устройство для спуско-подъемных операций в скважинах

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУСКО-ПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЙ В СКВАЖИНАХ, содержащее смонтированный на станине блок-баланс с осью, узел поворота многоприборных зондов, выполненный в виде корпуса, направляющего ролика и приводного пневмоцилиндра со штоком, отличающееся тем, что оно снабжено опорой качения, коромыслом П-образной формы, выполненным с возможностью охвата блок-баланса и связанным со станиной, приводом перемещения блок-баланса выполненным в виде двуплечего рычага, одно из плеч которого жестко связано с осью блок-баланса, а на другом установлена приводная рукоятка с фиксатором, при этом коромысло одним концом шарнирно соединено со станиной и опорой рычага, а противоположным в средней своей части - со штоком пневмоцилиндра, причем последний жестко связан с корпусом, опора качения выполнена с возможностью контактирования с корпусом и размещена в зоне соединения коромысла со штоком, а геометрические оси коромысла и штока образуют тупой угол.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для спуско-подъемных операций в скважинах, и может быть использовано для спуска и подъема многоприборных зондов при каротаже скважин.

Известно устройство для спуско-подъемных операций в скважинах [1], содержащее станину, ролик блок-баланса, шарнирно закрепленную на станине стрелу с роликом и двумя стопорами, два прикрепленных к станине упора с роликами и штырями и укрепленную на станине лебедку. Лебедка и стрела соединены тросами, проходящими через ролики. Стопоры служат для предотвращения скольжения стрелы по упорам. Штыри удерживают тросы на роликах.

Устройство работает следующим образом.

При спуске многоприборных зондов в скважину, когда одна секция зонда находится между роликами, а стрела путем намотки тросов на барабан лебедки поднимается в вертикальное положение и устанавливается на упоры, стрела фиксируется стопорами. Скорость подъема стрелы соответствует скорости размотки кабеля с барабана лебедки подъемника.

Когда секция зонда уходит в скважину, трос разматывается, и стрела опускается в горизонтальное положение для подхвата следующей секции зонда. Желобы роликов находятся в створе, поэтому после опускания стрелы кабель точно попадает в желоб ролика.

После опускания последней секции многоприборного зонда в скважину дальнейший спуск ведется с помощью ролика блок-баланса. При подъеме многоприборного зонда из скважины стрела ставится на упоры. Когда первая секция многоприборного зонда выходит из скважины и находится в вертикальном положении, стрела опускается в горизонтальное положение, и при этом секция располагается между роликами блок-баланса и стрелы. Затем лебедкой каротажного подъемника производят подъем многоприборного зонда до появления следующей секции. При появлении следующей секции из скважины лебедкой устанавливают стрелу в вертикальное положение и приподнимают из скважины последующую секцию многоприборного зонда. И так цикл повторяется.

Недостатками данного устройства являются его большие габариты и масса вследствие выполнения металлоемкими основания, лебедки привода стрелы и большого количества блоков. Отсутствие жесткой связи блок-баланса с колонной головкой скважины требует жесткой связи с грунтом, что также приводит к увеличению габаритов и массы.

Известно также устройство для спуско-подъемных операций в скважине [2], содержащее основание со стойкой, шарнирно закрепленный на станине контейнер с роликом, фиксатор, блок-баланс и гидроцилиндр со штоком. Гидроцилиндр шарнирно связан с основанием и контейнером. В контейнере размещаются секции многоприборного зонда, соединенного с лебедкой подъемника геофизическим кабелем.

Устройство работает следующим образом.

Спуск многоприборного зонда в скважину начинается с размещения его первой секции в горизонтально расположенном контейнере и подъема его в вертикальное положение соосно со скважиной. После приведения гидроцилиндром контейнера в вертикальное положение многоприборный зонд лебедкой каротажного подъемника приспускается до уровня, при котором первая секция многоприборного зонда будет опущена в скважину. Затем контейнер опять гидроцилиндром опускается в горизонтальное положение за последней секцией многоприборного зонда. И так цикл повторяется до спуска в скважину всех многоприборного зонда, после чего контейнер устанавливается в горизонтальное положение, а подъемником производят спуск до забоя и проводят в скважине геофизические исследования в установленном порядке.

Подъем многоприборного зонда из скважины производится в обратной последовательности. Верхнюю секцию многоприборного зонда приподнимают до выхода ее верхнего конца из скважины, после чего гидроцилиндром устанавливают контейнер в вертикальное положение. Затем приподнимают верхнюю секцию подъемником до размещения ее в контейнере и гидроцилиндром устанавливают контейнер вместе с верхней секцией многоприборного зонда в горизонтальное положение. После этого каротажным подъемником поднимают многоприборный зонд из скважины до выхода последующей секции из скважины. Вышеуказанные операции повторяют до полного подъема многоприборного зонда.

Однако данное устройство имеет массивное основание, на котором смонтированы все узлы устройства, которое установлено на грунте и жестко с ним связано. Подъем контейнера в вертикальное положение и наоборот осуществляется шарнирно связанным с ними гидроцилиндром, имеющим также достаточно большие габариты и массу. Дополнительно применение гидроцилиндра требует двух рукавов для подвода и отвода рабочей жидкости, что приводит к увеличению массы.

Наличие элементов связи основания с грунтом, массивность основания, большие габариты гидроцилиндра, применение сливной линии вызывают значительные габариты и массу данного устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для спуско-подъемных операций в скважинах [3], содержащее станину, установленную на устье скважины, блок-баланс, на оси которого смонтирован узел поворота, включающий направляющий ролик и ограничитель радиальных перемещений конца секции многоприборных зондов, выполненный в виде свободновращающегося ролика.

Узел поворота посредством исполнительного гидроцилиндра через кинематическую связь шарнирно соединен со станиной. Узел поворота имеет возможность поворачиваться и переводить секции многоприборных зондов из горизонтального в вертикальное положения и наоборот. В блок-балансе выполнены желобки для геофизического кабеля и для секций многоприборных зондов. Свободно вращающийся ролик имеет также желобки как для геофизического кабеля, так и для многоприборного зонда. Направляющий ролик имеет также желобки как для многоприборного зонда, так и для геофизического кабеля. Радиусы желобков блок-баланса, свободно вращающегося и направляющих роликов выполнены равными или несколько большими радиуса секций многоприборного зонда.

Устройство работает следующим образом.

Станина с блок-балансом устанавливается на устье скважины, а каротажный подъемник размещается на расстоянии от устья в зависимости от интервала между первым и последним приборами. Спуск многоприборного зонда начинается с ввода в скважину первой секции многоприборного зонда, при этом узел поворота находится в горизонтальном положении.

Первоначально первая секция одним концом вставляется между желобками блок-баланса и свободно вращающегося ролика, а другим укладывается на желобок направляющего ролика. Затем гидроцилиндром поднимают узел поворота в положение, при котором первая секция многоприборного зонда устанавливается вертикально. Секция под собственным весом начинает опускаться в скважину, а геофизический кабель, стравливаемый с лебедки каротажного подъемника, располагается в малых желобках направляющего ролика и блок-баланса. После опускания первой секции в скважину гидроцилиндром устанавливают узел поворота в горизонтальное положение и укладывают следующую секцию и так далее до опускания всех секций в скважину.

При подъеме многоприборного зонда из скважины узел поворота устанавливается в вертикальном положении и подъемником с геофизическим кабелем поднимают верхнюю секцию из скважины до положения, когда данная секция расположится между направляющим роликом и блок-балансом. После этого узел поворота вместе с секцией многоприборного зонда поворачивают в горизонтальное положение, каротажным кабелем посредством подъемника смещают верхнюю секцию до появления из скважины последующей секции, после чего узел поворота устанавливают в вертикальное положение. И так циклы повторяют до полного извлечения многоприборного зонда из скважины.

Данное устройство имеет массивную станину, на которой установлен узел поворота, включающий также массивный корпус треугольной формы, в двух вершинах которого установлены свободно вращающиеся и направляющие ролики. Поскольку в роликах выполнены желобки для приборов, сами ролики имеют достаточно большую ширину. Одновременно блок-баланс снабжен также желобком для прибора, что делает его ширину достаточно большой. В данном устройстве гидроцилиндр пересекает контур блок-баланса, что вызывает необходимость его смещения относительно контура блок-баланса и приводит к консольному закреплению, вызывающему увеличению массы деталей. Таким образом, данная конструкция выполнена достаточно металлоемкой и крупногабаритной, что приводит к увеличению ее массы. Большие габариты и большая масса являются главными недостатками данного устройства.

Основными недостатками аналогов и прототипа являются большие габариты главных узлов, что приводит к большой массе устройств. Поскольку данные устройства устанавливаются на скважины вручную, то снижение массы и уменьшение габаритов является весьма актуальной задачей.

Предложенное техническое решение направлено на создание малогабаритного устройства для спуско-подъемных операций в скважинах, с помощью которого можно осуществлять спуск в скважину многоприборных зондов, при этом данное устройство должно иметь незначительные габариты, позволяющие его транспортировать в кузове каротажного подъемника, а также вручную устанавливать на скважину. Для решения вышеуказанной задачи устройство для спуско-подъемных операций в скважинах, содержащее смонтированный на станине блок-баланс с осью, узел поворота многоприборных зондов с корпусом, направляющим роликом и приводным пневмоцилиндром со штоком, снабжено охватывающим блок-баланс коромыслом П-образной формы, одними концами шарнирно соединенного со станиной, а противоположным в средней его части - с штоком пневмоцилиндра, жестко соединенного с корпусом узла поворота многоприборных зондов. Такое выполнение устройства позволяет для жесткости корпуса использовать корпус пневмоцилиндра, а также значительно уменьшить его габариты за счет применения коромысла П-образной формы. Данное устройство снабжено также приводом перемещения блок-баланса, выполненным в виде двуплечего рычага, одно из плеч которого жестко связано с осью блок-баланса, а на другом установлена приводная рукоятка с фиксатором, что обеспечивает в процессе входа или выхода секций в скважину отвести блок-баланс с устья скважины и при этом нет необходимости увеличивать габариты для выполнения в нем канавок для прохода секций многоприборных зондов, что также снижает габариты и массу.

Дополнительно в месте соединения коромысла со штоком в данном устройстве установлена контактирующая с корпусом опора качения, а геометрические оси коромысла и штока образуют тупой угол. Применение опоры качения также позволяет уменьшить габариты штока пневмоцилиндра, так как она исключает приложение изгибающего момента к штоку, тупой угол между геометрическими осями коромысла и штока уменьшает нагрузки и, как следствие, габариты и массу.

Таким образом, в данном устройстве значительно уменьшены габариты и масса, что позволяет получить положительный результат, а именно создать легкое и малогабаритное устройство для спуска многоприборных зондов, которое быстро и удобно устанавливается на устье скважины, снимается с устья скважины и укладывается в механическом отсеке подъемника.

На фиг. 1 показано устройство для спуско-подъемных операций в скважинах, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - устройство в вертикальном положении; на фиг. 5 - вид по стрелке В на фиг. 4; на фиг. 6 - вид по стрелке Г на фиг. 4; на фиг. 7 - сечение Д-Д на фиг. 4; на фиг. 8 - сечение Е-Е на фиг. 4; на фиг. 9 - сечение И-И на фиг. 3.

Устройство содержит станину 1, смонтированный на станине 1 блок-баланс 2 с осью 3 и шарнирно связанный со станиной 1 узел поворота 4 с фиксатором 5. Узел поворота 4 включает корпус 6, на одном конце которого установлен направляющий ролик 7, а в средней части - пневмоцилиндр 8 со штоком 9 и опорой качения 10. Противоположный конец корпуса 6 выполнен П-образной формы и соединен со станиной 1. Шток 9 пневмоцилиндра 8 через опору качения 10 и ось 12 шарнирно соединен с одним концом коромысла 13, выполненного П-образной формы, а противоположные его концы осями 14 шарнирно соединены со станиной 1. Управление пневмоцилиндром 8 осуществляется пневмораспределителем 15, который направляет попеременно сжатый воздух по трубопроводу 16 в штоковую и по трубопроводу 17 в бесштоковую его полости. Блок-баланс 2 снабжен приводом его перемещения 18, включающим двуплечий рычаг 19 и рукоятку 20.

В корпус 6 узла поворота 4 укладываются секции 21 многоприборных зондов таким образом, чтобы его левый торец контактировал с упором 22, и при подъеме узла поворота 4 в вертикальное положение данные секции 21 спускаются в скважину 23 посредством геофизического кабеля 24. Жесткая связь одного из плеч двуплечего рычага 19 (см.фиг.2) с осью 3 блок-баланса 2 осуществляется винтами 25. На фиг. 4 показана установка узла поворота 4 и секции 21 многоприборного зонда в вертикальном положении, при этом нижний торец секции 21 не контактирует с упором 22. На фиг. 5 показан вид В при установленном в вертикальном положении узла поворота 4 и секции 21 многоприборного зонда. Жесткая связь станины 1 (см.фиг.4) со скважиной осуществляется болтами 26. Корпус 6 узла поворота 4 (см.фиг.7) выполнен серпообразной формы и снизу усилен квадратной трубой 27, с которой постоянно контактирует ролик 28, установленный на оси 29 опоры 10. Рукоятка 20 привода перемещения 18 блок-баланса 2 выполнена составной и включает стаканообразный корпус 30, жестко связанный с одним из плеч двуплечего рычага 19, внутри которого установлен стержень 31 с пружиной 32, а снаружи - подвижный колпак 33. Стержень 31 в верхней своей части имеет фиксатор 34, который входит в отверстие 35 станины 1, а в нижней - резьбовой хвостовик 36, посредством которого и гайки 37 данный стержень 31 жестко связан с подвижным колпаком 33. В станине 1 (см.фиг.9) выполнены фигурные пазы 38, в которые устанавливаются концы оси 3 блок-баланса 2 при расположении последнего на устье скважины 23, когда геометрическая ось скважины 23 является касательной к геометрической оси геофизического кабеля 24.

Устройство работает следующим образом.

Станина 1 с блок-баланса 2 устанавливается на скважине 23 и крепится к ней болтами 26, а каротажный подъемник (не показан) размещается от скважины 23 в зависимости от интервала между первой и последней секциями 21 многоприборного зонда. Узел поворота 4 при этом расположен в горизонтальном положении, а блок-баланс 2 приводом его перемещения 18 отведен от оси скважины 23.

Первоначально укладывают первую секцию 21 многоприборного зонда в серповидный корпус 6 узла поворота 4 таким образом, чтобы его левый торец контактировал с упором 22. Затем пневмораспределителем 15 подают воздух под давлением по трубопроводу 16 в бесштоковую полость пневмоцилиндра 8, а штоковая его полость через трубопровод 16 и пневмораспределитель 15 соединяется с атмосферой. Под действием давления сжатого воздуха шток 9 пневмоцилиндра выдвигается и через коромысло 13 и оси 14 передает усилие на станину 1. Так как геометрические оси коромысла 13 и штока 9 расположены под тупым углом, то при взаимодействии коромысла 13 и штока 9 через ось 12 опоры качения 10 возникает сила, расположенная перпендикулярно геометрической оси штока 9, которая взаимодействует через пневмоцилиндр 8 на корпус 6 узла поворота 4. Данная сила поворачивает узел поворота 4 на осях 11 в вертикальное положение. В процессе подъема узла поворота 4 в вертикальное положение каротажным подъемником (не показан) медленно подтравливают геофизический кабель 24. В крайнем вертикальном положении корпус 6 узла поворота 4 устанавливается с небольшим наклоном, достаточным для того, чтобы секция 21 многоприборного зонда соскочила с упора 22 и при этом положении корпус 6 фиксируется на станине 1 фиксатором 5.

Разматывая геофизический кабель 24 с лебедки каротажного подъемника (не показан), через направляющий ролик 7 спускают первую секцию 21 многоприборного зонда в скважину 23. После опускания первой секции 21 в скважину 23 лебедку останавливают и переводят приводом перемещения 18 блок-баланс 2 на устье скважины 23. Для этой цели вручную оттягивают колпак 33, который через гайку 37 и резьбовой хвостовик 36 стержня 31 сжимает пружину 32 и извлекает фиксатор 34 из отверстия 35 станины 1. Рукояткой 20 поворачивают двуплечий рычаг 19 на оси 14 против часовой стрелки. Двуплечий рычаг 19, поворачиваясь против часовой стрелки, переводит жестко связанную винтами 25 ось 3, а вместе с ней и блок-баланс 2 на устье скважины 23 до установки концов оси 3 в фигурные пазы 38 станины 1. После этого колпак 33 отпускают, фиксатор 34 входит в соответствующее отверстие 35 станины 1 и фиксирует блок-баланс 2 в данном положении. Конструктивно данная установка блок-баланса 2 обеспечивает расположение геофизического кабеля 24 в желобке блок-баланса 2. Затем пневмораспределителем 15 по трубопроводу 16 подают воздух под давлением в штоковую полость пневмоцилиндра 8, а бесштоковая полость по трубопроводу 17 через пневмораспределитель 15 соединяется с атмосферой. Под действием давления сжатого воздуха шток 9 втягивается и взаимодействует через опору качения 10, ось 12, коромысло 13 и ось 14 со станиной 1. В результате данного взаимодействия корпус 6 узла поворота 4 на осях 11 переходит в горизонтальное положение, при этом геофизический кабель располагается в желобках блок-баланса 2 и направляющего ролика 7. Коромысло 13 в данном устройстве выполнено П-образной формы, что обеспечивает его симметричную связь со станиной 1 с возможностью охвата блок-баланса 2.

Такая конструкция позволяет выполнить его минимальным по весу и габаритам. Опора качения 10, соединяющая второй конец коромысла 13 в средней его части, снабжена роликом 28, установленным на оси 29, постоянно контактирующим с квадратной трубой 27 корпуса 6, служит дополнительной точкой опоры, исключающей возникновение изгибающего момента, приложенного к штоку 9 пневмоцилиндра 8, что также позволяет выполнить его минимальным по весу и габаритам. После установки узла поворота 4 в горизонтальное положение или близкое к нему медленно стравливают геофизический кабель 24 с лебедки каротажного подъемника и за счет веса первой секции 21, находящейся в скважине, секции перемещаются по линии натяжения геофизического кабеля 24 до установки последующей секции в серповидном корпусе 6 узла поворота 4 и контакта ее левого торца с упором 22. Затем вышеизложенным способом устанавливают узел поворота 4 в вертикальное положение. Подтравливанием геофизического кабеля 24 с лебедки каротажного подъемника спускают в скважину 23 вторую секцию 21 многоприборного зонда. И так циклы повторяются до спуска всех секций 21 многоприборного зонда. После спуска в скважину 23 последней верхней секции 21 многоприборного зонда узел поворота 4 устанавливают в горизонтальное положение, геофизический кабель 24 занимает положение в желобке блок-баланса 2 и производят спуск многоприборного зонда на забой скважины 23. При подъеме секций 21 многоприборного зонда из скважины 23 узел поворота 4 фиксируется фиксатором 5 в вертикальном положении. Операции подъема секций 21 многоприборных зондов производятся таким же образом, как и при их спуске, но в обратной последовательности.

Таким образом, снабжение охватывающим блок-баланс коромыслом П-образной формы, обеспечивающим приложение к станине и коромыслу симметричных нагрузок в виде сил сжатия или растяжения, позволяет свести до минимума образование несимметричных нагрузок и изгибающих моментов. Расположение пневмоцилиндра на корпусе узла поворота и жесткая связь корпуса пневмоцилиндра с корпусом узла поворота позволяет использовать корпус пневмоцилиндра как силовую часть для ужесточения корпуса узла поворота. Шарнирное соединение средней части коромысла со штоком пневмоцилиндра через опору качения, контактирующую с корпусом узла поворота, также исключает возникновение в звеньях шток пневмоцилиндра - коромысло изгибающих моментов, что дает возможность выполнить их минимальными по габаритам и массе.

Снабжение устройства приводом перемещения блок-баланса, выполненным в виде двуплечего рычага, одно из плеч которого жестко связано с осью блок-баланса, а на другом установлена приводная рукоятка с фиксатором, позволяет сместить блок-баланс с оси скважины и обеспечить спуск секции многоприборных зондов в скважину, что исключает необходимость выполнять на блок-балансе желобки для прохода секций многоприборных зондов. Перемещение с устья скважины блок-баланса позволяют выполнить ширину блок-баланса минимальной, достаточной только для выполнения желобка под геометрический кабель. Данные признаки позволяет выполнить блок-баланс и станину минимальными по габаритам и массе.

В сравнении с прототипом предложенное устройство выполнено достаточно меньшим по габаритам и массе, что важно в процессе его ручной установке на устье скважины.