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.
Известен механизм для протягивания по ровным и неровным поверхностям скважины(варианты) (патент РФ 2287058, E21B 47/01, 2006.), многорычажная система которого основана на шестизвенном механизме, звенья которого поворачиваются вокруг своих соединений. Подвижная конструкция известного механизма позволяет изменять его конфигурацию в соответствии с очертаниями поверхности, по которой он движется. При этом в процессе движения по скважине в любое время со скважинной поверхностью соприкасаются только три из звеньев механизма.
Недостатки известного механизма:
- для преодоления имеющихся в скважинной колонне пазов на стыках соединения насосно-компрессорных труб расстояние между осями колесиков протягивающего механизма должно быть выбрано, как минимум, равным ширине таких пазов;
- внутренняя поверхность скважинной колонны может иметь резкие изменения (сужение) диаметра - переходные муфты, соединители и т п.Для преодоления таких
препятствий длина промежуточного рычага механизм должна быть максимально большой в пределах размерных ограничений конструкции устройства. Таким образом, известная конструкция может эффективно использоваться только при соблюдении определенных условий, то есть функциональные возможности ее применения ограничены.
Известен прибор комплексного микрокаротажа серии КЗА-723 (на базе МБК-80) для проведения геофизических исследований в нефтяных и газовых скважинах., выпускаемый предприятием «Геопром» ОАО НПФ «Геофизика» г. Уфа. (каталог продукции, 2012 г.). Прибор принят а прототип.Известный прибор содержит систему выдвижных рычагов, каждый из которых выполнен в виде трехплечей линейно-подвижной системы, образующей в рабочем положении с корпусом прибора параллелограмм, состоящий из параллельных друг другу ведущего рычага, опорного рычага и связывающей их свободные концы прижимной лапы, параллельной корпусу. В полости лапы установлены электронные схемы и датчики контроля исследуемых параметров стенки скважины.
Конструкция прибора отличается высокой надежностью. Однако возможности ее применения ограничены: прибор обеспечивает измерение кажущегося удельного электрического сопротивления пород зондами микрокаротажа (МК) и бокового микрокаротажа (БМК), а также среднего диаметра скважины. При этом, например, для проведения полного контроля кавернометрии и профилеметрии скважины необходима установка дополнительных рычагов рычажной системы. Конструкция выдвижного механизма данного прибора позволяет увеличить число лап или число выдвижных рычагов (например, вдвое) только при увеличении диаметра прибора (что нежелательно) или значительное увеличение линейных размеров скважинного прибора.
Задачей настоящей полезной модели является разработка конструкции, обеспечивающей возможность увеличения числа выдвижных рычагов многорычажной системы при сохранении длины и диаметра геофизического прибора, повышение надежности конструкции рычажной системы, расширение функциональных возможностей конструкции и повышение точности измерений геофизической информации.
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 измерительные датчики по количеству выдвижных рычагов, согласно техническому решению, в корпусе по числу выдвижных рычагов выполнены сквозные окна, в полости каждого из которых размещен узел раскрытия рычага, каждый из рычагов многорычажной системы выполнен в виде трехплечей линейно-подвижной системы, образующей с корпусом прибора параллелограмм и состоящей из параллельных друг другу ведущего рычага и опорного рычага, и связывающего их свободные концы удлиненного рычага, параллельного корпусу, при этом ведущий рычаг соединен с системой управления раскрытия рычагов посредством спиральной пружины на валу узла раскрытия рычага в окне корпуса, конец удлиненного рычага ниже соединения с опорным рычагом дополнительно оснащен шарнирным соединительным узлом, выполненным с поперечной проточкой, а на нижнем конце корпуса дополнительно установлен компенсирующий модуль в виде гофрированной камеры.
Предложенное техническое решение имеет следующие преимущества:
- оснащение корпуса прибора сквозными окнами, в полости которых размещаются узлы раскрытия рычагов рычажных систем позволяет, в соответствии с решаемой задачей исследований, увеличивать количество рычагов рычажной системы независимо от диаметра скважинного прибора;
- предложенное сочетание взаимодействующих плеч рычажной системы, в рабочем состоянии образующей с корпусом параллелограмм, обеспечивает высокую надежность конструкции, позволяющую нагружать рычаг, параллельный оси прибора, дополнительными съемными элементами (лапами);
- спиральная пружина в системе раскрытия ведущего рычага обеспечивает в рабочем состоянии дополнительное усилие на ведущий рычаг, повышая тем самым плотность контакта рычага, параллельного корпусу прибора, с исследуемой поверхностью скважины в процессе работы, а соответственно - повышая точность измерений;
- оснащение удлиненного рычага рычажной системы шарнирным соединительным узлом, выполненным с поперечной проточкой, позволяет подсоединенным съемным элементам (лапам) разворачиваться относительно своей продольной оси в зависимости от геометрии исследуемой стенки скважины и тем самым обеспечивая плотное прилегание съемного элемента (лапы) к исследуемой поверхности;
- наличие компенсирующего модуля на нижнем конце корпуса обеспечивает выравнивание между давлением в редукторном отсеке корпуса и внешним давлением рабочей среды скважины, повышая тем самым надежность работы электрических узлов устройства и увеличивая срок эксплуатации устройства..
На фиг. приведен вариант конструкции устройства для исследования стенок скважины в рабочем состоянии (показан один из рычагов многорычажной системы).
Устройство для исследований стенок скважины содержит корпус 1, размещенную внутри корпуса 1 систему управления раскрытия рычагов в виде электропривода 15, установленного в отсеке 14 и связанного со штоком 8 с осью 7, регистрационную систему с электронным преобразователем регистрируемой информации в виде блока электроники 16, потенциометра 9 угла поворота опорного рычага 3, клеммика 10 и гермовводов 11, и рычажную систему, состоящую из удлиненного рычага 2, параллельного оси прибора, ведущего рычага 3 и опорного рычага 18, в рабочем состоянии образующих с корпусом 1 параллелограмм. Расположенные в области сквозных окон в корпусе 1, ось 7 штока 8 посредством кривошипа 6 механически связана с осью 5 спиральной пружины 4., жестко соединенной с ведущим рычагом 3. При этом свободный конец оси 5 соединен с потенциометром 9.
На удлиненном рычаге 2 посредством шарнирного разъема на оси 19 подвешена лапа 20, оснащенная экраном 21. В полости лапы 20 размещены датчики 22, электронная схема преобразования сигналов от которых посредством изолированного контакта 24 соединена с экраном 21.
Устройство для исследований стенок скважины (далее - устройство) работает следующим образом.
В исходном положении рычажная система устройства сложена и прижата к корпусу 1. Прибор посредством кабельной головки 28 подсоединяют к геофизическому кабелю, к шаровым разъемам удлиненных рычагов 2 подсоединяют лапы 20 и спускают сборку в пробуренную скважину на заданную глубину. Затем на электропривод 15 подают электрический сигнал, обеспечивающий перемещение штока 8. Кривошип 6, шарнирно соединенный с осью 7 штока 8 поворачивается по часовой стрелке, раскрывая посредством пружины 4 рычажную систему в параллелограмм. Параллельность ведущего рычага 3 и опорного рычага 18 обеспечивается равенством их длины. В процессе подъема прибора в скважине изменение расстояния между удлиненным рычагом 2 и корпусом 1 посредством ведущего рычага 3 передается на потенциометр 9 регистрационной системы с электронным преобразователем регистрируемой информации о состоянии профиля скважины. При этом, одновременно с параметрами профилеметрии, по датчикам 22 осуществляется контроль параметров кавернометрии скважины.
В предложенной полезной модели наличие сквозных окон в корпусе прибора позволяет вынести штоки выдвижения каждого их рычагов многорычажной системы из внутренней полости корпуса (как у известных аналогов) в область окон. Это техническое решение позволяет увеличивать количество выдвижных рычагов многорычажной системы, не изменяя диаметра скважинного прибора.
Предложенная полезная модель отличается высокой надежностью конструкции, обладает расширенными функциональными возможностями, позволяющими использовать его в качестве профилемера и/или каверномера в скважинах любого типа. Устройство обеспечивает высокую плотность контактов с исследуемой поверхностью скважины, а следовательно - высокую точность измерения параметров.
Таким образом, предложенная полезная модель решает поставленную задачу в полном объеме.