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.), взятое за прототип, в котором конструкция многорычажной системы 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 и обеспечивают высокую точность измерений измеряемых параметров.
Высокая точность измерений обеспечивается конструкцией регистрационной системы с электронным преобразователем регистрируемой информации, измерительный блок которой выполнен 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.
Задачей настоящей полезной модели является упрощение конструкции механизма раскрытия-закрытия рычажной системы, а также упрощение конструкции измерительного блока регистрационной системы и повышение точности измерений параметров скважины.
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 и регистрационную систему с электронным преобразователем регистрируемой информации, многорычажную систему шарнирно-раздвижных измерительных рычагов в нижней части корпуса, выдвижные рычаги которой контактируют с исследуемой поверхностью в плоскости поперечного сечения корпуса, и регистрационной системы, измерительный блок которой связан с электронным преобразователем, согласно техническому решению
- система управления раскрытия рычагов выполнена в виде пары «червячный винт - зубчатый кривошип», где червячный винт закреплен на конце штока с возможностью вращения между верхним и нижним опорными винтами, причем продольная ось червячного винта расположена по продольной оси устройства, а ось зубчатого кривошипа расположена перпендикулярно оси червячного винта,
- соединение червячного винта с выходным валом редуктора выполнено через обгонную муфту,
- измерительный блок регистрационной системы выполнен в виде дискового резистора, закрепленного в плоскости поперечного сечения устройства на верхней опоре червячного винта, и скользящих по дисковому резистору контактов, жестко закрепленных на выступающем валу червячного винта и электрически связанных каждый с соответствующим ему выдвижным рычагом.
Предложенное техническое решение имеет следующие преимущества:
- выполнение системы выдвижения рычагов в виде пары «червячный винт-зубчатый кривошип» в совокупности с обгонной муфтой на валу редуктора электропривода обеспечивает высокую надежность конструкции, поскольку данная система имеет минимальное число составных элементов;
- выполнение измерительного блока в виде дискового резистора, закрепленного в плоскости поперечного сечения устройства на верхней опоре червячного винта, и скользящих по дисковому резистору контактов, жестко закрепленных на выступающем валу червячного винта и электрически связанных каждый с соответствующим выдвижным рычагом, значительно упрощает конструкцию регистрационной системы, повышая тем самым ее надежность;
- использование в измерительном блоке дискового резистора, закрепленного в плоскости поперечного сечения устройства на верхней опоре червячного винта, позволяет отказаться от электрической обмотки на выступающем стержне подвижного штока (как у прототипа) и тем самым повысить надежность контакта между плоскостью резистора и токосъемным скользящим контактом, а также снизить линейные размеры токосъемного узла и, соответственно, в целом линейные размеры самого устройства для исследования стенок скважин,что актуально для малогабаритных устройств.
Предложенное техническое решение отличается простотой и технологичностью, не требует специальных материалов и оборудования для практической реализации.
На чертеже приведен вариант конструкции устройства для исследования стенок скважины.
Устройство для исследований стенок скважины содержит корпус 1, размещенную внутри корпуса 1 систему управления раскрытия рычагов в виде червячного винта 2 и сопряженных с ним зубчатых кривошипов 3 по числу выдвижных рычагов. Каждый из кривошипов 3 свободно вращается на оси 4, перпендикулярной продольной оси червяного винта 2. Червячный винт 2 установлен в корпусе 1 устройства по его продольной оси между нижней опорой 5 и верхней опорой 10 с возможностью свободного вращения между ними. Верхний конец червячного винта 2, проходящий сквозь опору 10, соединен с муфтой обгона 12, установленной на выходном конце вала редуктора 13 электропривода 14. В корпусе 1 размещен блок электроники 16, обеспечивающий преобразование регистрируемой информации и электрически связанный с регистрационной системой в виде дискового резистора 17, закрепленного на верхней опоре 10, и контактирующих с ним скользящих контактов 11, жестко закрепленных на вращающемся выходном конце червячного винта 2. Нижняя опора 5 выполнена с полостью, в которой размещена спиральная пружина 6, обеспечивающая раскрытие выдвижных рычагов 18 при вращении червячного винта 2 «на раскрытие». Наружный конец пружины 6 опирается на стенку нижней опоры 5, а внутренний конец пружины 6 закреплен на червячном винте 2. Положения максимального раскрытия и закрытия рычагов 17 в процессе работы фиксируются концевыми выключателями 19 и 20 соответственно. Сопряженные с червячным винтом 2 зубчатые кривошипы 3 выдвижных рычагов 18 находятся в полости между опорами 5 и 10, которая через втулку 7 сообщается с полостью эластичного компенсатора давления 8. Полость с размещенной внутри системой «червячная пара 2-зубчатый кривошип 3» и полость с эластичным компенсатором давления 8 герметично изолированы друг от друга посредством уплотнительных колец 9. Верхний конец корпуса 1 оснащен кабельной головкой16 для подсоединения к геофизическому кабелю.
Устройство для исследований стенок скважины (далее - устройство) работает следующим образом.
В исходном положении выдвижные рычаги 18 устройства сложены и прижаты к корпусу 1. Прибор посредством кабельной головки 16 подсоединяют к геофизическому кабелю (не показан) и спускают в пробуренную скважину на заданную глубину. Затем на электропривод 14 подают электрический сигнал, обеспечивающий вращение вала редуктора 13. Обгонная муфта 12, соединенная левой частью с валом редуктора 13, а правой частью - с верхним концом червячного винта 2, приводит последний во вращение по часовой стрелке. Вращение червячного винта 2 сжимает спиральную пружину 6 и одновременно приводит в движение зубчатую передачу 3 выдвижных рычагов 18. Раскрытие рычагов 18 продолжается до упора в стенки скважины и фиксируется концевым выключателем 19. Сжатая пружина 6 обеспечивает надежный контакт свободных концов выдвижных рычагов 18 со стенками скважины. По сигналу от концевого выключателя 19, поступившему на блок управления 15, электропривод вращения 14 отключается. Вращение червячного винта 2 прекращается, соответственно, снимается усилие сжатия на пружину 6. Начинается процесс подъема устройства из скважины.
В процессе подъема свободные концы выдвижных рычагов 17, ослабленные от воздействия пружины 6, свободно скользят по стенкам исследуемой скважины, огибая встречающиеся на пути неровности. Под воздействием этих неровностей выдвижные рычаги 17 принудительно отжимаются встреченными неровностями на некоторое расстояние, равное высоте выступа, в сторону корпуса 1, передавая усилие от каждого выдвижного рычага 18 на соответствующую зубчатую передачу 3. Зубчатая передача 3 приводит к развороту на соответствующий угол червячный винт 2, который в свою очередь разворачивает соответствующий скользящий контакт 11 на угол, равный углу раскрытия выдвижного рычага 17 в i-й момент времени. Скользящий контакт 11 перемещается на этот же угол по поверхности дискового резистора 17. Значение i-го угла посредством резистора 17 преобразуется в соответствующий электрический сигнал регистрационной системы блока электроники 15, где осуществляется электронное его преобразование и регистрация.
В процессе движения устройства вверх по скважине при отключенном электроприводе 14 под воздействием усилия зубчатой передачи 3 червячный винт 2 приводится в движение против часовой стрелки. Соответственно, против часовой стрелки начинает вращаться и соединенная с ним правая часть обгонной муфты 12. Завершение складывания выдвижных рычагов 18 фиксируется концевыми выключателями 20. Разгрузка полости устройства от воздействия давления скважинной среды осуществляется через отверстия в корпусе 22 посредством компенсатора давления 8.
По совокупности полученной таким образом информации в процессе подъема устройства определяется состояние профиля исследуемой скважины.
Предложенная полезная модель отличается малым диаметром и малыми линейными размерами, а также высокой надежностью конструкции и высокой точностью измерения искомых параметров.
Таким образом, предложенная полезная модель решает поставленную задачу в полном объеме.