устройство для спуска кабеля в скважину

Формула изобретения

1. Устройство для спуска кабеля в скважину, оборудованную фонтанной арматурой, содержащее длинный длинномерный элемент в виде кабеля для подвески приборов, лубрикатор с сальниковым уплотнением для этого кабеля, гидравлический привод, включающий распределительное, запорное и запорно-дроссельное устройства, а также выходную приводную часть в виде гидродвигателя, который расположен между сальником лубрикатора и устьем скважины и содержит герметичный цилиндрический корпус, расположенную в нем тяговую разрезную втулку, выполненную из мягкого упругого материала, предназначенную для захвата и перемещения кабеля вниз, в скважину, и охватывающую при этом кабель, а также два поршня, которые находятся по разные стороны от этой втулки, установлены с возможностью взаимодействия с ней и перемещения в корпусе гидродвигателя и которые снабжены штоками, направленными в противоположные стороны и уплотненными в корпусе с образованием в нем рабочих полостей, расположенных у торцов поршней соответственно со стороны устья скважины и со стороны сальника лубрикатора, отличающееся тем, что противолежащие торцы поршней снабжены дополнительными полыми штоками, один из которых охватывает другой шток, сопряжен и уплотнен с ним по цилиндрической поверхности, установлен с возможностью взаимного перемещения относительно него и образует своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью корпуса и упомянутыми противолежащими торцами поршней изолированную от полости устья скважины воздушную полость, при этом наружный диаметр поршня, расположенного со стороны сальника лубрикатора выполнен по размеру больше, чем наружный диаметр поршня, расположенного со стороны устья скважины, причем полость устья скважины одним каналом соединена через запорно-дроссельное устройство с рабочей полостью, расположенной со стороны устья скважины, а другим каналом - через упомянутое распределительное устройство с рабочей полостью, расположенной со стороны сальника лубрикатора, которая, в свою очередь, через то же распределительное устройство соединена со сливом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутая воздушная полость гидродвигателя соединена каналом с герметичным сосудом, способным сохранять внутри себя низкое, близкое к атмосферному, давление при разовом поступлении, а затем отборе такой же порции сжатого воздуха, например, с сосудом, выполненным в виде тонкостенного, очень податливого, закрытого с торцов герметичного сильфона, тонкостенной резиновой камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области геофизических и гидродинамических исследований и может быть использовано в нефтяной промышленности, преимущественно при исследовании фонтанирующих скважин с высоким устьевым давлением посредством приборов, подвешиваемых на гибком длинном длинномерном элементе (кабеле, проволоке и т.д.).

На фонтанирующих скважинах, имеющих большое давление в устье, приходится столь сильно зажимать сальниковое уплотнение гибкого длинномерного элемента в узле герметизации лубрикатора, что для осуществления продвижения (проталкивания) этого элемента через сальниковое уплотнение в процессе спуска прибора в скважину его веса вместе с усилием оператора оказывается недостаточно. Для осуществления спуска кабеля в таких случаях используют различные устройства.

Известно устройство для спуска кабеля с подвешенным на нем прибором в фонтанирующую скважину (см., например, а.с. СССР 562643, кл. Е 21 В 47/00), содержащее сальниковое уплотнение в корпусе лубрикатора, привод в виде рукоятки с выходной приводной частью для гибкого длинного длинномерного элемента (кабеля), расположенной между лубрикатором и устьем скважины, состоящей из герметичного корпуса с центральным сквозным отверстием для прохода кабеля и расположенной в нем системы роликов-шестерен. В этом устройстве в процессе спуска кабель зажимается между двумя роликами и затем вращением рукоятки затягивается в скважину. Автоматическое прижатие роликов к кабелю осуществляется за счет подачи под давлением масла в подплунжерную полость устройства. Давление масла обеспечивается, в свою очередь, за счет использования давления рабочей среды, подводимой из устья скважины. Когда вес кабеля вместе с прибором становится достаточным для того, чтобы под действием силы тяжести он сам спускался в скважину, автоматическое прижатие рожков к кабелю отключают.

Основными недостатками этого устройства являются следующие:

- низкая надежность этого устройства в случае его применения в скважинах с высоким устьевым давлением (свыше 70 кг/см²). Это связано с тем, что при таких давлениях сопротивление сальникового уплотнения перемещению кабеля, как уже указывалось, так же велико. Для преодоления этого сопротивления приходится создавать в работе очень большие усилия прижатая роликов к кабелю, что приводит из-за малой площади их соприкосновения к возникновению значительных контактных напряжений, а значит, увеличивается опасность возникновения недопустимых деформаций кабеля и его быстрое разрушение,

- высокая трудоемкость, а значит, и стоимость геофизических исследований, так как привод системы роликов-шестерен осуществляется через рукоятку вручную.

Известно другое аналогичное устройство, которое обладает более высокой надежностью (см. , например, а.с. СССР 876975, кл. Е 21 В 47/00). Повышение надежности в этом известном устройстве достигается за счет его снабжения полугайками с наружной резьбой, которые установлены в проточках шестерен и служат вместо роликов элементами проталкивания соприкасаемого кабеля. Это устройство способно работать при более высоком устьевом давлении, так как у полугаек по сравнению с роликами больше площадь соприкосновения с кабелем и больше коэффициент трения из-за наличия наружной резьбы. Однако применение такого устройства при более высоких давлениях (100 кг/см² и более) затруднено, так как недопустимо возрастает удельное давление вершин витков резьбы твердых полугаек на оплетку кабеля из-за необходимости в работе создавать очень высокие усилия прижатия их друг к другу. Это, в свою очередь, приводит к повреждению кабеля, а значит, к снижению надежности его работы. Интенсивность повреждения усиливается при увеличении отклонений размеров резьб полугаек и оплетки от номинальных, так как при этом уменьшается площадь соприкосновения полугаек и кабеля, а значит, так же снижается надежность. Кроме того, процесс исследования скважин с применением такого устройства довольно трудоемок, так как в нем отсутствует механический привод.

Известно устройство для спуска приборов в скважину с высоким устьевым давлением (см. , например, а. с. СССР 1126688, кл. Е 21 В 47/00), которое способно работать, как указано в описании изобретения, при устьевом давлении 50 МПа (500 кг/см²). В этом известном устройстве спуск прибора в скважину осуществляется зa счет действия на кабель сил тяжести от дополнительно подвешенных на кабель утяжелителей, а ввод их в лубрикатор производится специальным механизмом, включающим лебедку, захват, ролики, удлинители и т. д.

Основные недостатки этого устройства следующие:

- недостаточная надежность устройства, так как подвеска утяжелителей на кабель при заданной глубине спуска прибора существенно увеличивает напряжения растяжения в кабеле, причем, чем выше устьевое давление в скважине, тем больше необходимый для спуска вес груза и тем на большую величину возрастают напряжения в кабеле. Использование утяжелителей снижает запас прочности кабеля, повышается опасность его разрушения.

- высокая стоимость исследовательских работ из-за повышенной их трудоемкости, связанной с необходимостью ручного монтажа и демонтажа большого количества тяжелых деталей (утяжелителей, захватов, роликов, удлинителей и т. д. ), тяжелого устройства в сборе на устье скважины, а также из-за использования механизма перемещения утяжелителей, прибора в лубрикаторе с ручным приводом.

Известно также устройства для спуска прибора в скважину с высоким устьевым давлением, имеющим утяжелитель (см. а. с. СССР 761700, кл. Е 21 В 47/00), у которого отсутствует большинство перечисленных выше недостатков, но оно применимо только в том случае, если имеется местное сужение в стволе скважины, в частности клапан-отсекатель. Причем этот клапан должен находится для получения максимальной надежности на той глубине, на которой сил тяжести от кабеля и подвешенного на нем прибора становится уже достаточным для преодоления сил, действующих на кабель в сальниковом уплотнении лубрикатора.

Известно устройство для спуска приборов в скважину с высоким устьевым давлением, содержащее фонтанную арматуру, лубрикатор с сальниковым уплотнением, гибкий длинномерный элемент, механизм его спуска в скважину, который выполнен в виде системы роликов, соединенных замкнутой лентой, распрямляющейся и сворачивающейся в трубку в месте ее прохода через сальниковое уплотнение лубрикатора, соприкасаемый в этом месте с уплотнением и кабелем и служащий для кабеля проталкивающим элементом механизма спуска (см. а.с. СССР 1059155, кл. Е 21 В 47/00). Применение этого известного устройства существенно снижает стоимость исследовательских работ благодаря наличию гидравлического или электрического двигателя для привода механизма спуска кабеля. Однако оно не может применяться при высоком устьевом давлении скважины, так как невозможно создать прочную ленту, способную выдержать большое тяговое усилие для проталкивания кабеля через сальниковое уплотнение лубрикатора и одновременно очень эластичную, способную сворачиваться в трубку без зазора по торцам этой трубки. Наличие такого зазора значительно снижает уровень давления в устье скважины, для которого можно использовать это известное устройство.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для спуска кабеля в скважину по патенту 2125642, кл. Е 21 В 19/00, 33/03, 47/00. Это известное устройство содержит длинный длинномерный элемент (кабель), лубрикатор с сальниковым уплотнением для этого элемента, гидравлический привод, включающий распределительное, запорное, запорно-дросселирующее устройства, выходную приводную часть (гидродвигатель). Гидродвигатель, в свою очередь, содержит герметичный цилиндрический корпус, расположенную в нем тяговую разрезную втулку, выполненную из мягкого упругого материала, предназначенную для захвата и перемещения кабеля вниз в скважину и охватывающую этот кабель. По разные стороны от этой тяговой разрезной втулки установлены два поршня с возможностью взаимодействия с ней, каждый из которых снабжен штоком, которые направлены в противоположные стороны и уплотнены в корпусе с образованием в нем рабочих полостей, расположенных, соответственно, у торцов поршней со стороны устья скважины и сальника лубрикатора.

Перемещение вниз кабеля в этом известном устройстве (при рабочем ходе) осуществляется за счет подачи рабочей среды в рабочую полость гидродвигателя, расположенную со стороны сальника лубрикатора, с более высоким давлением, чем у рабочей жидкости, подаваемой в рабочую полость, расположенную со стороны устья скважины.

Повышение уровней давления рабочей жидкости, подаваемой в обе рабочие полости, по сравнению с давлением в устье скважины, осуществляется за счет двух дифференциальных цилиндров, а разница в этих давлениях обеих рабочих полостей достигается за счет выполнения разного отношения размеров площадей поршней в каждом из упомянутых дифференциальных цилиндров.

Благодаря подаче в рабочие полости рабочей жидкости с более высоким давлением, чем давление в устье скважины, происходит зажатие кабеля тяговой разрезной втулкой, а затем их совместное движение вместе с поршнями вниз в сторону устья скважины, т.е. рабочий ход. Возвращение обоих поршней вместе с упомянутой втулкой в исходное верхнее положение (при холостом ходе) осуществляется в известном устройстве путем соединения рабочей полости дифференциального цилиндра, расположенной со стороны сальника лубрикатора, со сливом. Для гарантированного устранения натяга между тяговой разрезной втулкой и кабелем при холостом ходе, а также регулирования скорости опускания кабеля на линии подвода рабочей среды в рабочую полость дифференциального цилиндра, расположенную со стороны устья скважины, дополнительно установлено запорно-дросселирующее устройство. Уменьшая проходное сечение для рабочей среды этим дросселирующим устройством, увеличивают относительную скорость перемещения верхнего поршня относительно нижнего при холостом ходе и наоборот.

Таким образом, это известное устройство обеспечивает исследование скважин при высоком давлении в устье скважины, значительно снижает износ тяговой разрезной втулки, т.е. повышается ресурс работы устройства, при его применении значительно снижаются трудоемкость и стоимость геофизических работ.

Однако это устройство имеет ряд недостатков, главные из которых следующие:

- значительные металлоемкость и вес,

- большие трудоемкость изготовления деталей устройства и их стоимость.

Наличие этих недостатков связано с тем, что известное устройство включает два довольно трудоемких и тяжелых дифференциальных гидроцилиндра, которые обычно устанавливают у поверхности земли и соединяют с гидродвигателем длинными шлангами, так как их монтаж на высоте затруднен.

Особое затруднение возникает, в частности, когда приборы, которые нужно опустить в скважину, имеют значительную длину (более метра), что требует установки в этом случае между гидродвигателем и устьем скважины дополнительной цилиндрической проставки, необходимой для размещения такого прибора до открытия задвижки в устье скважины. Максимальное проявление недостатков в данном случае связано с тем, что еще более затруднен монтаж дифференциальных цилиндров на высоте, а при размещении их у поверхности земли приходится использовать шланги (трубопроводы) увеличенной длины.

Задачей изобретения является уменьшение веса, трудоемкости изготовления и стоимости устройства, а также упрощение конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом устройстве для спуска кабеля в скважину, оборудованную фонтанной арматурой, содержащем длинный длинномерный элемент (кабель) для подвески приборов, лубрикатор с сальниковым уплотнением для кабеля, гидравлический привод с выходной приводной частью в виде гидродвигателя, включающем также запорно-дроссельное и распределительное устройства и источник гидравлической энергии, особым образом выполнен гидродвигатель. Этот гидродвигатель, содержащий, в свою очередь, герметичный цилиндрический корпус, расположенную в нем тяговую разрезную втулку, выполненную из мягкого упругого материала, предназначенную для захвата и перемещения кабеля вниз в скважину и охватывающую этот кабель, а также два поршня, которые находятся по разные стороны от этой тяговой разрезной втулки, установленные с возможностью взаимодействия с ней и перемещения в корпусе этого гидродвигателя, снабженные штоками, направленными в противоположные стороны и уплотненными в корпусе с образованием в нем рабочих полостей, расположенных у торцов поршней соответственно со стороны устья скважины и со стороны сальника лубрикатора, снабжен двумя дополнительными полыми штоками, расположенными у противолежащих торцов упомянутых поршней.

Один из этих дополнительных штоков охватывает другой шток, сопряжен и уплотнен с ним по цилиндрической поверхности, установлен с возможностью взаимного перемещения относительно него и образует своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью корпуса гидродвигателя и упомянутыми противолежащими торцами поршней изолированную от полости устья скважины воздушную полость. При этом наружный диаметр поршня, расположенного со стороны сальника лубрикатора, выполнен по размеру больше, чем наружный диаметр поршня, расположенного со стороны устья скважины. Причем полость устья скважины одним каналом соединена через запорно-дроссельное устройство с рабочей полостью, расположенной со стороны устья скважины, а другим каналом - через упомянутое распределительное устройство с рабочей полостью, расположенной со стороны сальника лубрикатора, которая, в свою очередь, через то же распределительное устройство соединена со сливом.

Воздушная полость гидродвигателя соединена каналом с герметичным сосудом, способным сохранять внутри себя низкое, близкое к атмосферному, давление при разовом поступлении, а затем отборе такой же порции сжатого воздуха, например, с сосудом, выполненным в виде тонкостенного, очень податливого, закрытого с торцов герметичного сильфона, тонкостенной резиновой камеры и т. д.

Изложенная сущность поясняется чертежами:

на фиг. 1 - предлагаемое устройство с взаимным положением деталей после его монтажа на скважину перед началом работы;

на фиг.2 - то же в момент захвата кабеля тяговой разрезной втулкой;

на фиг.3 - элемент I, отдельно изображенный фильтр, встроенный в гидродвигатель;

на фиг.4 - элемент II, отдельно изображенная тяговая разрезная втулка с поршнями и штоками в момент ее захвата кабеля.

Предлагаемое устройство (см. фиг.1) состоит из лубрикатора, содержащего корпус 1, в котором расположены две упорные разрезные втулки 2, сальниковое уплотнение 3, которое поджато зажимной гайкой 4. Через центральное отверстие лубрикатора проходит кабель 5. Гидравлический привод включает гидравлический источник энергии в виде отбираемой из скважины жидкости высокого давления, распределительное и запорно-дроссельное устройства и выходную приводную часть (гидродвигатель), который расположен между устьем скважины 6 и лубрикатором. В случае значительных длиновых размеров опускаемых в скважину приборов между устьем скважины и гидродвигателем устанавливают дополнительную цилиндрическую проставку для размещения этого прибора в начале спуска (проставка на чертеже не показана) до открытия задвижки в ее устье.

Гидродвигатель состоит из герметичного цилиндрического корпуса 7, имеющего для обеспечения сборки диаметральный фланцевый разъем 8 (уплотнение в разъеме условно не показано), в котором размещена тяговая разрезная втулка 9, предназначенная для захвата и перемещения кабеля 5 вниз в скважину, охватывающая этот кабель 5. По обе стороны от этой тяговой разрезной втулки 9 находится по поршню 10 и 11, снабженные соответственно центральными отверстиями 12 и 13. Поршни 10 и 11 снабжены штоками 14 и 15, направленными в противоположные стороны, уплотненными вместе с поршнями 10 и 11 посредством уплотнительных колец 16, 17, 18, 19 в герметичном цилиндрическом корпусе 7 с образованием в нем рабочих полостей 20 и 21. Кроме того, поршни 10 и 11 установлены в этом корпусе 7 с возможностью взаимодействия с упомянутой разрезной втулкой 9, выполненной из мягкого упругого материала, например резины, и с возможностью каждого из них возвратно-поступательного движения. При этом взаимодействие поршней с этой тяговой разрезной втулкой 9 осуществляется через промежуточные упорные разрезные втулки 22 и 23. Эти упорные разрезные втулки 22 и 23, как и упорные разрезные втулки 2 в лубрикаторе, выполнены с разъемом в плоскости оси кабеля 5, что позволяет производить спуск в скважину и подъем из скважины кабеля вместе с прикрепленным прибором (на чертеже не показан) после демонтажа лубрикатора, верхней части корпуса 7, поршня 11, упорных разрезных втулок, но без демонтажа нижней части корпуса 7. Упорная разрезная втулка 23 для предотвращения ее выпадения из сквозного отверстия поршня 10 закреплена в нем посредством стопорного кольца 24 (см. фиг.2 и 4). Противолежащие торцы 25 и 26 соответственно поршней 10 и 11 (см. фиг.4) снабжены дополнительными полыми штоками 27 и 28, причем шток 28 охватывает шток 27, сопряжен с ним по цилиндрической поверхности с размером d и уплотнен посредством уплотнительного кольца 29. Дополнительные штоки имеют возможность вместе с поршнями взаимного перемещения друг относительно друга в направлении их оси. Наружная поверхность 30 штока 28 с внутренней поверхностью корпуса 7 и торцами 25 и 26 образуют дополнительную воздушную полость 31. Наружный диаметр d₁ поршня 11, расположенного со стороны сальника 3 лубрикатора, выполнен по размеру больше, чем диаметр d₂ поршня 10, расположенного со стороны устья скважины 6. Кроме того, диаметр d сопрягаемых поверхностей дополнительных штоков 27 и 28 (см. фиг.4) выполнен больше, чем диаметр d₃ штока 15, расположенного со стороны сальника 3 лубрикатора и равного ему диаметра d₄ штока 14.

Полость высокого давления 32 устья скважины через фильтр (см. фиг.1 и фиг. 3) соединена каналом (трубопроводом) 33 с полостью 34 лубрикатора. Возможен вариант исполнения устройства, когда полость 34 соединена с полостью 32 устья скважины внутренними каналами, проходящими через полые штоки 14 и 15, стенки дополнительного штока 27 и внутренний канал в поршне 10.

Другим каналом (трубопроводом) 35 та же полость 32 через запорно-дроссельное устройство 36 соединена с рабочей полостью 20, расположенной со стороны устья скважины 6, третьим каналом - (трубопроводом) 37 через распределительное устройство 38 и запорное устройство (вентиль) 39 - с рабочей полостью 21, расположенной со стороны сальника 3 лубрикатора.

Кроме того, воздушная полость 31 (см. фиг.4) соединена каналом (трубопроводом) 40 (см. фиг.1) с очень податливым герметичным сосудом 41, выполненным, например, в виде очень податливою сильфона с припаянными крышками и штуцером подсоединения.

Упомянутый выше фильтр (см фиг.3) представляет собой кольцевую полость 42, образованную внутренней поверхностью 43 нижней части герметичного цилиндрического корпуса 7 гидродвигателя и наружной поверхностью 44 штока 14 его поршня 10, соединенную с полостью 32 устья скважины 6 неуплотняемой щелью 45 заданного размера L, образуемой между корпусом 7 и штоком 14. Размер щели L подбирается экспериментально минимально возможным из условия обеспечения необходимого расхода среды скважины для работы устройства и одновременно для предотвращения ее засорения в работе.

Конструкция распределительного устройства, запорного устройства, запорно-дроссельного устройства может быть любой, способной работать при высоких давлениях жидкости (см., например, книгу Т.М. Башта и др. "Гидравлика, гидромашины и гидроприводы" - М., Машиностроение 1982 - стр. 365, рис.3.72 Крановый, торцевой гидростатически уравновешенный распределитель).

Сборка предлагаемого устройства осуществляется в следующем порядке. Вначале на конец трубы устья скважины 6 навинчивается нижняя часть герметичного цилиндрического корпуса 7 но резьбе 46 (см. фиг.3), в который предварительно смонтирован поршень 10. Затем надевают на кабель 5 с прикрепленным на нем прибором (на чертеже не показан) гайку 4, корпус 1 лубрикатора, верхнюю часть корпуса 7 и поршень 11. Затем опускают прибор на кабеле 5 ниже резьбы 46 в устье скважины до превентора или вентиля арматуры (на чертеже не показаны). После этого монтируют нижнюю упорную разрезную втулку 22, затем тяговую разрезную втулку 9, затем верхнюю разрезную втулку 23 и затем фиксируют весь пакет разрезных втулок посредством стопорного кольца 24.

После этого в корпус 7 устанавливают верхний поршень 11, на корпус 7 монтируют его верхнюю часть, устанавливают корпус 1 лубрикатора, нижнюю разрезную упорную втулку 2, сальниковое уплотнение 3, верхнюю разрезную втулку 2 и зажимают весь пакет деталей гайкой 4. Эту гайку затягивают моментом, создающим удельное давление сальникового уплотнения на кабель 5, минимально необходимое для получения герметичности и удержания кабеля от выталкивающей силы.

Монтаж запорно-дроссельного устройства, распределительного устройства, соединяющих их трубопроводов и герметичного сосуда понятно из чертежей и не требует пояснений.

Перед началом работы гидросистема полостей 20, 21 и 34 и трубопроводов 33, 35 и 37 заполняется рабочей жидкостью (водой) с удалением (стравливанием) имеющегося в гидросистеме воздуха через дренажные штуцера (на чертежах условно не показаны) известным способом.

Исходное состояние запорно-дроссельного, запорного и распределительного устройств закрыто: ручка 47 распределительного устройства 38 горизонтальна.

Устройство работает следующим образом. После проведения с устройством описанных выше сборочно-монтажных работ приоткрывают превентор или вентиль арматуры, которыми оборудована скважина (на чертежах не показаны), после чего рабочая среда скважины, находящаяся под высоким давлением, постепенно заполняет все выше расположенные, соединенные с ней внутренние полости (гидродвигателя, лубрикатора и т.д.), находящиеся до сальникового уплотнения 3 лубрикатора. Стравливание воздуха из этих полостей может быть произведено, например, через сальниковое уплотнение 3 лубрикатора за счет ослабления затяжки зажимной гайки 4. Затем ручку 47 переводят в положение, например, вверх, при котором полость 21 соединяется со сливом в окружающую среду, т.е. слив происходит в емкость 48 через трубопровод 49. В результате верхний поршень 11 гидродвигателя начинает перемещаться вверх под действием перепада давления, равного разности давлений в скважине и окружающей среды.

Этот перепад давления действует на кольцевую площадь поршня 11, расположенную между уплотняемым диаметром d₃ штока 15 верхнего поршня 11 и диаметром d сопрягаемых поверхностей дополнительных штоков. Диаметр d при конструировании выбирается, как правило, такого размера, чтобы при минимальном давлении в скважине, при котором предполагается использование устройства, осевая сила, действующая на упомянутую выше кольцевую площадь, была бы немного больше, чем противодействующая суммарная сила, состоящая из силы трения поршня 11 и штока 15 о стенки сопрягаемого цилиндрического корпуса и силы, образующейся на поршне 11 в результате воздействия повышенного давления в полости 21 из-за существующих потерь давления при сливе рабочей жидкости из этой полости. Скорость движения нижнего поршня 10 регулируется путем изменения площади проходного сечения запорно-дроссельного устройства 36. Чем больше проходное сечение, тем больше скорость перемещения поршня 10.

Однако для устранения сцепления тяговой разрезной втулки при холостом ходе (движении поршней вверх) необходимо, чтобы в работе поршень 11 под действием упомянутого перепада давлений двигался быстрее, чем поршень 10 при каждом давлении в устье скважины. Из этого следует, что проходное сечение запорно-дроссельного устройства для каждого давления в устье не может превышать вполне определенного значения, которое и определяет максимально возможную скорость перемещения поршней вверх при холостом ходе.

Кроме того, в предлагаемой конструкции существует и другой дополнительный способ, как избежать возникновения натяга между кабелем 5 и тяговой разрезной втулкой 9 при движении обоих поршней вверх (холостом ходе). В частности, этого можно достичь за счет выполнения внутреннего диаметра этой втулки 9 такого размера, чтобы обеспечивался такой монтажный радиальный зазор, который бы уменьшался, но не исчезал полностью под действием упомянутой противодействующей суммарной силы при холостом ходе. Этот способ можно применить, если при испытании устройства обнаружится, что тяговая разрезная втулка 9 сохраняет сцепление с кабелем 5 при холостом ходе, и если в устройстве заложен достаточный запас по силе сжатия этой втулки 9 при рабочем ходе.

При желании увеличить скорость перемещения вниз кабеля, сохраняя прежней скорость движения поршней гидродвигателя вверх (холостого хода), можно использовать известный способ изменения скорости (см. книгу В.А. Марутов и др. "Гидроцилиндры" - М. , Машиностроение, 1966, стр. 78, рис.67). Этот способ заключается в том, что параллельно основной линии подвода рабочей жидкости в рабочую полость гидроцилиндра, в частности, через запорно-дроссельное устройство, устанавливают другую, с обратным клапаном, которая обеспечивает увеличенный расход этой жидкости из этой полости при рабочем ходе поршней гидроцилиндра вниз.

После перемещения поршней на величину Н (см. фиг.2) вверх до упора поворачивают ручку 47 распределительного устройств 38 вниз, при котором происходит соединение полости 32 устья скважины с рабочей полостью 21. В результате того что площадь поршня 11 больше площади поршня 10, на нем возникает осевая сила, которая превышает осевую силу, действующую вверх на поршень 10. Вследствие этого поршень 11, перемещаясь вниз, вначале сжимает тяговую разрезную втулку 9 с силой, равной силе, действующей на поршень 10, при которой происходит максимальное сцепление этой втулки с кабелем, а затем их совместное перемещение вниз (рабочий ход) на величину Н до упора в торец корпуса 7 гидродвигателя (положение деталей соответствует фиг.1).

Для осуществления следующего цикла спуска кабеля на величину Н поворачивают ручку 47 распределительного устройства 38 опять в верхнее положение, при котором полость 21 соединяется со сливом, поршень 11 начнет быстро перемещаться вверх, поршень 10 из-за сопротивления в дроссельном устройстве 36 будет отставать в перемещении, вследствие этого устранится осевое зажатие тяговой разрезной втулки 9 и она свободно переместится вверх, скользя по кабелю 5, и в конце движения после упора в верхний поршень 11 вновь зажмется заданной осевой силой.

Таким образом, совершая колебательные движения ручки 47, производится спуск кабеля, опуская его с каждым циклом на величину Н. При каждом цикле из полости 21 гидродвигателя выливается в емкость 48 рабочая среда скважины в объеме, равном произведению величины рабочей площади поршня 11 на величину его хода Н. Если возникает необходимость остановить кабель и прекратить спуск, то ручку 47 распределительного устройства ставят в горизонтальное положение, когда полость 21 отсоединена как от слива в окружающую среду, так и от полости устья скважины.

Наружные диаметры d₃ и d₄ штоков (см. фиг.4) выполнены исходя из условия прохода через их внутренние отверстия используемых при исследовании скважины приборов и обеспечения прочности этих штоков.

Наружный диаметр d₂ поршня 10 выполнен из условия такой площади, которая бы обеспечила такую силу сжатия тяговой разрезной втулки 9, чтобы сила трения по поверхности ее соприкосновения с кабелем несколько превышала суммарную силу, состоящую из силы выталкивания кабеля из скважины и силы трения кабеля в сальниковом уплотнении 3 лубрикатора.

Не меньшее превышение над этой суммарной силой должна иметь также тяговая сила гидродвигателя, которая обеспечивается выполнением наружного диаметра d₂ поршня 10 меньше, чем наружный диаметр d₁ поршня 11.

Для упрощения расчета, доводки и эксплуатации предполагаемого устройства целесообразно конструкцию тяговых разрезных втулок и сальникового уплотнения делать одинаковой.

В процессе работы устройства объем воздушной полости изменяется, в частности при холостом ходе (движении поршня вверх) этот объем увеличивается, а при рабочем ходе (движении поршней вниз) наоборот уменьшается. В результате этого при холостом ходе в полости 31 образуется разрежение, а при рабочем ходе - повышение давления воздуха. Поэтому соединение этой полости через трубопровод 40 с податливым герметичным сосудом 41 позволяет сохранить в полости 31 давление воздуха, близкое к атмосферному, а также избежать попадание посторонних частиц в эту полость 31, способных повредить сопрягаемые поверхностей поршней и цилиндров. Аналогичную функцию (кроме предохранения от попадания посторонних частиц) выполняет трубопровод 33, который соединяет полость 34 лубрикатора через фильтр с полостью устья скважины, т.к. объем этой полости при работе устройства изменяется вследствие наличия в ней изменяемого по длине конца штока 15. При изменении этого объема рабочая среда или поступает, или наоборот вытесняется в полость устья скважины 32.

Предлагаемое устройство рассчитывается и проектируется исходя из максимального возможного ожидаемого давления в устье скважины, при более низких давлениях оно также будет работоспособно, так как давления и силы во всех полостях устройства в работе будут уменьшаться пропорционально давлению в устье скважины. Нижний предел по работоспособности устройства определяется моментом, когда давления в устье скважины не хватит, чтобы преодолеть силу противодействия в верхнем поршне 11, состоящую из сил трения его о стенки цилиндра и сил от гидравлического сопротивления, возникающего при сливе рабочей среды из полости 21.

Такое исполнение предлагаемого устройства позволяет получить следующие преимущества:

1. Уменьшить общий вес, трудоемкость изготовления, а значит, и стоимость предлагаемого устройства по сравнению с известным устройством при одинаковых с ним тяговых характеристиках за счет усовершенствования конструкции гидродвигателя, а именно:

- за счет снабжения противолежащих торцов поршней гидродвигателя дополнительными полыми штоками, сопряженными и уплотненными между собой по цилиндрической поверхности и при одновременном выполнении наружного диаметра поршня гидродвигателя, расположенного со стороны сальника лубрикатора, по размеру больше, чем наружный диаметр другого поршня, расположенного со стороны устья скважины.

Этот технический результат достигается следующим образом:

в известном устройстве в зоне между противолежащими торцами поршней гидродвигателя находится гидравлическая полость, постоянно соединенная для обеспечения работы гидродвигателя каналами с полостью высокого давления устья скважины. Рабочая жидкость, находящаяся в этой полости, воздействует на противолежащие торцы этих поршней, стремится раздвинуть их в противоположные стороны, тем самым уменьшая силу осевого сжатия тяговой разрезной втулки в период ее движения вниз (рабочем ходе) в направлении устья скважины.

Вследствие этого в известном устройстве были необходимы дифференциальные гидроцилиндры, которые способны обеспечить подачу рабочей среды в рабочие полости поршней с давлением, существенно превышающим давление среды в устье скважины. И только благодаря такому повышенному давлению достигается в этом известном устройстве превышение сжимающей силы для тяговой втулки под раздвигающей поршни силой, т.е. обеспечивается необходимое прижатие тяговой разрезной втулки к кабелю и необходимое их сцепление при рабочем ходе поршней гидродвигателя.

Применение же двух дифференцирующих цилиндров с неодинаковым отношением площадей (ступенчатых) поршней позволило подводить в рабочую полость, расположенную со стороны сальника лубрикатора, рабочую жидкость с рабочим давлением больше, чем у жидкости, подводимой в рабочую полость, расположенную со стороны устья скважины. Это позволило в свою очередь создать в известном устройстве тяговую силу на кабель при одинаковых наружных диаметрах обоих поршней гидродвигателя при рабочем ходе в направлении устья скважины.

В отличие от известного устройства в предлагаемом устройстве путем упомянутого изменения в конструкции гидродвигателя образована в той же зоне изолированная от рабочей среды воздушная полость с атмосферным давлением, которая расположена между наружной поверхностью охватывающего дополнительного штока, внутренней поверхностью корпуса гидродвигателя и упомянутыми противолежащими торцами его поршней.

Наличие этой полости с атмосферным давлением в предлагаемом устройстве уменьшает раздвигающую поршни силу на величину, равную произведению давления в устье скважины на кольцевую площадь поршня, расположенную между наружным диаметром меньшего из поршней гидродвигателя и диаметром сопрягаемых поверхностей его дополнительных полых штоков. Благодаря вышеизложенному в предлагаемом устройстве удается получить такие же тяговые характеристики, как и у известного, в частности сжимающую тяговую втулку силу, при существенно меньших давлениях в рабочих полостях гидродвигателя при тех же габаритах, а значит, снизить его вес за счет уменьшения толщин стенок корпуса гидродвигателя, который составляет основную часть его веса.

Кроме того, значительное основное снижение веса, стоимости и трудоемкости в предлагаемом устройстве достигнуто за счет того, что в нем отпала необходимость в применении двух дифференциальных гидроцилиндров, т.к. для обеспечения работоспособности предлагаемого устройства оказалось достаточным подводить в рабочие полости гидродвигателя рабочую жидкость с более низким давлением, в частности с давлением в устье скважины, и получать при тех же габаритах и весе, что и у известного устройства, даже более высокие тяговые характеристики. При этом в предлагаемом устройстве может быть использована рабочая жидкость одинакового давления для обеих рабочих полостей гидродвигателя, в частности жидкость, отбираемая из устья скважины, т.к. тяговая сила в этом устройстве получается за счет выполнения наружного диаметра поршня, расположенного со стороны сальника лубрикатора, больше по размеру, чем наружный диаметр поршня, расположенный со стороны устья скважины.

2. Повысить надежность в работе устройства за счет исключения из конструкции двух дифференциальных цилиндров, у которых возможна негерметичность по уплотнениям с резиновыми кольцами, а также за счет уменьшения количества шлангов, которые можно заменить более короткими и надежными трубопроводами, расположенными непосредственно только у гидродвигателя.