МЕХАНИЧЕСКИЙ КАВЕРНОМЕР С РУЧНЫМ ПРИВОДОМ
MECHANICAL CALIPER WITH MANUAL DRIVE

Изобретение относится к области средств измерений для геологической и гидроэнергетической промышленности и может быть применено для измерения диаметров буровых, дренажных и пьезометрических скважин, их глубины, а также величины иловых отложений в скважинах.
Известно устройство электромеханического каверномера, который состоит из рычажных щупов, прижимаемых пружинами к стенкам скважины, и реостата, ползунок которого через толкатели связан со щупами (Большая советская энциклопедия, М., Изд-во «Советская энциклопедия», 1973, с.111).
К недостаткам аналога относится потребность в электроэнергии и значительные габариты устройства, что не позволяет производить измерения в скважинах малого диаметра, а также зависимость точности и возможности измерения от температуры и давления в скважине.
Известны устройства, в которых механический рычаг (щуп) связан с ползуном реостата, при этом конец механического рычага прижимается к стенке исследуемой скважины, таким образом вызывая пропорциональное ему изменение сопротивления реостата. Это сопротивление измеряют на поверхности и в результате получают кривую изменения диаметра скважины от устья до забоя. По такому принципу работают многие известные конструкции профилемеров, например многорычажный профилемер MFC-C компании "Argosy Technologies Ltd.", профилемер-каверномер скважинный ПФ-73-М компании ОАО «НПФ Геофизика», в которых число датчиков соответствует количеству щупов, в результате чего получают наиболее полную картину профиля изучаемой скважины.
Недостатками таких устройств являются технологические сложности в изготовлении и, как следствие, высокая цена устройства, одноплановость измерений (измеряется только профиль скважины), наличие в комплексе устройств принимающей сигнал станции, а также потребность в энергообеспечении работы устройства.
Известен профилемер, состоящий из корпуса, шарнирно соединенных с ним подпружиненных рычагов, индикатора положения раскрытия рычагов, выполненного в виде постоянного магнита, установленного на шарнирно соединенном конце каждого измерительного рычага в круговом пазу на оси поворота, и преобразователя сигнала - магниторезистивного датчика, установленного в корпусе в защитной камере и представляющего собой резистивно-мостовую схему, чувствительную к направлению магнитного поля и нечувствительную к его напряженности, при этом магнитная ось постоянного магнита, выполненного в виде шайбы, находится в плоскости шайбы и изначально ориентирована перпендикулярно оси чувствительности магниторезистивного датчика (патент РФ №2244120, опубл. 10.01.2005 г.).
Недостатками профилемера являются технологическая сложность устройства, высокая стоимость при его изготовлении, одноплановость проводимых измерений и потребность в энергообеспечении при работе устройства.
Известно устройство для измерения внутреннего размера ствола скважины, имеющее устройство с наконечником и системой рычагов, выполненное с возможностью расположения внутри ствола скважины, основной принцип действия которого аналогичен принципу действия электромеханического каверномера, но при этом применяются оптические датчики, фиксирующие изменение положения щупов (патент РФ №2353766, опубл. 27.04.2009 г.).
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное устройство выбрано в качестве прототипа заявляемого каверномера.
Недостатком прототипа является наличие каротажной системы и электронных оптических датчиков, работа которых невозможна без обслуживающей наземной станции, включающей компьютер для сбора и анализа данных с соответствующим программным обеспечением, что затрудняет работу устройства в стесненных условиях. Также компоновка устройства приемо-передающими элементами напрямую связана с наличием источника электропитания. Выполнение данных условий (значительная свободная территория возле устья исследуемой скважины, близкий источник электропитания) не всегда достижимо на объектах гидроэнергетической отрасли, когда обследование скважин ведется в стесненных условиях и в особо опасных помещениях по электробезопасности.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности измерения диаметра скважины в широком диапазоне температур и давлений, упрощении, удешевлении устройства и уменьшении его габаритов.
Для достижения указанного технического результата в механическом каверномере с ручным приводом, состоящем из наконечника, шарнирно соединенного с рычагами, находящимися в контакте со стенкой ствола скважины и соединенными с ползуном, к которому подсоединена нижняя тяговая управляющая метрическая металлическая рулетка, с наконечником резьбовым соединением соединен нижней своей частью осевой шток, на котором размещены ползун и свободно передвигающийся вдоль него передвижной металлический груз, с верхней частью осевого штока резьбовым соединением соединена стопорная гайка, к которой посредством карабинов прикреплена верхняя тяговая управляющая метрическая металлическая рулетка.
Отличительными признаками предлагаемого механического каверномера с ручным приводом являются: подсоединение нижней тяговой управляющей метрической металлической рулетки; соединение с наконечником резьбовым соединением нижней своей частью осевого штока, на котором размещены ползун и свободно передвигающийся вдоль него передвижной металлический груз; соединение с верхней частью осевого штока резьбовым соединением стопорной гайки, к которой посредством карабинов прикреплена верхняя тяговая управляющая метрическая металлическая рулетка.
Благодаря наличию этих признаков отсутствует потребность в источнике электроэнергии, что позволяет беспрепятственно производить работы в труднодоступных и особо опасных по электробезопасности помещениях, механический каверномер имеет малые габариты, позволяющие проводить измерения в сравнительно малых по диаметру скважинах (к коим в основном относятся пьезометрические скважины гидроэнергетических объектов). Также предлагаемый механический каверномер позволяет осуществлять ряд дополнительных операций в отличие от аналогов, таких как общее измерение глубины скважины, измерение точной глубины изменения диаметра скважины (при изменениях диаметра в меньшую сторону), измерение мощности иловых отложений в скважине.
Предлагаемый механический каверномер с ручным приводом иллюстрируется фиг.1 - фиг.6.
На фиг.1 показан общий вид механического каверномера с ручным приводом.
На фиг.2 - механический каверномер при измерении диаметра скважины.
На фиг.3 - механический каверномер при измерении глубины изменения диаметра скважины в меньшую сторону.
На фиг.4 - механический каверномер при измерении глубины скважины.
На фиг.5 - механический каверномер при снятии показаний глубины начала иловых отложений.
На фиг.6 - механический каверномер при снятии показаний дна скважины.
Механический каверномер с ручным приводом содержит наконечник 1, шарнирно соединенные с ним рычаги 2, шарнирно соединенные с ползуном 3, передвижной металлический груз 4, свободно передвигающийся вдоль осевого штока 5, соединенного резьбовым соединением с наконечником 1, к осевому штоку 5 резьбовым соединением крепится стопорная гайка 6, к стопорной гайке 6 также посредством карабинов крепится верхняя тяговая управляющая метрическая металлическая рулетка 7, а к ползуну 3 посредством карабинов крепится нижняя тяговая управляющая метрическая металлическая рулетка 8. На фиг.1-3 «А» - расстояние от верха устройства до оси смыкания рычагов 2, на фиг.1, 5 и 6 «В» - величина длины измерительного устройства.
Работа механического каверномера с ручным приводом осуществляется следующим образом.
При измерениях диаметра скважин (фиг.2): механический каверномер опускается на необходимую глубину, при этом осуществляется измерение глубины опускания по верхней тяговой управляющей метрической металлической рулетке 7 с поправкой на расстояние «А» до оси смыкания измерительных рычагов 2. На заданной глубине осуществляется их раскрытие при помощи тяговых управляющих метрических металлических рулеток 7 и 8 (до упора в стенки скважины). Передвижной металлический груз 4, двигаясь вдоль осевого штока 5, опускается на ползун 3, вызывая раскрытие рычагов 2 до упора в стенки скважины.
Затем фиксируется отсчет разности показаний тяговых управляющих метрических металлических рулеток 7 и 8 (измерение 1) и глубины, после чего производятся дальнейшие аналогичные измерения на различных глубинах. По завершении производства измерений механический каверномер извлекается из скважины и зафиксированная разность показаний этих рулеток 7 и 8 воспроизводится на поверхности. При этом измеряется величина раскрытия измерительных рычагов 2, данная величина и является искомым диаметром скважины на заданной глубине.
При измерениях глубины изменения диаметров обсадных труб скважин и при изменении диаметров в меньшую сторону (фиг.3): механический каверномер погружается на дно скважины. Затем производится раскрытие измерительных рычагов 2 при помощи тяговых управляющих метрических металлических рулеток 7 и 8. В таком положении осуществляется поднятие механического каверномера до касания трубы меньшего диаметра, при этом производится снятие отсчета глубины с верхней тяговой управляющей метрической металлической рулетки 7 (измерение 2) с поправкой на расстояние «А» до оси смыкания измерительных рычагов 2. При необходимости фиксации последующих изменений диаметров измерительные рычаги 2 складываются при помощи нижней тяговой управляющей метрической металлической рулетки 8. Механический каверномер заводится в трубу меньшего диаметра, и измерения осуществляются в аналогичной последовательности.
При измерениях глубины скважины (фиг.4): механический каверномер погружается в скважину до касания устройства с дном скважины, при касании дна скважины наконечником 1 осуществляется фиксация глубины путем снятия отсчета с верхней тяговой управляющей метрической металлической рулетки 7 (измерение 3) с поправкой на величину длины измерительного устройства (расстояние «В»).
При измерениях величины иловых отложений в скважине (фиг.5 и 6): механический каверномер опускается до касания ила в скважине наконечником 1 и производится снятие отсчета глубины с верхней тяговой управляющей метрической металлической рулетки 7 (измерение 4) верхней границы отложений. Далее резким потягиванием и опусканием нижней тяговой управляющей метрической металлической рулетки 8 вызывают подскакивание и падение на ползун 3 передвижного металлического груза 4, который под действием динамического воздействия вызывает заглубление наконечника 1 в ил до упора в дно скважины, при этом стопорная гайка 6 предотвращает нежелательное выпадение передвижного металлического груза 4 с осевого штока 5. После чего осуществляется повторное снятие отсчета глубины по верхней тяговой управляющей метрической металлической рулетке 7 (измерение 5). Разность отсчетов и будет являться искомой величиной.
Предлагаемая конструкция каверномера позволяет производить измерения в сложных условиях с высокой точностью, при этом на результаты измерений не влияют ни температура, ни давление в скважине.