ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ МНОГОРЫЧАЖНОЕ УСТРОЙСТВО СКВАЖИННОГО ПРИБОРА
MEASURING MULTI-LEVER DEVICE OF DOWNHOLE INSTRUMENT

Предложение относится к области промысловой геофизики и предназначено для исследования горизонтальных скважин автономной аппаратурой, доставляемой в интервал исследования буровым инструментом.
В процессе исследования горизонтального участка необходимо проводить изучение физических полей, требующих наличия в конструкции скважинного прибора измерительных рычажных устройств, выступающих за диаметр прибора, например, при определении состава жидкости в стволе скважины методом высокочувствительной термометрии или при измерении профиля скважины.
Конструкция измерительных рычажных устройств должна обеспечивать беспрепятственное перемещение прибора в скважине, особенно в кавернозных интервалах при спуске и подъеме, и возможном провороте бурового инструмента.
Известен многопараметровый измерительный прибор, содержащий ряд измерительных датчиков (датчики притока жидкости), размещенные на постоянно раскрытых измерительных рычажных устройствах, шарнирно присоединенных к корпусу прибора и выступающих за его диаметр. С двух концов скважинного прибора устанавливаются силовые пружинные центраторы, защищающие от повреждения измерительные рычажные устройства при исследовании горизонтального ствола (Комплексная скважинная аппаратура «Горизонталь КГ 9-42» / Каталог - книга ОАО НПФ «ГЕОФИЗИКА» - РФ, 2003 г. стр. 91).
Недостаток такой конструкции измерительных рычажных устройств заключается в том, что они выполнены постоянно раскрытыми, что может привести к заклиниванию прибора при прохождении искривленного участка скважины, кроме того, такое крепление подвергается скручивающему силовому воздействию при вращении бурового инструмента.
Известна измерительная установка, содержащая ряд (до 12) миниатюрных датчиков, устанавливаемых на внутренней стороне дугообразных (листовых) пружин, служащих в качестве центратора при спуске прибора в скважину («Пространственная емкостная установка» - SCA / Каталог ф. READ WELL Services - Норвегия, 2006 г.и www.readgrop.com/well/menu4. asp).
Недостатки данной установки повторяют недостатки скважинной аппаратуры «Горизонталь КГ 9-42».
Известно многоканальное измерительное устройство, содержащее многорычажную систему с размещенными на рычагах измерительными датчиками, в котором электрическая связь от датчиков к регистрирующей системе осуществляется посредством проводов, уложенных в теле измерительных рычагов, одним концом шарнирно прикрепленных к корпусу скважинного прибора («Прибор емкостной установки». Многоемкостной прибор с 12 расстанавливаемыми датчиками / Каталог ф. Sondex Ltd. - Великобритания, 2000 г.) (Прототип).
Недостаток известного измерительного устройства обусловлен тем, что измерительные рычаги шарнирно закреплены к корпусу прибора, не имея возможности вращаться вокруг оси прибора. Такая конструкция вызывает поломку измерительных рычагов при перемещении прибора с помощью бурового инструмента в кавернозных интервалах скважины, так как измерительные рычаги испытывают скручивающее силовое воздействие при контакте с кавернозной поверхностью стенки скважины в случае проворота бурового инструмента, что может привести к нарушению проводной электрической связи между датчиками на измерительных рычагах и регистрирующей системой в корпусе прибора.
Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности конструкции и обеспечение бесперебойной электрической связи выносных измерительных датчиков, расположенных на измерительных рычагах, с регистрирующей системой, расположенной в корпусе скважинного прибора, при проведении исследований скважин в сложных геолого-технических условиях.
Указанная задача решается тем, что в измерительном многорычажном устройстве скважинного прибора, содержащем систему раздвижных, в рабочем состоянии выходящих за диаметр корпуса скважинного прибора измерительных рычагов с шарнирными соединениями (рычажная система или рессорная система), установленных на указанном корпусе, и размещенный на упомянутых рычагах ряд измерительных датчиков, имеющих проводную электрическую связь с регистрирующей системой, расположенной в указанном корпусе, концы измерительных рычагов шарнирно укреплены на втулках, расположенных на указанном корпусе с фиксацией от осевого смещения и возможностью вращения относительно его. От осевого смещения втулки зафиксированы кольцевыми выступами стенки указанного корпуса и кольцевыми упорами его корпусе. При этом одна из втулок выполнена с внутренней кольцевой проточкой, образующей при сборке со стенкой указанного корпуса герметичное пространство, заполненное электрически непроводящей жидкостью, в котором размещены контактные пары многокольцевого коллектора, обеспечивающего скользящий электрический контакт каналов питания измерительных датчиков на упомянутых рычагах с входами регистрирующей системы, установленной в скважинном приборе. При этом ряд кольцевых щеток многокольцевого коллектора, от которых электрические провода проходят внутрь указанного корпуса и электрически соединяются с регистрирующей системой (блоком электроники), неподвижно закреплен на указанном корпусе внутри кольцевой проточки, а ряд подвижных кольцевых щеток многокольцевого коллектора, от которых электрические выводы (провода) проходят к измерительным датчикам, установленным на упомянутых рычагах, закреплен внутри кольцевой проточки на вращающейся втулке с помощью фиксатора и охватывает кольцевые щетки, установленные на указанном корпусе, образуя скользящие электрические контакты многокольцевого коллектора.
Число пар колец многокольцевого коллектора определяется количеством измеряемых параметров и каналов питания измерительных датчиков на упомянутых рычагах. Внутренний объем кольцевой проточки при сборке с двух торцов герметизируется кольцевыми уплотнениями.
Электропроводное соединение кольцевых щеток многокольцевого коллектора, установленных на корпусе скважинного прибора, с электрическими проводами, проходящими внутрь корпуса скважинного прибора, и электропроводное соединение кольцевых щеток многокольцевого коллектора, установленных на вращающейся втулке, с электрическими проводами, соединенными с измерительными датчиками, производится через герметичные электровводы.
Шарнирное соединение конца каждого измерительного рычага на втулке, не обладающей кольцевым коллектором, имеет возможность осевого смещения вдоль корпуса втулки для обеспечения независимого слежения каждым измерительным рычагом за изменением профиля стенки скважины.
Измерительные рычаги могут быть выполнены в виде набора многозвенных рычагов, шарнирно соединенных между собой - рычажная система или в виде набора плоских (листовых) дугообразных рессор - рессорная система.
На фиг.1 представлено измерительное многорычажное устройство в сборе с силовыми центраторами, в котором рычажная система выполнена в виде набора плоских дугообразных рессор - рессорная система.
На фиг.2 изображено измерительное многорычажное устройство в сборе с силовыми центраторами, в котором рычажная система выполнена в виде набора многозвенных рычагов, шарнирно соединенных между собой.
На фиг.3 дана выноска A, показывающая расположение многокольцевого коллектора в кольцевой проточке вращающейся втулки.
На фиг.4 дана выноска Б, показывающая шарнирное соединение конца каждого измерительного рычага на втулке, не обладающей кольцевым коллектором, и имеющего возможность осевого смещения вдоль корпуса втулки для обеспечения независимого слежения каждым измерительным рычагом за изменением профиля стенки скважины.
Многорычажное измерительное устройство установлено на корпусе 1 скважинного прибора с силовыми центраторами 2 на концах, обеспечивающими сохранность раздвижных, в рабочем состоянии выходящих за диаметр корпуса скважинного прибора 1 измерительных рычагов 3. Измерительные рычаги 3 шарнирными соединения 4 и 5 соединены своими окончаниями с вращающимися втулками 6 и 7, установленными на корпусе 1 скважинного прибора. Измерительные рычаги 3 могут быть выполнены в виде набора дугообразных листовых рессор с шарнирными соединениями 4 и 5 (рессорная система) (фиг.1) или в виде набора рычагов с шарнирными соединениями 4 и 5, соединенных между собой шарнирами 8 (рычажная система) (фиг.2). Вращающиеся втулки 6 и 7 на корпусе 1 прибора зафиксированы от осевого смещения кольцевыми выступами 9 и кольцевыми упорами 10 (фиг.3). Во втулке 6 выполнена кольцевая проточка 11, которая при сборке с корпусом 1 образует герметичное пространство с торцевыми уплотнениями 12, заполненное электрически непроводящей жидкостью. Внутри кольцевой проточки 11 на поверхности корпуса 1 скважинного прибора неподвижно закреплен ряд кольцевых щеток 13 многокольцевого коллектора. Кольцевые щетки 13 соединяются электрическими проводами 14 в количестве М штук через герметичные электровводы (гермовводы) 15 с регистрирующей системой 16 внутри корпуса 1 скважинного прибора. Закрепленные во втулке 6 с помощью фиксатора 17 кольцевые щетки 18 охватывают установленные на корпусе 1 щетки 13, образуя скользящие электрические парные контакты многокольцевого коллектора. Кольцевые щетки 18 проводами с электровводами 19 подсоединены к проводам 20, подведенным к измерительным датчикам 21 (фиг.1 на измерительных рычагах 3. Количество кольцевых пар щеток указанного коллектора определяется числом М независимых измеряемых каналов и каналов питания измерительных датчиков 21. Шарнирные соединения 5 каждого измерительного рычага 3 имеют возможность смещаться по пазам 22 втулки 7 вдоль оси прибора, обеспечивая слежение измерительными рычагами 3 за изменениями профиля стенки скважины за счет упругости листовых рессор или за счет упругости пружин 23 (фиг.4). Устройство работает следующим образом.
При перемещении прибора в скважине раскрытые измерительные рычаги 3, шарнирами 4 и 5 закрепленные на вращающихся относительно корпуса 1 скважинного прибора втулках 6 и 7, отслеживают профиль скважины. Установленные на рычагах 3 измерительные датчики 21, например датчики притока, передают регистрируемый сигнал по проводам 20 через гермовводы 19 к щеткам 18 многокольцевого коллектора. Щетки 18 соприкасаются со щетками 13, которые передают регистрируемый сигнал через герметичные электровводы 15 по проводам 14 в электронный блок 16. Каждый датчик, установленный на измерительных рычагах, имеет свой канал питания и измерения, количество М которых определяется числом пар контактных щеток многокольцевого коллектора. Измерительными датчиками могут быть датчики давления, температуры, состава жидкости, притока и т.д.
Таким образом, возможность проворота многорычажного измерительного устройства относительно корпуса скважинного прибора и наличие при этом устойчивой электрической связи измерительных датчиков с регистрирующей системой обеспечивают получение надежных и достоверных результатов исследований в сложных геолого-технических условиях проведения каротажа горизонтальных скважин приборами, оснащенными рычажными измерительными устройствами, выступающими за диаметр прибора с механическим контактом со стенкой скважины.
Отличительной особенностью заявляемой конструкции является крепление измерительных рычагов на втулках, вращающихся относительно корпуса скважинного прибора. Такое крепление рычагов при работе развязывает силовое воздействие вращения бурового инструмента на измерительные рычаги и обеспечивает прохождение кавернозных участков горизонтального ствола скважины без поломки измерительных рычагов, что повышает надежность прибора. Кроме того, заявляемая конструкция снабжена многоканальным кольцевым коллектором, который позволяет осуществлять отдельную электрическую связь (по М каналам) между всеми измерительными датчиками на вращающихся рычагах с регистрирующим электронным блоком внутри скважинного прибора. Такая конструкция повышает надежность электрической связи в приборе, так как исключает скручивание электрических проводов и их обрыв.
Следует заметить, что известен профилемер для исследования вертикальных скважин, в котором измерительное устройство в виде пружины-лыжи, отслеживающее изменение профиля ствола скважины, установлено на подвижной втулке с постоянным магнитом. Постоянный магнит, перемещаясь с втулкой вдоль корпуса прибора, воздействует на магниторезистивные элементы, установленные внутри прибора, осуществляя преобразование механического перемещения измерительного устройства в электрический сигнал («Скважинный профилемер» Авт.Свид. СССР №1574804, Бюл. №24, опубл. 30.06.90 г.). В данном измерительном устройстве втулка с закрепленными на ней пружинами-лыжами имеет возможность вращаться и смещаться в определенных пределах вдоль оси прибора.
Недостатком данного устройства является то, что оно обеспечивает преобразование только одного вида воздействия внешней среды в электрический сигнал измерительной схемы прибора, а именно измерение диаметра скважин, и не может обеспечить многопараметровые измерения в скважине.
Дополнительно известна кабельная головка, обеспечивающая электрическую связь геофизического кабеля со скважинным прибором, в которой установлен коллектор, допускающий раскручивание кабеля относительно скважинного прибора при спускоподъемных операциях, сохраняя при этом стабильное электрическое питание скважинного прибора и регистрацию результатов исследований, и обеспечивающий увеличение срока службы каротажного кабеля (Авт.св. СССР №274037, опубл. 24.06.1970 г., бюл. №21).
Указанный коллектор в основном применяется при осуществлении связи между электрическим кабелем и скважинным прибором, соединенным между собой вертикальной связкой, и содержит корпус и хвостовик с подшипниками, систему контактных колец (по числу жил кабеля) на хвостовике и систему токосъемных щеток на корпусе, а также компенсационные поршни и предохранительные колпаки.
Конструктивное отличие заявляемого измерительного многорычажного устройства от известного заключается в том, что контакты пары заявляемого коллектора помещены в компактную герметичную полость, образованную стенкой вращающейся относительно корпуса прибора втулки, к которой шарнирно крепятся измерительные рычаги с выносными за корпус прибора датчиками, и корпусом скважинного прибора, что обеспечивает через герметичные электровводы отдельную электрическую связь от каждого вращающегося датчика на измерительных рычагах с регистрирующей системой, расположенной внутри корпуса скважинного прибора.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критериям «существенные отличия», «новизна» и «промышленная применимость».