Прижимное устройство скважинных датчиков упругих колебаний

 

Использование: в скважинной сейсмометрии. Сущность изобретения: прижимное устройство скважинных датчиков упругих колебаний содержит центральную штангу 1 с головкой 2 и хвостовиком 3 и смонтированный на ней механизм прижима, который включает верхнюю и нижнюю подвижные муфты 4 и 5, подпружиненные в осевом направлении спиральными пружинами сжатия 6 и 7, одна из которых жестко закреплена на головке, а другая - на хвостовике. Встречное передвижение муфт вдоль штанги под действием пружин ограничено упорами 8 и 9, установленными на ней. Муфты с помощью системы рычагов 10 и 11 шарнирно соединены с датчиками 12. Муфты имеют тарельчатую форму, снабжены отверстиями 13 и 14 для перетока бурового раствора при перемещении устройства вдоль скважины и выполнены из материала - армированной резины. Устройство позволяет получать неискаженные кабельными волнами сейсмические записи в широком диапазоне изменения диаметра скважин и надежно защитить датчики от механических повреждений. 3 ил.

Изобретение относится к технике геофизических исследований скважин и может быть использовано в скважинной сейсмометрии.

Известны управляемые прижимные устройства многократного действия [1] применяемые в аппаратуре вертикального сейсмического профилирования (ВСП), в которых прижимной рычаг (лапа) раскрывается и убирается по команде, подаваемой по кабелю с поверхности земли. При раскрытии рычага весь прибор вместе с датчиком упругих колебаний прижимается к стенке скважины. При этом для надежного прижима прибора необходимо создать значительное прижимное усилие. Это может быть достигнуто только с помощью сложных механизмов раскрытия, что усложняет конструкцию, повышает вероятность отказа датчиков и может привести к созданию аварийной ситуации в скважине. Таким образом, сложность и невысокая эксплуатационная надежность подобных устройств является их основным недостатком.

В то же время в аппаратуре, использующей современную элементную базу (микросхемы, микромодули), для получения требуемой геофизической информации достаточно прижать к стенке скважины только датчик. В этих случаях целесообразно использовать более простые и надежные неуправляемые прижимные устройства рычажного или рессорного типа.

Известны прижимные устройства [2] содержащие центральную штангу с головкой и хвостиком и смонтированный на ней механизм прижима, который включает две подвижные муфты и стягивающие их вдоль штанги пружины. Муфты с помощью системы рычагов шарнирно соединены с датчиками, скользящими по стенкам скважины. Недостатком этих устройств является небольшой (20 22^o) угол раскрытия рычагов (угол между вертикалью и направлением рычага при максимальном раскрытии). Это приводит к нарушению контакта датчиков со стенкой скважины в кавернах. Кроме того, постоянный контакт датчиков со стенками скважины может привести к их разрушению в результате механических повреждений.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по своей технической сущности и достигаемому техническому эффекту является прижимное устройство [3] принятое нами за прототип.

Устройство содержит центральную штангу с головкой и хвостовиком и смонтированный на ней механизм прижима. Последний включает верхнюю и нижнюю подвижные муфты, которые подпружинены в осевом направлении спиральными пружинами сжатия, одна из которых жестко закреплена на головке, а другая на хвостовике, и шарнирно соединены с рессорами, на вершинах которых установлены датчики, скользящие по стенке скважины. Встречное передвижение муфт вдоль центральной штанги ограничено упорами, установленными на ней. Устройство имеет те же недостатки, что и рассмотренный выше аналог [2] то есть недостаточно большой угол раскрытия рычагов и возможность разрушения датчиков в результате механических повреждений. Кроме того, рессорный прижим не может обеспечить отвязку датчиков от поверхности, так как кабель должен быть всегда натянут и, следовательно, подавление кабельных волн и получение неискаженной сейсмической записи невозможно.

Цель предлагаемого технического решения состоит в получении неискаженной сейсмической записи в широком диапазоне изменения диаметра скважин, а также обеспечение надежной защиты датчиков от механических повреждений.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве [3] муфты имеют тарельчатую форму, снабжены отверстиями для перетока бурового раствора при перемещении устройства вдоль скважины и выполнены из материала - армированной резины.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство при движении вверх по скважине; на фиг. 2 при остановке для замера; на фиг. 3 при движении вниз по скважине.

Прижимное устройство скважинных датчиков упругих колебаний содержит центральную штангу 1 с головкой 2 и хвостовиком 3 и смонтированный на ней механизм прижима, включающий верхнюю и нижнюю подвижные муфты 4 и 5, подпружиненные в осевом направлении спиральными пружинами сжатия 6 и 7, одна из которых жестко закреплена на головке, а другая на хвостовике. Передвижение муфт вдоль штанги под действием пружин ограничено упорами 8 и 9, установленными на ней. Упоры представляют собой сквозные продольные отверстия, выполненные на штанге, в которые при монтаже устройства вставляются фиксирующие стержни, закрепляемые на муфтах. Муфты с помощью системы рычагов 10 и 11 шарнирно соединены с датчиками 12. Муфты имеют тарельчатую форму, снабжены отверстиями 13 и 14 для перетока бурового раствора при перемещении устройства вдоль скважины и выполнены из материала армированной резины.

Устройство работает следующим образом.

После подсоединения к каротажному кабелю через головку 2 и подвешивания к хвостовику 3 груза для улучшения прохождения по скважине устройство опускают для замера на заданную глубину. При спуске под действием встречного напора столба жидкости верхняя подвижная муфта 8, перемещаясь вдоль штанги 1 вверх, сжимает пружину 6. Поскольку при этом нижняя муфта 7, также перемещаясь вверх, займет крайнее верхнее положение, ограниченное упором 9, рычаги 10 и 11 спрямляются и убирают датчики 12 в пространство между муфтами 4 и 5, где они надежно защищены от механических повреждений.

На заданной глубине устройство останавливают. При этом пружины 6 и 7 распрямляются, перемещая муфты 4 и 5 навстречу до тех пор, пока датчики 12 рычагами 10 и 11 не будут прижаты к стенкам скважины. В этом положении ослабляют кабель и производят замер, после чего опускают или поднимают устройство на следующую точку для проведения очередного замера.

При подъеме нижняя муфта 5, перемещаясь вдоль штанги 1 вниз, сжимает пружину 7, а верхняя муфта 4 при этом занимает крайнее нижнее положение, ограниченное упором 8. При этом рычаги 10 и 11 спрямляются и снова убирают датчики 12 в пространство между муфтами 4 и 5.

Тарельчатая форма муфт способствует образованию поршневого эффекта, достаточного для максимального сжатия пружин. С другой стороны, чтобы поршневой эффект не был чрезмерно большим и не препятствовал перемещению устройства вдоль скважины с требуемой скоростью (обычно 1500 м/ч), в муфтах предусмотрены отверстия для перетока бурового раствора.

Конструкция позволяет увеличить угол раскрытия рычагов, по крайней мере, до 45^o. Этим обеспечивается надежный контакт датчиков со стенкой скважины и достаточная для отвязки датчиков от поверхности сила прижима в широком диапазоне изменения диаметра скважин. Для работы в скважинах различного диаметра имеется набор муфт и рычагов соответствующего размера.

Дополнительному снижению акустической связи датчиков с кабелем способствует выполнению муфт из резины, которая гасит кабельную волну. Для увеличения прочности резина армирована стальными прутьями.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получать неискаженные кабельными волнами сейсмические записи, пригодные не только для кинематической, но и для динамической обработки в широком диапазоне изменения диаметра скважин, а также надежно защитить датчики от механических повреждений.

Формула изобретения

Прижимное устройство скважинных датчиков упругих колебаний, содержащее центральную штангу с головкой и хвостовиком и смонтированный на ней механизм прижима, включающий верхнюю и нижнюю подвижные муфты, которые подпружинены в осевом направлении спиральными пружинами сжатия, одна из которых жестко закреплена на головке, а другая на хвостовике, и шарнирно соединены с помощью рычажной системы с датчиками, причем встречное передвижение муфт вдоль штанги под действием пружин ограничено упорами, установленными на ней, отличающееся тем, что муфты имеют тарельчатую форму, снабжены отверстиями для перетока бурового раствора при перемещении устройства вдоль скважины и выполнены из материала армированной резины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3