Устройство для выявления экстремальных параметров поперечного сечения полых тел Советский патент 1980 года по МПК E21B47/08 G01B3/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ЭКСТРЕ.МАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПОЛЫХ ТЕЛ

1

Изобретение относится к технике геофизических исследований скважин, в частности, может быть использовано в многорычажных каверномерах-профилемерах.

Для оценки технического состояния ствола необсаженной скважины или.обсадной колонны производят построение их поперечного сечения, например, с помощью многорычажных профилемеров. Наиболее важны.ми параметрами поперечного сечения скважины или колонны являются их минимальные или максимальные радиусы-векторы, т.е. экстре- , мальные параметры, по величине которых можно оценивать местонахождение, например, прихватоопасного интервала в открытом стволе скважины или локального одностороннего сужения в обсадной колонне.

Известно устройство для выделения экстремальных параметров, примененное в многорычажном профилемере, в котором сигналы от всех измерительных шумов поступают на дневную поверхность, анализируются электронной схемой, а затем поступают на регистрирующее устройство. Недостатком этого устройства является сложность реализации электронного анализатора и необходимость передачи на дневную поверхность информации обязательно от всех измерительных рычагов, т.е. в любых обстоятельствах обязательно должна действовать многоканальная телеметрическая схема 1.

Известны конструкции трубных профиле5 меров (нутромеров), которые содержат механические устройства, позволяющие выделять максимальный радиус 2. Селективный механизм в этих приборах- выполнен в виде самостоятельной измерительной системы, что является недостатком этих устройств.

10Наиболее близким к изобретению по техническому решению является каверномер для исследования внутренней поверхности труб, в котором имеется механическое устройство, позволяющее измерять одновременно максимальный и минимальный радиусы 3.

В каверно.мере селекторное устройство .выполнено как самостоятельный измерительный блок, размешенный в отдельном отсеке прибора, и содержит собственный сложный механизм подпружиненных рычагов (шумов),

20 по.мимо основной рычажно-измерительной системы.

Это обстоятельство является наиболее существенным недостатком прибора, так как не только значительно усложняется- и удорожается прибор в целом, но и снижается надежность, а из-за различного местонахождения шумов основной измерительной системы и шумов селектора снижается точность и осложняется обработка регистрируемой информации (ввиду расхождения в глубинах).

Помимо этого, система рычагов (щупов) находится в открытой части прибора, а датчики размещаются в так называемой «сухой части. В скважинных условиях (при большом гидростатическом давлении, в жидкостной среде бурового раствора) обеспечение герметизации, уплотнения подвижных элементов (щтоков) является трудной задачей и решающим фактором ладежности прибора в целом.

Применяемое в каверномере скользящее взаимодействие щупов с вогнутой и выгнутой поверхностями сопрягающих элементов характеризуется пониженным конусом трущихся поверхностей.

Кроме того, устройство обладает ограниченным радиальным ходом щупов, величина которого обусловлена размерами соприкасающихся элементов, а величина последних лимитируется диаметром пркбора.

Цель данного изобретения - повышение надежности и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, узел селекторного механизма, служащий для выделения максимального и минимального радиусов-векторов, встроен в единую измерительную рычажную системуи не содержит собственных щупов, для этого в механизм рычажной измерительной системы (основной) вводятся два встречно подпружиненных соосных стержня-толкателя, имеющих на внутренних концах плоские площадки в виде дисков, а внешними концами связанных с датчиками перемещения. Диски взаимодействуют со штоками, связанными с измерительными рычагами, например, с помощью закрепленных на свободных концах щтоков упорных площадок, которые находятся в пространстве между дисками. При этом верхний стержень-толкатель своим диском опирается на площадку щтока, связанного с рычагом, имеющим наименьшее раскрытие, а нижний диск упирается в площадку штока наиболее раскрытого рычага.

В данном устройстве встречно-подпружиненные стержни-толкатели и диски, воспринимающие движение максимально и минимально отклоненных измерительных рычагов,выполнены одинаковыми и не имеют какой-либо специальной формы, имеющей функциональное значение (конус, раструб и т.п.).

На чертеже показана принципиальная кинематическая схема предлагаемого устройства.

Скважинный прибор 1 показан в скважине 2, где имеются выработка 3 и сужение ствола 4. Измерительные рычаги 5 и 6 контактируют со стенкой скважины (трубы). С рычагами 5 и 6 посредством пружин 7, 8

контактируют штоки 9, 10 (количество щтоков равно количеству рычагов и размещены они по периметру прибора). В верхней части штоки имеют упорные площадки 11, 12, например, в виде консолей секторов или радиально направленных пальцев. Упорные площадки помещены в пространстве между дисками 13, 14, которые под воздействием пружин 15 и 16 выталкиваются навстречу друг другу.-Верхний диск 13 упирается в площадку И штока 10, связанного с рычагом 5,

имеющим минимальное раскрытие, а нижний диск 14 упирается в площадку 12 щтока 9, связанного с рычагом 6, имеющим максимальное раскрытие (из общего множества измерительных рычагов показаны

только два рычага, имеющих экстремальные раскрытия).

Упорные площадки других щтоков (одна из них 17 показана пунктиром) также находятся в пространстве между дисками, но не контактируют с их поверхностями, так как

0 рычаги, с которыми они связаны, занимают промежуточное положение относительно максимально и минимально раскрытых рычагов. Диски 13, 14 закреплены на стержняхтолкателях 18, 19, кинематически связанных с датчиками перемещения 20, 21.

Показанные на схеме датчики 22, 23, связанные непосредственно со штоками 9, 10, относятся к числу известных деталей основной рычажной измерительной системы и служат для информации о положении дан0 ного рычага.

В работе детали механизма взаимодействуют следующим образом.

При контактировании с выступом 4 в скважине 2 рычаг 5 перемещает шток 10, который своей верхней поверхностью упорной площадки 11 вступит в контакт с верхним диском 13 и, сжимая пружину 15, перемещает стержень-толкатель 19, который воздействует на датчик 21, изменяя его выходной сигнал пропорционально перемещению

0 штока 10 и рычага 5 соответственно . Одновременно шток 10 воздействует и на непосредственно связанный с ним датчик 22. Показания датчиков 21 и 22 в данном случае будут совпадать.

Рычаг 6, контактирующий с выработкой, выталкивается пружиной 8 через шток 9, упорная площадка которого своей нижней поверхностью вступает в контакт с нижним диском 14, сжимает пружину 16 и, перемещая стержень-толкатель 18, изменяет выходной сигнал датчика 20. Одновременно при движении штока 9 изменяется и выходной сигнал датчика 23, показания которого будут совпадать с показаниями датчика 20. При изменении поперечного сечения скважины, например, когда выступ 4 пройден прибором, пружина 7 выталкивает шток 10, пружина 15 выталкивает стержень-толкатель 19 до упора диска 1.3 в любую другую упорную площадку одного из штоков, занимающего наиболее высокое положение. При преодолении выработки 3 рычаг 6 переместит шток 9 вверх, пружина 16 вытолкнет стержень-толкатель 18 с диском 14 до упора в нижнюю поверхность упорной площадки одного из штоков, занимающих теперь наиболее низкое положение. В процессе измерения по стволу скважины в соответствии с перемещением измерительных рычагов будут меняться положения щтоков и их упорных площадок, причем воздействовать с верхним и нижним диском может любой из них,занимая положение выще или ниже остальных. Таким образом, датчик 20 всегда выдает информацию о положении одного из рычагов, имеющего максимальное раскрытие, т.е. расположенного по максимальному радиусу, а датчик 21 всегда будет выдавать информацию о положении рычага, имеющего минимальное раскрытие. При отсутствии дефектов или каких либо аномалий, когда труба скважины или другой исследуемый полый объект имеет правильный круговой профиль сечения, все измерительные рычаги, в том числе 5 и 6, будут иметь одинаковое раскрытие, а штоки 9, 10 и др. и упорные площадки 11, 12, 17 установятся на одном уровне. В этом случае диски 13 и 14 минимально сблизятся и будут контактировать, в идеальном случае, одновременно со всеми площадками 11, 12, 17, а датчики как основной системы (22, 23 и др.), так и «максимальный 20, и «минимальный 21, будут выдавать равные показания, соответствующие данному размеру трубы, скважины и т.п. Устройство характеризуется простотой реализации и надежностью работы. Оно может быть применено в любой конструкции многорычажных каверномеров-профилемеров, а в некоторых случаях позволит -упростить телеизмерительную систему. Формула изобретения Устройство для выявления экстремальных параметров поперечного сечения полых тел, например, скважин, содержащее многорычажный измерительный механизм с подпружиненными рычагами и щтоками, связанными с датчиками перемещения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности измерений, вдоль оси прибора установлены встречно подпружиненные верхний и нижний диски, связанные с датчиками перемещения, а штоки рычажного измерительного механизма прибора снабжены упорами, которые находятся в пространстве между дисками. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 438777, кл. Е 21 В 47/08, 1973. 2.Патент США № 2695457, кл. 33-178, опублик. 1954. 3.Патент США № 2771685, кл. 33-178, опублик. 1956 (прототип).