УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД, ПЕРЕСЕКАЕМЫХ БУРОВОЙ СКВАЖИНОЙ
DEVICE FOR DETERMINATION OF DENSITY OF ROCKS CROSSED BY BOREHOLE

Изобретение относится к скважинной геофизике, а более конкретно к области измерений, проводимых в скважине выносным из корпуса скважинного геофизического прибора зондом, прижимаемым специальным силовым устройством к стенке скважины.
Известно устройство (Патент РФ 2258944, МПК G01V 5/12, 2004 г.), содержащее герметичный корпус скважинного прибора, в котором размещены управляемый привод, силовая пружина, рычаг прижатия, зондовая часть с расположенными в ней источником и детекторами гамма-излучений. Рычаг, с помощью которого производится прижатие зонда к стенке скважины, расположен непосредственно в герметичном корпусе скважинного прибора.
Недостатком этого устройства является то, что зондовая часть размещена аксиально относительно оси герметичного корпуса скважинного прибора, вследствие чего прижим зондовой части прибора рычагом к стенке скважины происходит вместе с герметичным корпусом скважинного прибора. При использовании описываемого устройства в связке с другими приборами или в наклонных скважинах силы прижатия рычага недостаточно для обеспечения равномерного прижатия зондовой части прибора к стенке скважины. Как следствие, это приводит к искажению полученной информации.
Известно устройство (Патент США №4,480,186, "Compensated density well logging tool", МПК G01V 5/12, 1984 г.), содержащее герметичный корпус, в котором размещены управляемый привод с толкателем, зондовая часть с расположенными в ней источником и детекторами гамма-излучений, блок силовых пружин, два рычага, обеспечивающих прижатие зондовой части к стенке скважины. В данном устройстве зондовая часть выполнена в виде отдельного от герметичного корпуса скважинного прибора герметичного модуля, выносимого из посадочного места герметичного корпуса скважинного прибора. Первый рычаг отклонения зондовой части предназначен для выноса измерительного зонда из посадочного места герметичного скважинного прибора. Второй рычаг обеспечивает прижатие выносного зонда независимо от положения герметичного корпуса скважинного прибора.
Недостатком этого устройства является то, что первый рычаг отклонения зондовой части прибора и второй рычаг, обеспечивающий прижим зондовой части к стенке скважины, через общий толкатель приводятся в действие общим пружинным блоком. В этом случае наблюдается сильное взаимовлияние положения рычагов относительно друг друга. Например, в случае сжатия под действием веса скважинного прибора при исследовании сильнонаклонных скважин одного из рычагов, второй рычаг самопроизвольно начнет складываться, ослабляя прижим выносного зонда.
Известно устройство (Патент США №6,308,561 "Well logging apparatus", МПК Е21В 17/1021, 2001 г.), содержащее корпус прибора, в котором расположен приводной механизм, выносной детекторный зонд, который, в свою очередь, содержит источник и детекторы гамма-квантов. В выносном детекторном зонде расположен отклоняющий рычаг, с помощью которого осуществляется прижим выносного детекторного зонда к стенке скважины. Корпус прибора, приводной механизм и выносной детекторный зонд соединены между собой шарнирами, которые, в свою очередь, передают усилие от приводного механизма к отклоняющему рычагу. При работе устройства рычаг прижимает детекторную зондовую часть независимо от положения корпуса прибора к стенке скважины.
Недостатком данного прибора является то, что отклоняющий рычаг расположен на самом конце выносного детекторного зонда в месте соединения с приводным механизмом. Такая конструкция создает большую консоль - хорошее прижатие места установки прижимного рычага и постепенное ослабевание к противоположному концу выносного детекторного зонда, что снижает точность измерений.
Наиболее близким по техническому решению является устройство (Патент РФ 2607740 МПК G01V 5/00, 2015 г.), содержащее корпус прибора, в котором установлены блок привода и электроники и шарнирно связанный с ним зондовый детекторный блок с размещенными в нем источником и детекторами гамма-излучений, отклоняющий рычаг, предназначенный для прижима зондового детекторного блока к стенке скважины. Отклоняющий рычаг установлен с возможностью вращения на оси, закрепленной на корпусе прибора, а прибор дополнительно содержит силовую пружину и тросик, который служит для сжатия силовой пружины, один конец которой жестко закреплен на корпусе зондового детекторного блока, а второй конец связан с коротким плечом отклоняющего рычага, при этом, между длинным плечом отклоняющего рычага и корпусом зондового детекторного блока установлена упорная планка, жестко связанная с корпусом прибора.
Недостатком этого устройства является то, что тросик жестко закреплен на корпусе зондового детекторного блока, а второй конец связан с коротким плечом отклоняющего рычага. Тросик не имеет возможности саморегулирования по длине (компенсации длины). При исследовании скважин малого диаметра, при изменении диаметров скважин во время исследования, при исследовании каверн, а затем вновь возвращение в малый диаметр скважины тросик подвергается сжимающей нагрузке, а сжимающая нагрузка «распушает» свивку тросика, состоящую из отдельных ниток. Под действием изменяющихся знакопеременных циклических нагрузок, возникающих при изменении диаметра скважины и, соответственно, стремящихся изменить длину тросика, в нитках тросика появляются микро разрушения, их накопление вызывает усталость металла, как следствие - нитки тросика постепенно ломаются, и тросик рвется.
Предлагаемое изобретение решает задачу по снятию сжимающей нагрузки, действующей на тросик и следующую за ней поломку тросика, за счет введения в конструкцию элементов саморегулирования тросика по длине.
Техническая сущность изобретения поясняется чертежом (Фиг. 1), на котором изображен разрез устройства.
Устройство состоит из корпуса прибора 1, блока 2 привода и электроники, шарниров 3, связывающих корпус с блоками 2 и 6, отклоняющего рычага 4 на оси 12, пружины силовой 5, зондового детекторного блока 6 с размещенными в нем источником и детекторами гамма-излучений, кабеля геофизического 7, головки прибора верхней 8 и головки прибора нижней 9, саморегулирующегося по длине тросика 10 и упорной планки 11.
Устройство работает следующим образом. Посредством верхней головки прибора 9 устройство подключается к кабелю геофизическому 7, по которому производится питание электричеством блока привода и электроники 2. Ближайший к блоку привода и электроники 2 конец силовой пружины 5 жестко закреплен на корпусе зондового детекторного блока. Второй конец силовой пружины 5 соединяется с коротким плечом рычага отклоняющего 4. В свободном состоянии пружина разжата. Упорная планка 11 расположена между длинным плечом рычага отклоняющего 4 и корпусом зондового детекторного блока 6 и жестко закреплена на корпусе прибора 1.
В исходном положении блок привода и электроники 2, посредством натяжения саморегулирующегося по длине тросика 10 сжимает силовую пружину 5. В результате сжатия силовой пружины 5 короткое плечо рычага отклоняющего 4 перемещается в сторону блока привода и электроники 2, поворачиваясь при этом вокруг оси вращения отклоняющего рычага 12. При этом длинное плечо рычага отклоняющего 4 прижимается к корпусу зондового детекторного блока 6 и, упираясь в упорную планку 11, прижимает зондовый детекторной блок 6 и блок привода и электроники 2 к корпусу прибора 1.
Перед началом проведения скважинных исследований блок привода и электроники 2, посредством ослабления натяжения саморегулирующегося по длине тросика 10, полностью освобождает силовую пружину 5. Разжимаясь, пружина 5 толкает короткое плечо рычага отклоняющего 4, который проворачивается вокруг оси вращения отклоняющего рычага 12, и благодаря этому длинное плечо рычага отклоняющего 4 начинает отходить от корпуса зондового детекторного блока 6. При этом упорная планка 11 перестает фиксировать корпус зондового детекторного блока 6. После того, как длинное плечо рычага отклоняющего 4 достигнет стенки буровой скважины с одной стороны, корпус зондового детекторного блока 6 начинает прижиматься к противоположной стороне.
Полностью освобожденная пружина всем своим усилием стремится разжать длинное плечо рычага отклоняющего 4 относительно корпуса зондового детекторного блока 6, обеспечивая тем самым равномерный прижим. Шарниры 3 позволяют свободно прижимать зонд к стенке скважины, независимо от местоположения корпуса прибора 1.
По окончании проведения исследований блок привода и электроники 2, посредством натяжения саморегулирующегося по длине тросика 10 опять сжимает силовую пружину 5, возвращая устройство в исходное положение.
На фиг. 2 представлены различные примеры видов тросиков: тросик для жесткого крепления с двух сторон 15, саморегулирующийся по длине тросик 16, с жестким креплением с одной стороны и возможностью саморегулирования длины с другой стороны, саморегулирующийся по длине тросик 17 с возможностью саморегулирования длины с двух сторон.
На фиг. 3 представлены характерные поломки тросиков при отсутствии элементов саморегулирования длины: «распушение» тросика 20, «распушение» тросика с небольшим количеством надорванных нитей 21, множество надорванных нитей и окончательное повреждение тросика 22.
На фиг. 4 показано как при исследовании скважин малого диаметра 25, при изменении диаметров скважин 26 во время исследования, при исследовании каверн 27, а затем вновь возвращение в малый диаметр скважины 25 изменяется положение зондового детекторного блока 6 относительно корпуса прибора 1, саморегулирующийся по длине тросик 10 позволяет исключить сжимающую нагрузку на тросик и следующую за ней поломку тросика.
Техническим результатом предлагаемого устройства является исключение сжимающей нагрузки при исследовании скважин малого диаметра, при изменении диаметров скважин во время исследования, при исследовании каверн, а затем вновь возвращение в малый диаметр скважины, следующей за ней поломки тросика и, как следствие, повышение надежности и долговечности устройств, работающих по принципу выносного детекторного зонда.