СПОСОБ И УСТРОЙСТВО БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ С ИСТОЧНИКАМИ РАДИАЦИИ
METHOD AND DEVICE FOR SAFE HANDLING RADIATION SOURCES

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Приоритет настоящей заявки испрашивается по предварительной заявке США №60/559562, поданной 5 апреля 2004 г. и включенной полностью в данную заявку.
Область и уровень техники
Настоящее изобретение относится к устройству и способу для транспортирования источника радиации в кожух и из него.
Радиоактивные материалы используются во многих областях, таких как энергетика, разведка на нефть/газ и в медицинских и научных исследованиях. В разведке на нефть/газ источник радиации помещают внутри держателя, установленного в скважинном приборе, таком как спускаемый в скважину на тросе инструмент, прибор для измерений в процессе бурения или прибор для каротажа во время бурения; при этом скважинный прибор проходит по стволу скважины в изучаемой геологической формации. Один из обычных способов предусматривает облучение формации нейтронами высокой энергии и контролирование определяемых при этом энергетических спектров, которые, как правило, указывают характеристики формации. Держатель источника радиации, когда он не находится в скважинном приборе, закреплен в экране защиты от радиации. Специальный вспомогательный инструмент используют для перемещения держателя источника радиации между экраном защиты от радиации и скважинным инструментом. Желательно, чтобы эти вспомогательные инструменты обеспечивали возможность эффективной и безопасной работы с держателем источника радиации с тем, чтобы свести к минимуму время воздействия со стороны источника радиации, предотвратить ненужное облучение со стороны источника радиации и максимально увеличить расстояние между источником радиации и оператором инструмента.
Вспомогательные инструменты для транспортирования держателей источника радиации в и из кожухов, таких как скважинные инструменты и экраны защиты от радиации, известны из уровня техники. Один из вспомогательных инструментов известного уровня техники имеет на его оконечности несколько элементов в виде штифтов, которые смыкаются вокруг соединения типа «ласточкин хвост» на крышке держателя источника радиации. Элементы в виде штифтов смыкаются вокруг соединения типа «ласточкин хвост» при повороте инструмента. Нередко элементы в виде штифтов не могут прочно захватить соединение типа «ласточкин хвост», например, когда они изношены, заржавели, сломались, согнулись, слишком короткие, загрязнились, замерзли, в результате чего держатель источника радиации может расфиксироваться во время транспортирования. Вторичное фиксирующее средство представляет собой проволочный пружинный зажим на свободной цепи, прикрепленной сбоку инструмента. Оператор сжимает пружинный зажим во время введения проволочной части зажима в соответствующее зажиму отверстие в крышке держателя источника радиации. Для прикрепления проволочной части зажима к крышке требуется, чтобы оператор, держащий вспомогательный инструмент, подошел очень близко к держателю. Другие вспомогательные инструменты описываются, например, в патентах США №5126564 (Perry et al.) и 4845359 (Wraight).
Сущность изобретения
Согласно одному из своих аспектов настоящее изобретение относится к вспомогательному инструменту для держателя, содержащего источник радиации; при этом указанный инструмент содержит несущий вал, первый фиксирующий наконечник, соединенный с возможностью скольжения с несущим валом и образующий первое фиксированное соединение с держателем, и второй фиксирующий наконечник, соединенный с возможностью скольжения с несущим валом и образующий второе фиксированное соединение с держателем.
Согласно другому своему аспекту настоящее изобретение относится к системе для работы с источником радиации, содержащей контейнер, содержащий источник радиации и крышку, установленную на контейнере, чтобы удерживать источник радиации в контейнере; при этом крышка имеет первую фиксирующую конструкцию и вторую фиксирующую конструкцию. Система также содержит вспомогательный инструмент, имеющий несущий вал, первый фиксирующий наконечник, формирующий первое фиксированное соединение с первой фиксирующей конструкцией, и второй наконечник, формирующий второе фиксированное соединение со второй фиксирующей конструкцией; при этом первый и второй фиксирующие наконечники соединены с возможностью скольжения с несущим валом.
Согласно другому своему аспекту настоящее изобретение относится к способу работы с держателем, содержащим источник радиации; причем согласно этому способу зацепляют первую фиксирующую конструкцию на держателе, и при этом первый фиксирующий наконечник соединен с возможностью скольжения с несущим валом; и зацепляют вторую фиксирующую конструкцию на держателе, и при этом второй фиксирующий наконечник соединен с возможностью скольжения с несущим валом.
Прочие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из приводимого ниже описания и прилагаемой формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1А - вертикальное сечение источника радиации согласно одному из осуществлений настоящего изобретения.
Фиг.1В - вид с торца держателя источника радиации, показываемого на фиг.1А.
Фиг.1С - поперечный разрез держателя источника радиации, показываемого на фиг.1А.
Фиг.2А - увеличенное сечение нижней части вспомогательного инструмента согласно одному из осуществлений настоящего изобретения.
Фиг.2В - увеличенное сечение промежуточной части вспомогательного инструмента, показываемого на фиг.2А и являющегося продолжением фиг.2А.
Фиг.2С - увеличенное сечение промежуточной части вспомогательного инструмента, показываемого на фиг.2А и являющегося продолжением фиг.2В.
Фиг.2D - увеличенное сечение верхней части вспомогательного инструмента, показываемого на фиг.2А и являющегося продолжением фиг.2С.
Фиг.2Е - вид с торца байонетного фиксирующего наконечника, показываемого на фиг.2А, согласно одному из осуществлений настоящего изобретения.
Фиг.2F - вид с торца шпоночного фиксирующего наконечника согласно одному из осуществлений настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Изобретение далее излагается подробно со ссылкой на предпочтительные осуществления, поясняемые на прилагаемых чертежах. В описании многие конкретные подробности излагаются для разъяснения изобретения. Но специалистам в данной области техники будет ясно, что изобретение можно осуществить без некоторых или всех этих конкретных частностей. В других примерах хорошо известные признаки и/или технологические этапы подробно не описываются, чтобы не перегружать описание ненужными подробностями. Признаки и преимущества изобретения поясняются со ссылкой на приводимые ниже чертежи и описание.
Фиг.1А показывает держатель 100 источника радиации согласно осуществлению настоящего изобретения. Держатель 100 источника радиации имеет контейнер 102, в котором находится источник 104 радиации, такой как источник гамма-излучения или нейтронов. Крышка 106 закреплена на открытом конце контейнера 102 и удерживает на месте источник 104 радиации внутри контейнера 102. Для скважинных работ размеры контейнера 102 и крышки 106 соответствуют данному скважинному инструменту. Контейнер 102 и крышка 106 выполнены с возможностью выдерживать температуру и давление в среде ствола скважины. Держатель 100 источника радиации может иметь конструкцию, соответствующую его размещению внутри кожуха, например, в экране защиты от радиации или в скважинном инструменте. Например, крышка 106 может иметь шип 107, сопрягаемый с пазом кожуха, либо крышка 106 может иметь паз, сопрягаемый с шипом в кожухе. Шип и паз могут быть выполнены с возможностью зацепления держателя 100 источника радиации в нужной ориентации в кожухе.
Крышка 106 имеет последовательно расположенные выступы 108, 109. В одном из осуществлений первая фиксирующая конструкция 110, имеющая пару диаметрально противоположных прорезей 114, сформирована на боковой стороне выступа 108. В первую фиксирующую конструкцию 110 входит первый фиксирующий наконечник вспомогательного инструмента согласно настоящему изобретению и зацепляется с ним. Согласно одному из осуществлений: вторая фиксирующая конструкция 112, имеющая шпоночную канавку 116, сформирована в центрах выступов 108, 109. Во вторую фиксирующую конструкцию 112 входит второй фиксирующий наконечник вспомогательного инструмента согласно настоящему изобретению и зацепляется с ним. Первая и вторая фиксирующие конструкции 110, 112 также показаны на фиг.1В, где показан вид с торца крышки 106; и на фиг.1С, показывающем поперечное сечение крышки 106. Частности фиксирующих конструкций 110, 112 могут отличаться от тех, которые показаны на фиг.1А-1С. Но варианты в фиксирующих конструкциях 110, 112 должны быть сообразными с первым и вторым средствами фиксации вспомогательного инструмента согласно настоящему изобретению, и наоборот.
Фиг.2А-2D совместно образуют полный узел вспомогательного инструмента 200 согласно осуществлению настоящего изобретения. Для работы со вспомогательным инструментом 200, который используется для введения держателя 100 источника радиации (фиг.1А) в и из кожуха, такого как экран защиты от радиации или скважинный прибор, достаточно одного оператора. Вспомогательный инструмент 200 содержит несущий вал 202. Согласно одному из осуществлений: съемная муфта 206 прикреплена к нижнему концу несущего вала 202 - показано ссылочным обозначением 207. Соединение 207 можно обеспечить с помощью штырей, резьбы и др. Съемную муфту 206 и несущий вал 202 можно использовать в качестве торцового ключа, если таковой инструмент будет необходим. С таким комплексным торцовым ключом может работать один человек, а не два, как в известном уровне техники. Согласно одному из осуществлений: съемная муфта 206 сопрягается с таким выступом, как болт или гайка, или гребень. Этот выступ может быть расположен на дверце доступа в кожух, такой как экран защиты от радиации или скважинный прибор, либо на крышке 106 (фиг.1А) держателя 100 источника радиации (фиг.1А).
Согласно фиг.2С гильза 208, на которой установлена рукоятка 210, прикреплена к несущему валу 202 около конца, ближайшего к оператору инструмента. Оператор инструмента с помощью рукоятки 210 прилагает крутящий момент на несущий вал 202, и несущий вал 202 в свою очередь передает крутящий момент на съемную муфту 206 (aиг.2А). Длина несущего вала 202 или комбинированная длина несущего вала 202 и муфты 206 (фиг.2А) могут быть выбраны такими, чтобы между оператором инструмента и держателем 100 источника радиации (фиг.1А) обеспечивалось нужное безопасное расстояние. Действующие государственные радиационные нормы определяют безопасные расстояния (например, обычное безопасное расстояние составляет 50 дюймов (127 см), если приемлемым безопасным пороговым значением считаются 2 мс/час).
Обращаясь к фиг.2А: вспомогательный инструмент 200 имеет первый узел 212 фиксации для обеспечения первого фиксированного соединения между вспомогательным инструментом 200 и держателем 100 источника радиации (фиг.1А). Первый узел 212 фиксации имеет первый фиксирующий вал 214, установленный на несущем вале 202 и соосный с ним. Первый узел 212 фиксации также содержит наконечник 216 байонетной фиксации, один конец которого прикреплен к нижнему концу первого фиксирующего вала 214 - указано как 217. Соединение 217 предпочтительно выполнено съемным. Съемное соединение 217 может быть выполнено с помощью штырей, резьбы или других соответствующих средств известного уровня техники. Согласно осуществлению в соответствии с фиг.2Е фиксирующий конец наконечника 216 байонетной фиксации имеет пару диаметрально противоположных приливов 220, сформированных на трубчатой стенке 221. Приливы 220 выполнены с возможностью зацепления прорезей 114 (фиг.1А) первой фиксирующей конструкции 110 (фиг.1А) держателя 100 источника радиации (фиг.1А). Согласно фиг.2С первый узел 212 фиксации также содержит корпус 222, соединенный с верхним концом первого фиксирующего вала 214. Корпус 222 расположен вокруг несущего вала 202 и выполнен с возможностью скольжения вдоль несущего вала 202. Кольцо 224 прикреплено к несущему валу 202. Кольцо 224, держатель 222 и несущий вал 202 определяют полость 226, в которой установлена пружина 228.
Первый узел 212 фиксации имеет нефиксированное положение и фиксированное положение. В нефиксированном положении пружина 228 несжатая, и наконечник 212а (фиг.2А) первого узла 212 фиксации находится над наконечником 206а (фиг.2А) съемной муфты 206 (фиг.2А). В фиксированном положении: пружина 228 сжата, и наконечник 212а (фиг.2А) первого узла 212 фиксации находится под наконечником 206а (фиг.2А) съемной муфты 206 (фиг.2А). Метка 229 может быть сформирована на несущем вале 202 таким образом, что она будет открыта только тогда, когда первый узел 212 фиксации будет в фиксированном положении. Метка 229 может иметь соответствующую окраску, чтобы она была видна с операторского конца вспомогательного инструмента 200 и ее можно было использовать для проверки наличия или отсутствия фиксации между первым узлом 212 фиксации и держателем 100 источника радиации (фиг.1А). В целях центрирования метку (не показана) можно также предусмотреть на корпусе 222. Совмещение метки на корпусе 222 с меткой 229 может указывать на то, что сформировано первое фиксированное соединение. Например, для совмещения метки на корпусе 222 с меткой 229 нужно будет повернуть, возможно, корпус 222 на 90 градусов в определенном направлении, в результате чего будет сформировано первое фиксированное соединение.
Обращаясь к фиг.2А: вспомогательный инструмент 200 также имеет второй узел 230 фиксации для обеспечения второго фиксированного соединения между вспомогательным инструментом 200 и держателем 100 источника радиации (фиг.1А). Второй узел 230 фиксации концентричен с первым узлом 212 фиксации и является автономным по отношению к нему. Второй узел 230 фиксации имеет второй фиксирующий вал 232, установленный внутри несущего вала 202 и соосный с ним. Второй узел 230 фиксации также имеет наконечник 231 шпоночной фиксации, один конец которого прикреплен к нижнему концу второго фиксирующего вала 232 - показано ссылочным обозначением 233. Соединение 233 предпочтительно является съемным. Соединение 233 можно выполнить с помощью штырей, резьбы или других соответствующих средств известного уровня техники. В осуществлении согласно фиг.2F фиксирующий конец наконечника 231 шпоночной фиксации имеет шпонку с парой противоположных приливов 238, сформированных на штыре 239. Приливы 238 зацепляют шпоночную канавку 116 (фиг.1А) второй фиксирующей конструкции 112 (фиг.1А) держателя 100 источника радиации (фиг.1А). Согласно фиг.2D: верхний конец второго фиксирующего вала 232 проходит через направляющую пластину 240, соединенную с верхним концом первого фиксирующего вала 214, и оканчивается на рукоятке 242. Пружина 244 установлена в полости 246, сформированной несущим валом 202, кольцом 248, прикрепленным к опорному валу 202, и вторым фиксирующим валом 232, и кольцом 250, прикрепленным ко второму фиксирующему валу 232.
Обращаясь к фиг.2А: второй узел 230 фиксации имеет нефиксированное положение и фиксированное положение. В нефиксированном положении: пружина 244 (фиг.2D) не сжата, и наконечник 230а второго узла 230 фиксации отведен внутрь съемной муфты 206. В фиксированном положении: пружина 244 сжата, и наконечник 230а второго узла 230 фиксации проходит под наконечником 206а съемной муфты 206. Обращаясь к фиг.2D: метка 251 может быть выполнена на втором фиксирующем вале 232 таким образом, что она будет видна только тогда, когда второй узел 230 фиксации будет в фиксированном положении. Метка 251 может иметь соответствующую окраску, чтобы она была видна с операторского конца вспомогательного инструмента 200 и ее можно было использовать для проверки наличия или отсутствия фиксации между вторым узлом 230 фиксации и держателем 100 источника радиации (фиг.1А). В целях центрирования метку (не показана) можно также предусмотреть на направляющей пластине 240. Совмещение метки на направляющей пластине 240 с меткой 251 может указывать на то, что сформировано второе фиксированное соединение. Например, для совмещения метки на направляющей пластине 240 с меткой 251 нужно будет повернуть, возможно, второй фиксирующий вал 232 на 90 градусов в определенном направлении, в результате чего будет сформировано второе фиксированное соединение.
Между вспомогательным инструментом 200 (фиг.2а) и держателем 100 источника радиации (фиг.1А) можно сформировать два независимых фиксированных соединения. Для формирования первого фиксированного соединения съемную муфту 206 (фиг.2А) на наконечнике вспомогательного инструмента 200 путем плотной посадки помещают на выступе 109 (фиг.1А) на крышке 106 (фиг.1А) держателя 100 источника радиации, при этом фиксируя держатель 100 источника радиации, с формированием независимых фиксированных соединений. Затем корпус 222 (фиг.2С) принудительно перемещается к крышке 106 держателя 100 источника радиации. Это прямолинейное перемещение передается на первый фиксирующий вал 214 (фиг.2А), чтобы приливы 220 (фиг.2Е) наконечника 216 байонетной фиксации (фиг.2А, фиг.2Е) вошли в прорези 114 (фиг.1А) первой фиксирующей конструкции 110 (фиг.1А) на крышке 106 держателя 100 источника радиации. Затем держатель 222 (фиг.2С) поворачивают на 90 градусов. Это поворотное движение передается на первый фиксирующий вал 214, в результате чего наконечник 216 байонетной фиксации также поворачивается на 90 градусов, и приливы 220 наконечника 216 байонетной фиксации зацепляют стенки прорезей 114, тем самым формируя первую фиксацию. Когда корпус 222 принудительно перемещается к крышке 106, пружина 228 (фиг.2С) сжимается. Сжатая пружина 228 обеспечивает неподвижное фиксирование между приливами 220 и стенками прорези 114, т.е. смещает приливы 220 в упор к стенкам прорезей 114. Первое фиксированное соединение можно снять только разжатием пружины 228 и поворотом первого фиксирующего вала 214 (или корпуса 222) на 90 градусов, чтобы первый фиксирующий вал 214 вернулся в свое первоначальное положение.
Когда первое фиксированное соединение будет сформировано и съемная муфта 206 все еще будет находиться на месте на выступе 109 крышки 106 держателя 100 источника радиации, то тогда можно будет сформировать второе фиксированное соединение. Для формирования второго фиксированного соединения: рукоятку 242 (фиг.2D) отжимают, тем самым принудительно вводят второй фиксирующий вал 232 (фиг.2А) и приливы 238, и штырь 239 (фиг.2F) шпоночного фиксирующего наконечника 231 (фиг.2А) в шпоночную канавку 116 (фиг.1А) второй фиксирующей конструкции 112 (фиг.1А) на крышке 106 держателя 100 источника радиации. Рукоятку 242 затем поворачивают на 90 градусов. Это поворотное движение передается на второй фиксирующий вал 232, в результате чего шпоночный фиксирующий наконечник 231 также поворачивается на 90 градусов, и приливы 238 (фиг.2F) шпоночного фиксирующего наконечника 231 зацепляют стенку шпоночной канавки 116, тем самым формируя второе фиксированное соединение. Пружина 244 сжимается, когда рукоятка 242 отжата для формирования второй фиксации. Сжатая пружина 244 обеспечивает неподвижную фиксацию между приливами 238 и стенкой шпоночной канавки 116, т.е. смещает приливы 238 в упор к стенке шпоночной канавки 116. Второе фиксированное соединение можно снять только разжатием пружины 244 и возвращением рукоятки 242 таким образом, чтобы рукоятка 242 вернулась в свое нормальное положение.
Изобретение обеспечивает несколько преимуществ по сравнению с обычными системами. вспомогательный инструмент обеспечивает два независимых фиксированных соединения с держателем источника радиации. Оба фиксированных соединения являются подпружиненными, и поэтому фиксированно соединяют держатель источника радиации с вспомогательным инструментом. Держатель источника радиации может расфиксироваться по отношению к вспомогательному инструменту только разжатием обеих пружин и затем поворотом фиксирующих валов на 90 градусов для их высвобождения. Источник нужно удерживать от его вращения. Если держатель источника вращается, то два фиксирующих механизма нельзя будет расфиксировать. Было продемонстрировано, что держатель источника радиации невозможно случайно выбить из подсобного инструмента без разжатия обеих фиксирующих пружин. С этими фиксирующими механизмами один оператор может работать легко и быстро с безопасного расстояния. За счет этого повысится эффективность работы и сократится время, в течение которого оператор подвергается облучению из держателя источника радиации. Крышка держателя источника радиации имеет прорезь и шпоночную канавку, которые соответствуют байонетному и шпоночному средствам фиксации на подсобном инструменте. После выполнения фиксации наконечника подсобного инструмента на крышке держателя источника радиации оператор может задействовать фиксирующие механизмы, при этом не видя держатель. Операторский конец вспомогательного инструмента обеспечивает надежную индикацию фиксации держателя или отсутствие таковой.
Несмотря на то, что изобретение изложено в отношении ограниченного числа его осуществлений, специалистам в данной области техники, при использовании этого описания, будет ясно, что можно разработать и другие осуществления в рамках раскрываемого здесь изобретения. Специалистам в данной области техники будет ясно, что раскрываемое здесь устройство и его составляющие можно выполнить из любых соответствующих материалов, включая неметаллические компоненты, сформированные из композитных или синтетических материалов. Нужно также отметить, что настоящее изобретение не ограничивается какой-либо определенной отраслью промышленности или сферой применения.