ПРИЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО СКВАЖИННОГО ПРИБОРА
DOWNHOLE TOOL CLAMPING DEVICE

Изобретение относится к области геофизических исследований нефтегазовых скважин, предназначено для прижима выносных элементов скважинных приборов к стенке скважины и может быть использовано для фиксации скважинных сейсмических приборов.
Известно прижимное устройство скважинного прибора, снабженного прижимным рычагом с осью вращения на корпусе прибора, содержащее герметичный корпус и размещенные в нем электромеханический привод, ходовой винт и шток, силовой шток связан с прижимным рычагом через промежуточную опору, которая закреплена в сквозном вырезе на штоке, причем в указанной опоре выполнен паз, где установлен элемент для взаимодействия с прижимным рычагом, а в корпусе прибора выполнены направляющие пазы, образующие усиливающую перегородку с отверстием, через которое пропущена ось вращения прижимного рычага. При этом крепление промежуточной опоры в сквозном вырезе на штоке может быть выполнено в виде ласточкина хвоста (Пат. РФ №2232886, Е21В 47/00).
Недостаток известного прибора заключается в том. что конструкция не обеспечивает дополнительного усилия поджатия прижимного рычага при упоре его в стенку скважины, что снижает надежность фиксации прижимного устройства к стенке скважины.
Известно прижимное устройство скважинного прибора, содержащее герметичный корпус и размещенные в нем электромеханический привод, ходовой винт и шток, прижимной элемент и гидроцилиндр, а также: подпружиненный, силовой и ступенчатый поршни, причем силовой поршень связан посредством тяги со ступенчатым поршнем, установленным на расстоянии максимального хода силового поршня от торца гидроцилиндра.
Силовой поршень выполнен двухступенчатым (Авт.Свид. №474603, Е21В 47/022).
Недостаток известного устройства заключается в сложности конструкции гидравлической части силового привода по созданию усилия для раскрытия прижимного элемента, кроме того, конструкция не обеспечивает достаточного гидравлического давления для обеспечения дополнительного усилия прижатия прижимного рычага при достижении упора его в стенку скважины.
Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в повышении эффективности срабатывания силового гидромеханического привода за счет создания достаточного давления в гидросистеме для обеспечения надежной фиксации прижимного рычага к стенке скважины, а также в упрощении конструкции гидравлической части силового привода.
Указанная задача решается тем, что в прижимном устройстве скважинного прибора, снабженном прижимным рычагом с осью вращения на корпусе прибора, содержащем герметичный корпус, в котором размещены элементы механического привода, включающего мотор-редуктор, силовой винт, и элементы гидромеханического привода, включающего гидроцилиндр, силовой шток, в отличие от известного, для преобразования крутящего момента от мотор-редуктора в поступательное движение силового винта, связанного с силовым штоком, в кинематической схеме такого преобразования мотор-редуктор передает крутящий момент втулке передаточной, с которой связаны втулка храповая и втулка силовая, связанная с штоком силовым, при этом втулка храповая поджата к втулке трапецеидальной, которая взаимодействует с зафиксированной от проворота гайкой трапецеидальной, взаимодействующей с винтом силовым, находящимся в контакте с зафиксированным от проворота, штоком силовым, расположенным в поршне кольцевом, внизу которого находится гидравлическая камера, воздействующая на подпружиненный шток, в пазу которого расположен штифт, жестко соединенный с дополнительным рычагом, шарнирно соединенным с прижимным рычагом, кроме того, в силовом винте и втулке силовой применена резьба с мелким шагом, а трапецеидальная резьба втулки трапецеидальной и гайки трапецеидальной выполнена однозаходовой, при чем площадь штока силового кратно меньше площади подпружиненного штока.
Втулка передаточная связана с втулкой храповой и с втулкой силовой при помощи шпонки между ними.
Втулка храповая поджата к втулке трапецеидальной пружиной и втулкой поджима, расположенной во втулке направляющей.
Гайка трапецеидальная зафиксирована от проворота шпонкой, расположенной в пазу втулки направляющей.
Винт силовой зафиксирован от проворота шпонкой в пазу гайки трапецеидальной.
Между штоком силовым, поршнем кольцевым и корпусом установлены уплотнения.
На фиг. 1 показан общий вид прижимного устройства, которое содержит корпус 1, снабженный прижимным рычагом 2 с осью вращения 3 на корпусе 1 прибора. В корпусе 1 размещены механическая часть привода и гидромеханическая часть. Механическая часть привода включает: мотор-редуктор 4, передающий крутящий момент втулке передаточной 5, связанной при помощи шпонки 6 с втулкой храповой 7 и с втулкой силовой 8. Втулка храповая 7 поджата пружиной 9 и втулкой поджима 10, расположенной во втулке направляющей 11, к втулке трапецеидальной 12, которая связана с гайкой трапецеидальной 13, зафиксированной от проворота шпонкой 14, расположенной в пазу втулки направляющей 11. Втулка трапецеидальная 12 связана с винтом силовым 15, который зафиксирован от проворота шпонкой 16 в пазу гайки трапецеидальной 13, и находится в контакте с штоком силовым 17, расположенным в поршне кольцевом 18, внизу которого находится гидравлическая камера 19.
Таким образом, в состав гидромеханической части входят: шток силовой 17, находящийся в поршне кольцевом 18, камера 19, заполненная гидравлической жидкостью (кремнийорганическая жидкость или трансформаторное масло), под которой расположен шток 20 и пружина 21 для его возврата. В пазу штока 20 находится штифт 22, жестко закрепленный в дополнительном рычаге 23, который через шарнирное соединение 24 соединен с прижимным рычагом 2 (фиг. 2).
На фиг. 3 показано расположение во втулке направляющей 11 втулки трапецеидальной 12, связанной резьбой 25 с гайкой трапецеидальной 13, зафиксированной от проворота шпонкой 14, расположенной в пазу втулки направляющей 11. Втулка силовая 8 мелкой резьбой 26 связана с винтом силовым 15, который зафиксирован от проворота шпонкой 16.
В силовом винте и 15 и втулке силовой 8 применена резьба 26 с мелким шагом, а трапецеидальная резьба 25 втулки трапецеидальной 12 и гайки трапецеидальной 13 выполнена однозаходовой.
1
1
2
2
1
1
2
Площадь штока силового 17 кратно меньше площади штока 20, вследствие чего создается кратное усиление давления в камере 19, исходя из формул: F=PS и F=PS где: S (площадь торца штока 20) > S2 (площади торца штока силового 17) в 3 раза, F - сила, воздействующая на шток 20. F - сила, воздействующая на шток 17. Р-давление - постоянно.
На фиг. 1 показаны уплотнения 27 между штоком силовым 17 и поршнем кольцевым 18, и уплотнения 28 между поршнем кольцевым 18 и корпусом 1.
Устройство работает следующим образом.
Крутящий момент от мотор-редуктора 4, передается втулке передаточной 5, связанной при помощи шпонки 6 с втулкой храповой 7 и с втулкой силовой 8. При этом втулка храповая поджата пружиной 9 втулкой поджима 10 и входит в храповое зацепление с втулкой трапецеидальной 12, тем самым осуществляется синхронное вращение втулки силовой 8 с втулкой трапецеидальной 12. Втулка трапецеидальная 12, связана с гайкой трапецеидальной 13, (зафиксированной от проворота шпонкой 14), которая перемещаясь, передает поступательное перемещение винту силовому 15, который зафиксирован от проворота шпонкой 16. Винт силовой 15, находясь в контакте с штоком силовым 17, при перемещении воздействует на жидкость в гидравлической камере 19, которая воздействует на шток 20, площадь которого кратно больше площади штока силового 17 и поршня кольцевого 18, что увеличивает скорость его перемещения. Шток 20 при перемещении воздействует на штифт 22, жестко закрепленный в дополнительном рычаге 23, (соединенный через шарнирное соединение 24 с прижимным рычагом 2), который отводит прижимной рычаг 2 до упора в стенку скважины.
Уплотнения 27 и 28 между штоком силовым 17 и поршнем кольцевым 18 и корпусом 1 препятствуют попадание гидравлической жидкости внутрь корпуса.
При возрастании до расчетной нагрузки поршень кольцевой 18 останавливается, срабатывает втулка храповая 7 и прокручивается, винт силовой 15, продолжая линейное перемещение, воздействует на шток силовой 17, площадь которого кратно меньше площади штока 20 и создает в гидравлической камере 19 достаточное давление для обеспечения дополнительного усилия прижатия прижимного рычага 2.
При включении реверсивного вращения приводной механизм возвращается в исходное положение, прижимная система складывается за счет усилия пружины 21.
Предложенное конструкторское решение позволяет увеличить скорость раскрытия и усилие прижатия прижимного рычага 2 за счет применения винтовых пар с разным шагом резьбы и применения силовых штоков с разной торцовой площадью, автономно воздействующих на гидравлическую жидкость, которая действует на торец штока 20.
На фиг. 3 показано, что в силовом винте 15 применена резьба 26 с мелким шагом, а трапецеидальная резьба 25 втулки трапецеидальной 12 и гайки трапецеидальной 13 выполнена однозаходовой. Такое выполнение позволяет исключить возвратный откат в трапецеидальной резьбе 25 при увеличении усилия прижатия.
1
1
2
2
Площадь штока силового 17 кратно меньше площади штока 20, вследствие чего создается кратное усиление давления в камере 19, исходя из формул: F=PS и F=PS где S1 (площадь торца штока 19) > S2 (площади торца штока силового 16) в 3 раза.
Указанные конструктивные решения позволяют повысить эффективность срабатывания силового гидромеханического привода и упростить изготовление гидравлической части, представленной в А.С. 474503., которая включает нескольких пар поршней и цилиндров, которые должны быть изготовлены с высоким допуском соосности между собой.
Применение дополнительного рычага 23 увеличивает плечо воздействия на рычаг прижимной 2, что также создает увеличение усилия прижатия, что является другим отличительным признаком от А.С. 474503.