УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТЕНОК СКВАЖИНЫ

Заявленное устройство для исследования стенок скважины относится к геофизическому приборостроению и предназначено для определения расположения литологических слоев породы по глубине ствола пробуренной скважины.
В настоящее время в геофизике широко применяются различные методы определения литологического состава ствола скважины, основанные на гамма-каротаже, микробоковом каротаже, кавернометрии и т.д.. В основе конструкции приборов для реализации указанных методов лежит многорычажная раздвижная система, приводимая в рабочее состояние путем выдвижения штока под воздействием пружин сжатия на нижнем конце прибора. В основном широко применяемые на практике известные приборы имеют диаметр в пределах 80 мм. Указанный диаметр ограничивает площадь поперечного сечения, не позволяющую разместить в конструкции более четырех рычагов. А при использовании в конструкции прижимных башмаков (далее - лап) данная площадь позволяет использование только двух измерительных элементов-рычагов. Увеличение, при необходимости, числа лап или числа рычагов каверномера (например, вдвое) при сохранении заданного диаметра скважинного прибора приводит к увеличению длины последнего. Что ограничивает его использование в наклонных скважинах.
Известно устройство для исследования стенок скважины (РФ, полезная модель №155613, 2015 г.). конструкция многорычажной системы которого и конструкция измерительного блока управления этой многорычажной системой обеспечивают возможность увеличения числа выдвижных измерительных рычагов, не увеличивая диаметра геофизического прибора, упрощают конструкцию рычажной системы в целом и повышают ее надежность, расширяют ее функциональные возможности к и обеспечивают высокую точность измерений геофизической информации.
Задачей настоящей полезной модели является снижение диаметра узла управления раскрытием многорычажной системы, а соответственно - снижение диаметра скважинного устройства и расширение его эксплуатационных возможностей при работе в скважинах и трубопроводах малого диаметра.
Поставленная задача решается следующим образом.
В устройстве для исследований стенок скважины, содержащем удлиненный корпус, стыковочную головку в верхней части корпуса для соединения с геофизическим кабелем, размещенные внутри корпуса систему управления раскрытия рычагов регистрационную систему с электронным преобразователем регистрируемой информации, измерительный блок с датчиками по количеству измерительных рычагов, выполненный в виде соосного корпусу полого цилиндра из немагнитного материала, на внешней поверхности которого параллельно продольной оси выполнены идентичные пазы по количеству измерительных рычагов, равномерно разнесенные относительно друг друга, и установленных в каждом из пазов с возможностью свободного скольжения токосъемных элементов в виде каретки с впрессованным в нее магнитом, а также - установленной с внутренней стороны цилиндра напротив соответствующих пазов ответной каретки с впрессованными в нее ответным магнитом и оснащенной скользящим контактом, контактирующим с высокоомной обмоткой, нанесенной на шток в области цилиндра; и многорычажную систему шарнирно-раздвижных измерительных рычагов в нижней части корпуса, в которой каждый из измерительных рычагов выполнен в виде двуплечей шарнирно-раздвижной системы, где первое плечо выполнено составным, как минимум, из двух быстроразъемных элементов с возможностью отсоединения/присоединения друг с другом для изменения длины плеча, а второе плечо выполнено в виде упругого дугообразного элемента, один конец которого связан с соответствующей ему кареткой измерительного блока, а свободный конец жестко соединен с нижним концом первого плеча, причем в максимально раскрытом состоянии раздвижной системы измерительных рычагов длина второго плеча превышает его радиус изгиба на величину хода каретки измерительного блока; выдвижные рычаги которой контактируют с исследуемой поверхностью в плоскости поперечного сечения корпуса, согласно полезной модели система управления раскрытия рычагов оснащена электромеханическим редуктором со сквозным каналом для транзита электрического проводника к наземной системе, выполненным в виде проточки-углубления по внутренней поверхности охранного кожуха редуктора параллельно его продольной оси.
Как вариант исполнения, согласно п. 2 полезной модели, система управления раскрытия рычагов может быть оснащена электромеханическим редуктором со сквозным каналом для транзита электрического проводника к наземной системе, выполненным в виде проточки-углубления, выполненной по деталям планетарной передачи параллельно продольной оси редуктора и ответной проточки-углубления, выполненной с внутренней стороны охранного кожуха редуктора.
Промышленно выпускаемые электромеханические редукторы, широко применяемые в скважинной аппаратуре, отличаются большим диаметром, соответственно использование их в скважинной аппаратуре малого диаметра проблематично. Предложенное техническое решение обеспечивает возможность применения электромеханического редуктора предложенной конструкции в скважинной аппаратуре диаметром от 45 мм и менее. Наличие сквозного канала обеспечивает возможность пропуска электрического провода от скважинных датчиков к наземной системе обработки скважинной информации, защищая его от механических повреждений. В зависимости от требуемого диаметра скважинного модуля сквозной канал может быть выполнен как в виде проточки-углубления по внутренней поверхности охранного кожуха редуктора, так и в виде дополнительной ответной проточки-углубления по деталям планетарной передачи.
Предложенное техническое решение просто в реализации, не требует специального оборудования и материалов. Надежность предложенной конструкции электромеханического редуктора при работе в скважинных условиях в данном случае будет зависеть только от марки стали, из которой он изготовлен.
На фиг. 1 представлен вариант конструкции устройства для исследования стенок скважины.
На фиг. 2 показан блок датчиков
Предложенная конструкция устройства для исследования стенок скважины (далее - устройство) функционально представляет собой корпус 1 с размещенными в нем блоком электроники, механизмом привода рычажной системы, блоком датчиков, и непосредственно систему выдвижных рычагов.
Блок электроники выполнен в виде корпуса 2 из магнитомягкого материала, в котором размещены электромеханический редуктор 3 со сквозным каналом для транзита электропровода, якорь 4 и шток 5, связывающий якорь 4 с выдвижным узлом механизма привода рычажной системы и платы 6 с электронными схемами преобразования электрических синалов.
Механизм привода рычажной системы представляет собой барабан 11, связанный с системой идентичных выдвижных рычагов, конец первого плеча 14 каждого из которых закреплен на соответствующей ему оси 10 с возможностью свободного вращения. Оси 10 «утоплены» в проточках 7, выполненных в корпусе 1, перпендикулярно его продольной оси и равномерно разнесенных относительно друг друга. Причем глубина каждой из проточек 7 равна диаметру оси 10. Каждая из осей 10 зафиксирована в соответствующей ей втулке 9 кривошипа 12, перемещающегося в соответствующей ему полости в барабане 11. В нижней части полости перемещения кривошипа 12 установлена U-образная разгрузочная пружина 16. Втулка 9 оснащена стопорной пружиной 8. Барабан 11 с обоих концов герметизирован относительно корпуса 1 уплотнительными элементами 13.
Каждый из выдвижных рычагов выполнен в виде двуплечей системы, у которой первое плечо 14 выполнено составным, как минимум, из двух элементов с возможностью отсоединения/присоединения друг с другом посредством быстроразъемного узла 15 для изменения длины плеча 14, а второе плечо выполнено в виде упругого дугообразного элемента (пружины), один конец которого шарниром 28 связан с кареткой 24 скользящего контакта 29 блока датчиков, а свободный конец жестко соединен с нижним концом плеча 14, причем в максимально раскрытом состоянии рычажной системы длина второго плеча превышает его радиус изгиба на величину хода каретки 24.
Корпус 1 в нижней части оснащен компенсатором 17 в виде корпуса 18, в который впрессован конус 19 с упором 20 и пружиной 21.
Блок датчиков (фиг. 2) выполнен в виде герметичного цилиндрического корпуса 22 из немагнитного материала, на внешней поверхности которого параллельно продольной оси выполнены идентичные пазы 23 по количеству выдвижных рычагов рычажной системы, равномерно разнесенные относительно друг друга. Размеры и форма пазов 23 выбираются произвольно, в зависимости от диаметра устройства и количества выдвижных рычагов рычажной системы. В каждом из пазов 23 с возможностью свободного перемещения установлена каретка 24 с впрессованным в нее магнитом 25. При этом каждая из кареток 24 шарниром 28 связана со вторым плечом выдвижного рычага 15 рычажной системы. Внутри цилиндрического корпуса 22 размещены ответные каретки 26 с впрессованными в них ответными магнитами 27, прилегающие к соответствующим пазам с внутренней стороны корпуса 22. Внутренние ответные каретки 26 оснащены скользящими контактами 29, прилегающими к цилиндрическому штоку 5, нижний конец которого соединен с барабаном 11. На шток 5 в полости корпуса 22 нанесена обмотка 30 с высоким омическим сопротивлением. Таким образом, шток 5, являющийся одновременно проводником, связывающим скользящие контакты 29 с обмоткой 30, в совокупности с обмоткой 30 образуют резистивиметр.
Эксплуатация предложенного устройства осуществляется следующим образом.
Посредством подачи напряжения на электродвигатель редуктора 3 производится перемещение якоря 4 в верхнее положение, Соответственно происходит перемещение штока 5 с установленным на его нижнем конце барабаном 11 в верхнее положение. Кривошипы 12, расположенные в соответствующих полостях в барабане 11, также поднимаются вверх, закрывая рычаги рычажной системы. При спуске устройства на заданную глубину скважины (или в процессе спуско-подъемной операции) подача напряжения на двигатель электродвигатель редуктора отключается, и за счет упругости второго плеча рычажной системы происходит раскрытие рычагов. При этом за счет разности радиуса изгиба упругого второго плеча рычажной системы относительно его длины происходит перемещение связанного с ним скользящего контакта 29 по обмотке 30 резистивиметра на величину, соизмеримую с углом раскрытия соответствующего рычага.
Измерение параметров стенки скважины (кавернометрия) осуществляется путем измерения посредством скользящих 29 контактов омического сопротивления резистивиметра между контактом начала обмотки 30 и скользящим контактом 29.
Измерение температуры в скважине (термометрия) осуществляется путем измерения омического сопротивления между контактами начала обмотки 30 и контактом конца обмотки 30 резистивиметра. Разгрузка полости резистивиметра от воздействия давления скважинной среды осуществляется через отверстия в корпусе 22, посредством которых полость резистивиметра сообщается с компенсатором 17.
По окончании измерений посредством подачи напряжения на электродвигатель редуктора 3 обеспечивается закрытие рычажной системы, и устройство извлекается из скважины.
На практике применялась конструкция электромеханического редуктора со сквозным каналом в виде проточки-углубления, выполненной по деталям планетарной передачи параллельно продольной оси редуктора и ответной проточки-углубления, выполненной с внутренней стороны охранного кожуха редуктора. При этом диаметр редуктора составил 43,5 мм. Что обеспечило возможность установить его в шестирычажном скважинном модуле с диаметром 45 мм.
Предложенная полезная модель отличается простотой и высокой надежностью конструкции, и обладает расширенными функциональными возможностями, позволяющими использовать ее в скважинах малого диаметра и в НКТ, поскольку предложенная конструкция электромеханического редуктора позволяет изготавливать скважинные измерительные модули диаметром от 45 мм и меньше.
Таким образом, предложенная полезная модель решает поставленную задачу в полном объеме.