ При этом на пульте управления 3 стрелка миллиамперметра

А-3 устанавливается в нулевое положе- ние0 Измерительный узел 1 при помощи

вой полости. При этом происходит замы кание контактов 20 фиксатора погружения 17, и на пульте управления загора- ется контрольная лампа Переклю- чателем П-3 производится включение электродвигателя 10; связанные с ним шестерни 11,12 приводят во вращение винтовой вал 13, при этом ползун приходит в движение, двигаясь вниз пачр раллельно оси измерительного узла 1„ Шатун 9 одним концом шарнирно соединенный с осью 15, а другим с коленом 8 приходит в движение.отклоняет коро- мысло 5 на заданный угол. Ползун 1 15 с расположенным на его конце контак . том 70, двигаясь по обмотке реостата 1 16, изменяет силу тока в соответствующей электрической цепи, что фиксируется миллиамперметром А-Зо Увеличение 20 или уменьшение угла поворота коромысла 5 осуществляется с помощью переключателя каналов П-3о В электроцепи электродвигателя 10 предусмотрены блокирующие устройства , .служащие для отключения электродвигателя при крайних точках ползуна

Для приведения в действие щупа 28 включается электрическая цепь, связан

М прерывателя, цепь электродвигателя 21 разрывается и происходит его остановка, при этом миллиамперметр А-1 Фиксирует длину выдвижения щупа 28„ При включении переключателя каналов П-1 в положение назад ротор электро двигателя 2k начинает вращаться в об ратном направлении, щуп 28 вдвигается в коромысло 5 о В цепи электродвигателя 21 имеется блокирующее устройство В-1, которое прерывает работу электро двигателя в исходном положении щупа 28.

Идентично приводится в действие система связанная с щупом 35, электродвигателем 22 и реостатом Управление движением щупа 35 этой системы производится с помощью переключателя каналов П-2, замеры с помощью миллиамперметра , КОНТРОЛЬ лам- г пы Остановка движения щупа 35 при соприкосновении со стенкой полости производится с помощью прерывателя движения щупа 36, при приведении щупа в исходное положение остановка его производится с помощью блокирующего устройства В-2

Системы, связанные с выдвижением

ная с электродвигателем 210 Включение 30 щупов 28,35, работают совершенно автоэлектродвигателя 21 происходит с предварительным приведением прерывателя движения 2$ щупа 28 в рабочее положе- ние„ Это осуществляется с помощью пеномно, что позволяет производить замеры практически любых точек поверхности котловой полостио

По мере опускания измерительного

848

М прерывателя, цепь электродвигателя 21 разрывается и происходит его остановка, при этом миллиамперметр А-1 Фиксирует длину выдвижения щупа 28„ При включении переключателя каналов П-1 в положение назад ротор электро двигателя 2k начинает вращаться в обратном направлении, щуп 28 вдвигается в коромысло 5 о В цепи электродвигателя 21 имеется блокирующее устройство В-1, которое прерывает работу электродвигателя в исходном положении щупа 28.

Идентично приводится в действие система связанная с щупом 35, электродвигателем 22 и реостатом Управление движением щупа 35 этой системы производится с помощью переключателя каналов П-2, замеры с помощью миллиамперметра , КОНТРОЛЬ лам- г пы Остановка движения щупа 35 при соприкосновении со стенкой полости производится с помощью прерывателя движения щупа 36, при приведении щупа в исходное положение остановка его производится с помощью блокирующего устройства В-2

Системы, связанные с выдвижением

щупов 28,35, работают совершенно автономно, что позволяет производить замеры практически любых точек поверхности котловой полостио

По мере опускания измерительного

хОбласть применения - геофизические исследования и измерение диаметров скважин и профилей сечений подземных полостей и пустот. Содержит измерительный узел, выполненный в виде корпуса со сквозной прорезью, в котором размещен первый электродвигатель и коромысла с автономными выдвижными щупами и вторым и третьим электродвигателями. Коромысло размещено на оси, закрепленной на корпусе с возможностью вращения таким образом, чтобы коромыслр свободно входило в прорезь корпуса, причем первый-электродвигатель связан посредством шестерен с первой винтовой парой, а к гайке винтовой пары, служащей ползуном, шарнирно прикреплен шипун, соединенный с коленом, жестко закрепленным с осью, С вторым и третьим электродвигателем посредством шестерен связаны вторая и третья винтовые пары, причем гайки винтовых пар одновременно являются ползунами, на которых жестко крепятся выдвижные щупы, ( . , 12 ил. ел С

реключателя каналов П-10 При вклю.ченииЗз узла 1 в скважину производится после- переключателя П-1 в положение.впе- ред происходит предварительное замы кание цепи прерывателя движений 29 щупа 28, электромагнит 39 приводит в

довательное соединение наращиваемых штанг 2„

Соединение наращиваемых штанг проСоединение наращиваемых штанг про

исходное положение сердечник 37 преры 40 ИЗВодится с помощью замка. Штыри 60, вателя 29, происходит замыкание конЗ постактов 0 и П, при этом загорается лампа Л-1 на пульте управления ле чего происходит замыкание цепи электродвигателя 21, который посред- 45 ством шестерен 23,2ч приводит во вращательное движение винтовой вал 25, ползун 26 перемещается по валу 25 „ Щуп 28.жестко связанный слолзуном,выдви- „ гается из коромысла 5 Конец ползуна

26с контактом 71 перемещается по обмотке реостата 27 В цепи реостата

27происходит измерение силы тока которое фиксируется миллиамперметром А-1 на пульте управления

При соприкосновении прерывателя движения щупа 29 со стенкой полости, происходит размыкание контактов 0,

61 одной штЗнги вводятся в соот-ч ветствующие прорези 5,55, при этом концы штырей 60,61 давят на нижние концы Г-образных захватов 52, 53, отклоняя их от первоначального положения Втулка 6f жестко связанная1 захватами 52,53fповорачивается вокруг своей оси; вместе с втулкой поворачивается вставленный в отверстие 50 kl четырехгранный сердечник 8„ В момент вхождения верхних концов Г-образных захватов 52,53 в соответствующие отверстия 62,63, штырей 60,61, сердечник 8 под действием пружины 59 сдвигается вдоль своей оси по направлению к втулке 57 и штифт 51 входит е выемку 58. Происходит фиксация замка Одновременно с этим штепсели 5 одной

узла 1 в скважину производится после-

довательное соединение наращиваемых штанг 2„

Соединение наращиваемых штанг проИЗВодится с помощью замка. Штыри 60,

40 ИЗВодится с помощью замка. Штыри 60, 45

55

61 одной штЗнги вводятся в соот-ч ветствующие прорези 5,55, при этом концы штырей 60,61 давят на нижние концы Г-образных захватов 52, 53, отклоняя их от первоначального положения Втулка 6f жестко связанная1 захватами 52,53fповорачивается вокруг своей оси; вместе с втулкой поворачивается вставленный в отверстие 50 kl четырехгранный сердечник 8„ В момент вхождения верхних концов Г-образных захватов 52,53 в соответствующие отверстия 62,63, штырей 60,61, сердечник 8 под действием пружины 59 сдвигается вдоль своей оси по направлению к втулке 57 и штифт 51 входит е выемку 58. Происходит фиксация замка, Одновременно с этим штепсели 5 одной

штанги входят в соответствующее до М другой.

Произведя замер щупы 28,35 приво- дятся в исходное положение, измери- тельный узел 1 поворачивают на определенный угол вокруг оси, при этом изменяют угол поворота коромысла 5 и приводят следующий замер„После произ водства замеров котловой полости измерительный узел 1 приводят в исходное положение и извлекают из скважины.

Эффективность предлагаемого измерителя заключается в значительном рас ширении диапазона и повышения точ. 1 ности измерения профиля котловых поягнез-

для котловых полостей сложной конфигурации, в повышении производительности за счет одноразового опускания измерителя при замере как верхних, так и нижних частей полости, а также экономии времени в процессе замера.

Незначительные поперечные размеры измерителя позволяют измерять котловые и иные полости через скважины небольшого диаметра, а также произво- дить замеры в скважинах, расположенных под углом и параллельно земной поверхности / формула изобретения

1„ Измеритель профиля котловых полостей, содержащий измерительный

гнез- узел, набор наращиваемых штанг и

п

5

0

пульт управления, отличающий- с я тем, что, с целью определения конфигурации котловой полости и повышения точности замера ее параметров, измерительный узел выполнен в виде . корпуса со сквозной прорезью, в котором размещен первый электродвигатель и коромысло с автономными выдвижными щупами, размещенного на оси, закрепленной на корпусе с возможностью вращения так, чтобы коромысло свободно входило в прорезь корпуса, причем первый электродвигатель связан посредством шестерен с первой винтовой парой, а к гайке винтовой пары, сле- жащей ползуном, шарнирно прикреплен шатун, соединенный с коленом, жестко закрепленный с осью.

S/7 ///. S

Фиг. 1

Фиг. 2

13

т 11

36

26

Фиг, 3

фиг.

72

и

71

25

24

Фиг. 5

3

N. ««

k

S

jSNXsSxSj N S 4X vN

(о

-С- -С- Сл Qn

о -sj oi ы ел

1/ / /

0

--J со NJ СО -СyZtffiA W/s%%

y///////,//

т

ШятЯ.

ь&Щ

r

«-

е

П

Z

53

П

Ь9.

51

.ЧВ

50

59

5В

Фиг. 9

ЧЬ

55

52 М

фиг. 10

л-t

Фиг. 11

л-з

/

Л-2 3

/ /

/

,-,