Устройство для спуска приборов на кабеле в скважину, находящуюся под давлением Советский патент 1993 года по МПК E21B33/03 

Изобретение относится к нефтегазодо- бывзющей промышленности, а именно - к

устьевому оборудованию скважины и может быть использовано при геофизических и

гидродинамических исследованиях, проводимых с помощью приборов на кабеле при наличии давления на устье.

Известно устройство для спуска кабеля в скважину, включающее полый корпус, механизм захвата кабеля, состоящий из подпружиненных конусных плашек, установленных в конусной втулке, и привод его возвратно-поступательного перемещения.

Недостатком устройства является необходимость обрубки геофизических приборов для пропуска кабеля через устройство и последующего подсоединения прибора, Кроме того, наблюдается износ оплетки кабеля в результате скольжения по нему подпружиненных плашек.. К недостаткам устройства также относится то, что усилие трения плашек при обратном ходе добавляется к усилию, стремящемуся вытолкнуть кабель из скважины, что требует компенсации.

Известно также устройство для спуска приборов на кабеле в скважину, включающее полый корпус, направляющие, механизм захвата кабеля, состоящий из корпуса с конусной поверхностью и продольной прорезью, разрезных конусных кабельных захватов, патрубка, рычагов отвода кабельных захватов, подпружиненных толкателей, рычага перемещения патрубка с фиксатором и толкателем, привод в.о звратно-посту- пате льного перемещения захватного механизма,.состоящий, из приводного вала, промежуточного вала и эксцентрика. Устройство, обеспечивает отвод кабельных захватов от кабеля при обратном ходе, а также создает возможность пропускать кабель через устройство без обрубки кабеля.

Недостатком устройства является ма-. лый рабочий ход, определяемый величиной эксцентриситета приводного кулачка, который ограничен поперечны ми габаритами устройства. Малый рабочий ход приводит к низкому КПД привода за счет возрастания доли нерабочих движений - фиксации и рас- Фиксаций - в работе механизма, повышенному износу всех элементов устройства и оплетки кабеля, поскольку захват кабеля осуществляется путем самоторможения захватов в конусах, т.е. невысокой эффективности работы устройства. Другим недостатком устройства является сложность его обслуживания, поскольку для пропу- ска кабеля необходима разборка устройства.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства за счет возмож- ности увеличения рабочего хода при одновременном упрощении его обслуживания путем исключения разборки устройства при прохождении через него глубинного прибора, Применение изобретения позволит повысить эффективность его работы коэффициент полезного действия, уменьшить износ его частей и оплетки кабеля, упростить обслуживание устройства, сократить время испытаний скважины.

Повышение эффективности работы уст0 ройства за счет возможности увеличения рабочего хода захватного механизма достигается тем, что привод возвратно-поступательного перемещения захватного механизма выполнен в виде замкнутой цепи с

5 приводной и поворотной звездочками, имеющей звено с закрепленной на ней цапфой, ось которой параллельна осям звездочек. Применение цепи вместо эксцентрика позволяет при тех же поперечных габаритах в

0 десять и более раз увеличить рабочий ход захватного механизма, Таким образом, на единицу длины перемещенного кабеля приходится в десять и более раз меньше фиксаций и расфиксаций кабеля, чем

5 обеспечивается повышение КПД привода, сокращается время работы устройства, уменьшается его износ и износ оплетки ка- . беля, т.е. повышается эффективность работы устройства. То, что патрубок захватного

0 механизма выполнен с поперечным пазом, а узел его осевого перемещения - в виде двуплечего рычага, шарнирно установленного на корпусе захватного механизма, имеющего на вертикальном плече втулку,

5 размещенную на цапфе, а на горизонтальном - кулачок, установленный с возможностью размещения в поперечном пазу патрубка, обеспечивает возможность одновременно с созданием возвратно-поступа0 тельного перемещения захватного механизма управлять его работой - фиксацией кабеля в начале рабочего хода и рзс- фиксацией кабеля в начале холостого хода. Упрощение обслуживания путем исклю5 чения разборки устройства при прохождении через него глубинного прибора достигается тем, что отводные рычаги захватных элементов установлены на корпусе захватного механизма посредством шарни0 ров попарно, взаимодействуют с патрубком захватного механизма и соединены через шарниры с захватными элементами, причем расстояния между шарнирами в корпусе и на захватных элементах равны между со5. бой. Это обеспечивает то. что каждый из захватных элементов в процессе работы при зажиме и отводе движется параллельно самому себе, поскольку является звеном шарнирного параллелограмма, образованного корпусом, рычагами и самими ЗЛУГПТными элементами. Для того, чтобы осуществить самоторможение кабеля в захватных элементах, отводные рычаги захватных элементов установлены с возможностью образования с перпендикулярами к оси кабеля углов, меньших, чем углы самоторможения захватных элементов о кабель. Все это вместе взятое позволяет обойтись без традиционных конусов в захватном механизме, препятствующих прохождению прибора че- рез канал захватного механизма, отводить захватные элементы при холостом ходе на величину, обеспечивающую прохождение глубинного прибора без разборки устройства, и, таким образом, упростить его обслу- живание.

Кроме того, для обеспечения согласования движения отдельных частей захватного механизма во время захвата и отпускания кабеля, предотвращения передачи на дета- ли захватного механизма чрезмерных усилий, а также компенсации колебаний толщины кабеля, патрубок захватного механизма выполнен составным из двух концен- трично размещенных относительно друг друга и имеющих в месте соединения пружину сжатия внутренней и наружной секций, установленных с возможностью их взаимного осевого перемещения, причем каждая из секций выполнена с противопо- ложными друг другу проточками, образующими кольцевую камеру, в которой размещена пружина сжатия. Такая конструкция патрубка позволяет передавать осевые усилия, как сжатия, так и растяжения, с приводной внутренней секции патрубка на приводящую наружную секцию через пружину сжатия. В результате величина этих усилий определяется силой предварительного сжатия пружины, что позволяет еде- лать управляющие элементы захватного механизма менее прочными, сократить его габариты. Наличие пружины позволяет также компенсировать неодновременность срабатывания захватных элементов и дву- плечего рычага осевого перемещения патрубка захватного механизма, например в момент расфиксации, когда захватные элементы какое-то время удерживаются в контакте с кабелем за счет самоторможения, тогда как двуплечий рычаг осевого перемещения патрубка начал свое движение расфиксации. Кроме того, пружина позволяет компенсировать колебания толщины кабеля, в том числе при наличии дефектов оплет- ки,налипании грязи, намерзании льда.

На фиг. 1 изображено устройство для спуска приборов на кабеле в скважину, находящуюся под давлением; на фиг.2 - сечение А-А фиг. 1; на фиг.З - сечение Б- Б фиг.2;

на фиг.4 - сечение Б-Б фиг.2 при открытом захватном механизме; на фиг 5 -- сечение В-В фиг.З; на фиг.6 - сечение Г-Г фиг.З.

Устройство включает корпус 1 с продольным осевым каналом и присоединительными резьбами. На внутренней стенке корпуса 1 закреплены направляющие 2. Привод устройства содержит размещенный в нижней части корпуса 1 приводной вал 3, на котором закреплены рукоять 4, снаружи корпуса 1, и приводная звездочка 5, внутри корпуса 1, а также установленную в верхней части-корпуса 1 поворотную звездочку б с числом зубьев, равным числу зубьев приводной звездочки 5,Звездочки 5 и 6 охватываются замкнутой цепью 7, содержащей специальное звено 8 с закрепленной на нем цапфой 9. ось которой параллельна осям звездочек. Захватный механизм устройства включает установленный с возможностью продольного перемещения по направляющим 2 корпус 10, на котором размещен поводок 11, одним концом установленный на оси 12с возможностью поворота из положения а в положение в, а другим концом соединенный с цапфой 9 звена 8 посредством закрепленной на нем втулки 13, скользящей по корпусу 10. Цапфа 9 зафиксирована от осевого смещения относительно втулки 13 шплинтом 14 с шайбой 15. На оси 12 посредством квадрата и гайки 16 закреплен кулачок 17. Таким образом, поводок 11, ось 12 и кулачок 17, собранные вместе, составляют двуплечий рычаг с вертикальным (поводок 11) и горизонтальным (кулачок 17) плечами, который является узлом осевого перемещения патрубка захватного механизма. Патрубок захватного механизма выполнен составным из двух секций. Приводная внутренняя се.кция 18 патрубка установлена в корпусе 10 с возможностью осевого перемещения и выполнена с поперечным пазом для взаимодействия с кулачком 17, управляющим ее перемещением. Приводящая наружная секция 19 патрубка установлена концентрично его внутренней секции 18 и с возможностью осевого перемещения относительно нее, причем каждая из секций в месте соединения выполнена с противоположными друг другу проточками, образующими кольцевую камеру для размещения пружины сжатия 20 с шайбами 21, установленными по ее торцам. Каждая из шайб 21 взаимодействует одновременно с буртами внутренней и наружной секций, таким образом, пружина 20 препятствует относительному обевому Смещению секций 18 и 19 патрубка. В корпусе 10 захватного механизма по окружности на осях 22 попарно установлены отводные рычаги 23, на которых также на осях 24 установлены захватные элементы 25. Расстояния между осями 24 выполнены равными расстояниям между осями 22, таким образом, захватные эле- менты 25, отводные рычаги 23 и корпус 10 образуют шарнирные параллелограммы. Каждый из рычагов 23 имеет радиусные выступы 26, которые входят в кольцевые проточки, выполненные на внутренней поверхности приводящей наружной секции 19 патрубка. Приводная внутренняя секция 18 патрубка имеет продольные пазы для размещения захватных элементов 25.

Устройство работает следующим обра- зом.

Устройство устанавливается ниже сальника лубрикатора над лубрикаторной колонкой для размещения глубинных приборов (на фигурах не показаны). Началь- ное положение устройства - при открытом захватном механизме (фиг.4). Захватные элементы 25 убраны в пазы приводной секции 18 патрубка и удерживаются в. таком положении рычагами 23, поскольку на их радиусные выступы 26 действует снизу приводящая секция 19 патрубка, удерживаемая в верхнем положении вместе с пружиной 20, шайбами 21 и приводной секцией 18 кулачком 17. Кулачок 17 с осью 12 и поводком 11 находятся в положении а (фиг.2), а звено 8 - на восходящей ветви h - с цепи 7.

При описанном положении захватного механизма производится опускание глубинных приборов на кабеле через механизм в колонку лубрикатора, затем производится герметизация кабеля сальников лубрикатора, открытие центральной задвижки, после чего на кабель начинает действовать выталкивающая сила за счет скважинногс давле- ния, которая может восприниматься сальником или обратным тормозом кабеля (на фигурах не показаны). Для обеспечения опускания приборов в скважину вращают рукоять 4 по часовой стрелке, вращение че- рез вал 3 передается на приводную звездочку 5, которая передает движение на цепь 7. При этом звено 8 по восходящей ветви цепи движется вверх от точки h к точке с, передавая движение через цапфу 9 на пово- док 11 и далее на корпус 10 захватного механизма, который поднимается вверх по направляющим 2.

После того, как звено 8 пройдет точку с, происходит его движение вокруг пово- ротной звездочки б по дуге с - d, а затем по дуге d - e. После прохождения звеном 8 точки d корпус 10 захвзтного механизма меняет направление своего движения на обратное и движется уже сверчу вниз. В процессе движения звена 8 по дуге с - водок 11 поворачивается относительно корпуса 10 захватного механизма из положения а в положение в (фиг.2). Поворот поводка 11 передается через ось 12 на кулачок 17, который заставляет смещаться вниз детали 18, 20, 21 и 19, последняя из которых нажимает сверху на радиусные выступы 26 рычагов 23. Под действием этого рычаги 23 поворачиваются вокруг осей 22, а захватные элементы 25 смещаются параллельно самим себе к центру устройства и захватывают кабель, Поскольку в момент касания захватных элементов 25 кабеля угол а между плечом рычага 23 и перпендикуляром к оси кабеля меньше угла самоторможения захватных элементов о кзбель, то происходит самоторможение, в результате чего кабель оказывается зажатым между захватными элементами 25. Угловое положение рычагов 23 зависит от колебания толщины кабеля, а значит и осевое положение приводящей 19 секции патрубка. Положение же приводной секции 18 патрубка определяется положением кулачка 17 и не зависит от толщины кабеля. Компенсация взаимных положений секций патрубка 18 и 19 достигается сжатием пружины 20. При дальнейшем вращении рукояти 4 происходит перемещение звена 8 по нисходящей ветви с - Г цепи 7. Движение звена 8 через поводок 11 передается на корпус 10 захватного механизма, а также на кабель, чем осуществляется его пеоемещение вниз, при этом преодолеваются выталкивающая сила, действующая на кабель, и сила трения в сальнике. Совершается рабочий ход.

После того, как звено 8 пройдет точку f, начинается его движение по дуге f - g вокруг приводной звездочки 5, при этом поводок 11 начинает поворачиваться из положения в в положение а, кулачок 17 поднимает вверх приводную секцию 18 патрубка. Поскольку корпус 10 захватного механизма продолжает двигаться вверх, го захватные элементы 25 вместе с рычагами 23 и приводящей секцией 19 патрубка остаются на месте за счет сил самоторможения, продолжая перемещать кабель вниз. Взаимное перемещение секций 18 и 19 компенсируется сжатием пружины 20. После прохождения звеном 8 точки g, корпус 10 захватного механизма под действием поводка 11 меняет движение на обратное, т.е. начинает подниматься вверх. Поскольку кабель заторможен посредством сальника, то сила трения между захватными элементами 25 и кзоелем меняет направление и действует со стороны кабеля на захватные элементы вниз. Под ее действием, а также под

действием усилия, создаваемого приводящей секцией 19 патрубка и действующего на радиусные выступы 26, рычагу 23 поворачиваются вокруг осей 22 и отводят захватные элементы 25 от кабеля. После прохождения звеном 8 точки h захватные элементы 25 полностью убираются в пазы приводной секции 18 патрубка. Происходит обратный ход.

После того, как вес участка опущенного кабеля превысит выталкивающую силу и усилие трения в сальнике, устройство останавливается в положении холостой ход и не препятствует опусканию и подниманию кабеля и приборов. При необходимости можно произвести повторный спуск кабеля без снятия устройства и его разборки.

Формула изобретения 1. Устройство для спуска приборов на кабеле в скважину, находящуюся под давлением, содержащее корпус, размещённые в нем направляющие,привод и захватный механизм, включающий корпус, захватные элементы с отводными рычагами, патрубок и узел его осевого перемещения, отличающееся тем. что, с целью повышений эффективности в работе устройства за счет возможности увеличения рабочего хода при одновременном упрощении его обслуживания путем исключения разборки устройства при прохождении через него глубинного прибора, привод выполнен в виде замкнутой цепи с приводной и поворотной звездочками, цепь имеет звено с закрепленной на нем цапфой, ось которой параллельна осям звездочки, патрубок выполнен с поперечным пазом, а узел его осевого перемещения - в виде двуплечего рычага, шарнирно установленного на корпусе захватного механизма, имеющего на вертикальном плече втулку, размещенную на цапфе, а на горизонтальном - кулачок, установленный с возможностью размещения в поперечном пазу патрубка, причем отводные рычаги имеют на концах шарниры для соединения с кор- пусом-захватного механизма и захватными элементами, установлены попарно и образуют с последними шарнирные параллелограммы.

2. Устройство по п.1, отличэющее- с я тем, что отводные рычаги захватных элементов установлены с возможностью об- разования с перпендикулярами к оси кабеля углов, меньших, чем углы самоторможения захватных элементов о кабель.

3. Устройство поп,1,отличающее- с я тем, что патрубок выполнен составным из двух концентрично размещенных относительно друг друга и имеющих в месте соединения пружины сжатия внутренней и наружной секций, установленных с возмож- иостью их взаимного осевого перемещения, причем каждая из секций выполнена с противоположными друг другу проточками, образующими кольцевую камеру, в которой размещена пружина сжатия.

Ј-6

Фиг. 4

Изобретение относится к устьевому оборудованию нефтяных или газовых скважин, используемому при их геофизических исследованиях. Устройство состоит из полого корпуса 1, размещенных внутри него направляющих 2 захватного механизма, привода захватного механизма, включающего рукоять 4 и приводной вал 3, захватного механизма, состоящего из корпуса (КЗМ) 10, захватных элементов (ЭЗ) 25, отводных рычагов захватных элементов (РОЗ) 23 и патрубка. Привод перемещения захватного механизма выполнен в виде замкнутой цепи 7, охватывающей приводную 5 и поворотную 6 звездочки и содержащей специальное звено 8 с цапфой 9. соединенное поводком 11 с КЗМ 10 посредством оси 12. Она жестко соединяет поводок 11 с кулачком 17, взаимодействующим с патрубком. При этом РОЗ 23 установлены на КЗМ 10 попарно посредством осей 22, имеют радиусные выступы 26, взаимодействующие с внутренней проточкой патрубка, и соединены с ЭЗ 25 посредством осей 24. Расстояние между осями 24 в ЭЗ 25 равно расстоянию между осями 22 в КЗМ 10. Угол, составленный перпендикуляром к оси кабеля с РОЗ 23, выполнен меньшим угла самоторможения при трении ЭЗ 25 о кабель. Патрубок захватного механизма выполнен из двух секций - внутренней 18, контактирующей с кулачком 17, и наружной 19. Указанные секции установлены концентрично, имеют противолежащие друг другу проточки, образующие камеру, в которой размещена пружина 20 с шайбами 21 по торцам. Когда звено 8 находится на восходящей ветви цепи 7, то поводок через кулачок 17 поддерживает патрубок в верхнем положении. Последний обеспечивает отвод РОЗ 23 вместе с ЭЗ 25 от центра -устройства. Этим обеспечивается возможность опускания глубинных приборов через механизм без его разборки. При переходе ЗС 8 с восходящей ветви цепи 7 на нисходящую, поводок 11 перемещается относительно КЗМ 10 из положения а в положение в. В результате кулачок 17 перемещает патрубок вниз. Последний через радиусные выступы 26 заставляет поворачиваться РОЗ 23 и прижимает ЭЗ 25 к кабелю. Окончательное зажатие кабеля ЭЗ 25 происходит за счет сил самоторможения. В дальнейшем осуществляется рабочий ход устройства. Движение звена 8 по нисходящей ветви вниз через поводок 11 передается на КЗМ 10 и далее на кабель. 2 з.п. Ф-лы, 6 ил. fc VJ 00 с to 8