Центрирующее устройство скважинных геофизических приборов Советский патент 1977 года по МПК E21B47/00 E21B17/10 

I

Изобретение относится Е устройствам для всспедования геопогоразведочных и промысловых скважйн геофизическими методами.

Известны дентрщ ую1дае устройства, при- меняющиеся в различных приборах дпа гео- Б физических ксспедований скважин.

Известно двнтрирующее устройство предст мшюшее собой систему рычагов (по ко- пичеству от трех и выше), выполненных из полужесткого материала (например, твердой ю резины) 1 . Жесткость рычагов выбирается такой, чтобы онн деформировались при усилиях, превышающих радиальную составляющую веса прибора. Однако это устройство вряд ли найдет применение при наследовании 15 необсажешвлх скважин, где изменезюе диаметра происходит в широких пределах, а в известном устройстве диаметр рж;крытых рычагов должен бьгаъ несколько меньше или равен наименьшему диаметру скважины.20

Широко распространенные рессорные центрирующие устройства (по типу микрозонда 5 5МЗ - 2О) представляют собой систему из трех и более пружинящих ©пементов, чаще всего выполненных в виде дуг окружности. 25

Рессоры яосредотвом шарниров связаны с попзуна&аа, которые имеют всюможность поступательно перемешатьо® относительно корпуса. Для -увеличения жесткости такого центрирующего устройства ползуны дополнительно поджимаю-пзя ржгпопсженвымв на корпусе винтовыми ккпнндрическЕАШ 1фуж1шами. Однако значительное изменение развэгааеммго рессорными центрирующими устройствами усилия при изменении диаметрарвскрытняреесор приводит к. тому, что если а максимальном . диаметре скважин центратор будет развивать необходомое усилие, равное радвальной сое- ташшющей веса прибора, то в минимальном диаметре, развиваемое им уснлйе, Щ)евос- ходит необходимое в. (2 ...о 2,S) раза, что значительно ухудшает проходимость прибора при спуске в скважинах малого диаметра.

Рычажные ненгрируюшие устройства фонарного типа (например, в каверномере КФМ) предсуавпяют систему из трех и более пар шарнирносоединенных между собой рычагов. Свободные концы верхнихрычаров шарнирно укреплены на корпусе, а концы нижних также посредством шарниров укреплены на пол- ауне, имего ием возможность псжтупатепьного перемещения относитепьно корпуса и подтягиваемого вверх пружннойе рас положенной в корпусво Недостаток таких устройств-мадый диапазон изменения диаметров скважинр в которых обеспечивается необходимое дпя центрнровшшя усигше При уменьшении угла раскрытнг рычагов развиваемое усилие резко ладает и исчезает полностью при углах, близких к Оо, Это явление пьгтаются устранить постановкой плоских пружино вступающих в работу при малых углах крытня рычагов Рычажные центрирующие устройства в виде ромбовидного фонаря ( например, в npH боре каверномер-микрозонд), в которых размещенная в корпусе пружина растяжения стягивает верхний и нижний ползуны, шарнирко соединенные с рычагами ромбовидного фонаря, обладают теми же недостатками, что и описанные устройства фонарного типа, Известно центрирующее устройство, пред ставляющее собой разновидность ромбовидного фонаря, в котором силовой упругий эле мент выполнен в виде набора плоских реесорных пружнНс воздействующих на короткие плечи распорных рычагов f 21 . Недостатками этого устройства являются необходимость тарировки пакетов пружин каждог рычага для обеспечения одинаковых усилий прижатия потребность повышения усилий пружин вследствие автономности прижатия каждого рычага и недолговечность незащищенных от коррозии пружин. Третье центрирующее устройство представпяет собой систему из трех пар рычагов, каждая пара которых щарнирно соединена между собой и с подвижными муфтами з. ОсИе по крайней мере двух шарнирных сочленений в каждой паре рычагов-не параллельны между собой. Рычаги выполнены из упругого материала, имеют возможность нзгибйться,) а жесткость рычагов в каждой паре различна (или при одинаковой жесткое ти различна их длина). Однако поперечная восстанавливающая сила зависит от угла смещения рычагов, достигая максимального значения при 5О° - 6О°, постепенно умень шаясь до О, когда смещение достигает 9 О Это значит что усилие прижатия рычагов к стенке скважины изменяется в широких пре делах при изменении диаметра скважины. Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство,содержащее корпус 8 с которым щарнирно связана система рычагов, силовой шток и силовой упругий элемент в виде набора тарельчатых пружкк 4 , Силовой шток шарнирно связа чер©Е коромысло и промежуточные звенья С короткими плечами прижимных рычагов, Этим обеспечивается поджатие каждбго порного башмака к стенке скважины с уси- ием„ пропорциональным усилию тарельчатых пружин, деленному на количество опорных башмаков. В этом устройстве степень центрирования пропорциональная усилию тарельчатых пружин, деленному на количество опорных ашмаков. Это приводит к тому, что для кважин с углом наклона 12 степень центрирования оказьшается недостаточной при усилиях тарельчатых пружин, для которых обеспечивается проходимость неуправляемого центрирующего устройства под действием веса прибора при опускании в скважине. Повышение усилия тарельчатых пружкк дпя обеспеченияТребуемой степени центрирования неприемлемо дпя неуправляемых центрирующих устройств и требует повышенной мощности привода в управляемых цент рируюйшх устройствах. Цель изобретения - улучшение центрирования и повышение проходимости в скважине. Достигается это тем, что в известном центрирующем устройстве, содержащем корпус, с которым щарнирно связана система рычагов, силовой шток и силовой упругий элемент в виде набора тарельчатых пружин, имеется подвижный упор, на котором, выполнена наружная проточка с перпендикулярными его оси боковьши стенками, а концы плеч прижимных рычагов введены в проточку и снабжены овальными выступами. Подвижнь1й упор вьтолнен в виде герметичного кожуха, во внутренней полости которого размещен упругий силовой элемент, установлен с зазором относительно корпуса на силовом штоке и соединен с ним эластичной оболочкой. Выполнение подвижного упора единым узлом с герметичным кожухом, в котором размещены тарельчатые пружины силового упругого элемента и фиксация его относительно корпуса устройства на силовом штоке исключает консольность кожуха. Плоский торец, передающий усилия на прижимные рычаги, расположен в промежутке между опорами кожуха на неподвижный силовой шток, что уменьшает перекос при контактировании с одним прижимным рычагом и повышает надежность работы устройства. Этому же способствует наличие зазора между упором - кожухом и корпусом устройства, исключающего трение поступательно перемещающейся пары в среде скважинной жидкости. На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид. (неуправляемый ва- рнант). Устройство содержит шток 1, кожух 2 с размещенными внутри него силовым упругим элементом - тарепьчатызчш пружинами 3. Пружины 3 вверху упираются в бу 4, образованный уступом на штоке 1, а внизу - в дно 5 кожуха 2. Кожух выполнен составным из двух стаканов (на чертеже не показаны), соединенных на резьбе и герметично запаянных. Места выхода што ка 1 нз кожуха 2 защищены эластичными резиновыми ко тенсаторами 6 и 7 и ограни ченная ими полость заполнена маслом. Благодаря этому пакет пружин и поступательно трущиеся пары щток-кожух защищены от воздействия агрессивной скважинной жидкости, что гарантирует надежность работы силового упругого элемента и постоянство во времени развиваемых им усилий. Верхний конец штока 1 жестко-связан с корпусом 8, а нижний только центрируется относительно него. Между кожухом 2 и корпу сом 8 имеется достаточный зазор для беспрепятственного перемещения кожуха относительно корпуса. На корпусе 8 шарнирно закреплены прижимные рычаги 9 и п оме«суточные 10, на свободных концах которых посредством шарниров укреплены опорные башмаки 11 так, что обеспечена параллель- дюсть их оси устройства. Укрепленные .на нижних концах башмаков 11 тяги 12 соединены шарнирно с кольцом 13, удерживающим их нижние концы на определенном расстоянии от оси устройства. Кольцо 13 свободно перемещается отно-сительно корпуса 14 при изменении угла раскрытия прижимных рычагов 9. ZUiHHa тяг выбрана-такой, чтобы при спуске в скважине обеспечивался вход в сужения под действием собственного веса скважинного прибора с которым соедннено центрирующее устройст во. Короткие плечи рычагов 9 выполнены в виде расположенных под тупым углом усипенных отрезков и снабжены овальными вые-45 тупами 15, образованными фигурной обработкой самих рычагов или запрессованными в открытые, менее чем на половину диаметра, -отверстия в них цилиндрическими пальцами. На овальные выступы 15 коротких плеч прижимных рыЧагов 9 опирается плоский торец 16, образованный проточкой на кожухе 2 и являющийся подвижным упором., поджимаемым тарельчатыми пружинами, Когда центрирующее устройство находится в скважине, тарельчатые пружины 3, упираясь в бурт 4 на штоке 1, давят на дно 5 кожуха 2 и перемешают его относительно неподвижных штока 1 и корпуса 8. Плос- кий торец 16 кожуха 2 воздействует через 50 55 овальные выступы 15 на короткие плечи прижимных рычагов 9 и прижимает опорные бащмаки 11 к стенке скважины. При этом центрирующее устройство и соединенный с ним геофизический прибор удерживаются по оси скважины. В наклонной скважине при достижедтеи горизонтальной составляющей веса прибора предельного для данного центрирующего устройства значения центрирование нарушается, т. е. устройство смещается с оси скважины. При этом верхние опорные башмаки отходят от стенки сква:ншны, связанные с ними прижимные рцчагн разгружаются, а все усилие тарельчатых пружин будет передаваться только нанижнийприжимной рычаг. Налзгане перпендикулярного к оси уст- pofiCTBa плоского торца у подвиишого упора и овальных на коротких ппечах пршю1мных рычагов обеспечивает передачу усилия тарельчатых пружин только на ближний к оси устройства опорный башмак, что повышает развиваемое на нем усилие в число р, равное количеству опорных башмаков. Благодаря .nj-тем снижешш ус1ь ЛИЯ тарельчатых пружин можно обеспечить повышение жесткости центратора при одновременном, снилсешш усилия проталкивания на входе в сужения в С1сважш е, т. е. повышение степени центрирования и проходимости, устройства в скважинео В описьшаемом устройстве с тремя опор- :ными башмаками может быть достигнуто повышение на 50% жесткости центратора (а значит и повышение степени дентркрования) при одновременном сннженкЕ на 50% усилия проталкивания при входе з сужения (т. е. повышения проходимости устройства). Выполнение подвижного упора единым с герметичным , в котором размещены тарельчатые пружины;, к фиксация его относительно корпуса устройства на силовомштоке исключает консольность кожуха. Плоский торец, передающий усилия на прижкмные рычаги, расположен в промежутке между опорами на неподвижный силовой шток, что уменьшает перекос при контактировании с одним рычагом и повышает надежность работы устройства. Этому способствует и наличие зазора между упором.-кожухом и корпусом устройства, исключающее трение поступательно перемещающейся пары в среде скважииной жидкости. Выполнение силового штока полым позволяет разместить в кем электричес1ше провода и гибкие,тяги для соед1ше1шя составных частей скважинного прибора. Испытания noKaaaras, что неуправпяемое устройство обеспечивает хорошее цектрированне в скважинах Ь угпом наклона ири удовгеетворитепьной проходимости|и высокой надежности устройства, С испопьвоваиием предложенного выпопв вния СВЯЗТ1 прижимных рычагов с тарепьч атыми пружинами разрабатывается управпяе 108 центрирующее устрсйство, в котором сниЕение УСИЛИЙ тарельчатых пружин поав жяет применить привод меньшей мощности, повысить надежность работы устройства. ормупа наобретения Центрирующее устройство скважинных ге офйэических лрнборбВо содержащее корпус, шариярно связанную с ним систему прижимных рычагов силовой упругий элемент, сигаовой шток и эластичные оболочки, отделя-

шише маспокапопненную полость, о т п и - 25 в 1967 г. чающеесй тем, что, с цепью упучше шш центрирования и повышения проходимости в схважине, устройство снабжено подвижньгм упором, на котором выполнена наружная проточка с перпендикупярными его оси боковыьш стенками, а концы плеч прижимных рычагов введены в проточку и снабжены oBanbHbnvffi выступами, при этом псщвижный упор выполнен в виде герметичного , во внутренней полости которого размещен упругий силовой элемент, установлен с зазором относительно корпуса на силовом штоке и соединен с ним эластичной оболочкой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе : 1.Патент США №2931440 кл. 166-41, опубп. в I960 Гв 2.Авторское свшгетельство СССР № 182902, М. кл. Q 01 V 11/00, опубл. в 1966 г. 3.., Патент США № ЗО92182, ;кл. 16641 опубл. в 1963 г. 4о Авторское свидетельство СССР № 2О0536, М кл. Е 21 В 47/ОО, опубл.

/

0