Скважинный сейсмический вибратор

Реферат

 

Использование: для геофизических исследований. Сущность изобретения: в вибраторе, содержащем корпус, дебалансный вибровозбудитель, цанговый прижим и привод с ходовым винтом, сопряжение с винтом выполнено посредством штока, герметизированного кольцевыми уплотнениями по цилиндрической поверхности контакта с корпусом, с внутренним отверстием и резьбой, сочлененной с ходовым винтом. На середине штока выполнены опоры, выходящие через продольные пазы корпуса, и на опорах укреплены лепестки цанги, соединенные с зажимными клиньями. Для нормирования прижимного усилия соотношение длины и поперечного сечения лепестков цанги выбирается по критерию продольной устойчивости. Дебаланс вибратора выполнен в виде сектора цилиндра с полостью, заполненной тяжелой жидкостью, например ртутью. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для вибросейсмических исследований в скважинах.

Известны скважинные сейсмических источники с электродинамическими (патент США N 4751688, кл.G 01 V или 4715470), гидравлическими (патент Франции N 9100218, кл. B 06 ) и дебалансными [1, 2]. В источниках используются различные типы управляемых поршневых, рычажных и клиновых механизмов прижима к стенкам скважины. Для эффективной передачи колебаний от корпуса вибратора в горные породы рационален более жесткий, чем рычажный и поршневой, симметрированный прижим к стенкам скважины. В этом плане определенные преимущества имеет устройство с клиновым (цанговым) прижимом [2].

Рычажные прижимы, управляемые через аксиальный шток посредством вращения ходового винта, хорошо отработаны и преобладают в современных конструкциях аппаратурных скважинных снарядов. Центральная часть нажимного штока сообщается с областью высоких давлений скважинной жидкости, но его поверхность с помощью уплотнений надежно герметизирует полость корпуса. Силы от внешнего давления здесь также уравновешены.

Недостатком прототипа являются неудовлетворительная защита и уплотнение ходового винта и гайки цангового прижима от скважинной жидкости, находящейся под высоким давлением. Не устранив этот недостаток, мы вынуждены работать с гидронаполненным корпусом, что приводит к повышению потерь энергии от трения ротора двигателя и дебаланса, вращающихся в жидкости. Поскольку мощность, поставляемая вибратору через каротажный кабель, ограничена, то технические характеристики (частота, амплитуда силы) устройства за счет внутренних потерь снижаются. Более гарантированная герметизация элементов привода прижима и объема вибратора повысит ресурс и надежность работы в условиях скважин.

Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение надежности работы вибратора в условиях высоких давлений в скважинах.

Результат достигается тем, что сопряжение цангового прижима с ходовым винтом выполнено посредством штока, герметизированного кольцевыми уплотнениями по цилиндрической поверхности контакта с корпусом, с внутренним отверстием и резьбой, сочлененной с ходовым винтом, при этом на середине штока выполнены опоры, выходящие через продольные пазы корпуса, и на опорах укреплены лепестки цанги, соединенные с зажимными клиньями.

Соотношение длины и поперечного сечения лепестков цанги выбирается по критерию продольной устойчивости.

Дебаланс вибратора выполнен в виде сектора цилиндра с полостью, заполненной тяжелой жидкостью, например, ртутью.

На чертеже изображен общий вид скважинного сейсмического вибратора.

Вибратор состоит из двигателя 1, соединенного валом с дебалансным вибровозбудителем 2, который через муфту 3 сочленяется с редуктором 4, выходом которого служит ходовой винт 5, приводящий в действие цанговый прижим. В корпусе 6 установлен с возможностью аксиального перемещения шток 7 с кольцевыми уплотнениями 8 по наружной поверхности и внутренним отверстием 9 с резьбой, сочлененной с ходовым винтом. На середине штока выполнены опоры 10, выходящие через продольные пазы 11 корпуса. На опорах нажимного штока укреплены лепестки 12 цанги, зажимные клинья 13 жестко скреплены с другой стороной лепестковых пластин. Электропитание и управление осуществляется через каротажный кабель 14.

Скважинный вибратор опускают в скважину на кабеле. При остановках на заданных глубинах источник прижимается к стенкам скважины и, плавно увеличивая частоту в течение 10-100 с, передает колебания, создаваемые дебалансным возбудителем в горные породы. В скважинах, заполненных жидкостью, давление велико. Работа в скважинах требует повторения многих десятков операций "прижим - зондирование - отжим" и поэтому, для повышения надежности, желательно герметизировать функционально важные узлы, к числу которых относятся и элементы привода цангового прижима.

В транспортном положении шток 7 находится в нижней части корпуса и клинья 13 спущены вниз по направляющим и утоплены в проходном габарите снаряда. Прижим производится посредством двигателя 1 на малой частоте вращения, когда включена муфта сцепления 3. За счет редуктора 4 момент вращения увеличивается и передается на ходовой винт 5, смещая сопряженный с ним нажимной шток 7 вверх. Размещенные на середине штока опоры 10, перемещаясь в пазах 11 корпуса 6, через пластины 12 цанги надвигают клинья 13 и прижимают снаряд к стенкам скважины.

В сравнении с прототипом, где в корпусе уплотнялся вращающийся вал, предложенное решение с уплотнением при аксиальном смешении штока принято считать более надежным. В данном решении гидростатическое давление на привод прижима уравновешено, в то время как в вибраторе по [1] имела место неуравновешенная сила от внешнего давления на выход винта. Винтопара, работавшая в скважинном растворе, здесь также защищена. Отверстие 9 исключает защемление воздуха под штоком и его торможение.

Продольное усилие Pп, вдавливающее снизу клинья 13 враспор со стенками скважины, следует нормировать (ограничить), иначе возникает риск не вернуть их назад силами привода. Необходимо также сохранить это усилие для поджима в сеансе зондирования при возможных небольших просадках поверхности скважины под клиньями. Такое условие удается выполнить при определенном соотношении длины l и поперечного сечения лепестков 12 цанги, выражаемому критерием продольной устойчивости по Эйлеру. Продольное усилие затяжки клина Pп= 42EJ/l2, , где E - модуль упругости материала.

Для лепестков прямоугольного сечения толщиной d и шириной b момент инерции J = bd3/12.

По окончании операции прижима муфта 3 расцепляется и двигатель, плавно увеличивая частоту, вращает только дебалансный вибратор 2. Достигнув максимальной частоты зондирования, управляемый через кабель 14 двигатель останавливают и реверсируют на малую частоту. Муфта 3 при этом вновь включается и через редуктор и ходовой винт шток 7 вытягивает за лепестки вниз зажимные клинья 13. Снаряд освобождается и подъемником перемещается на иную глубину, где операции: "прижим - зондирование - отжим" повторяются.

Ограниченный диаметр скважины диктует необходимость компактного размещения вибрационного оборудования в снаряде. Объем и радиальный размер возбудителя колебаний возможно уменьшить, если хотя бы часть объема дебаланса, выполнить из более тяжелого, чем сталь материала. Преимущество имеет, например ртуть, плотность которой почти вдвое выше стали. Поэтому, с целью ограничения габаритов корпуса, дебаланс вибратора выполнен в виде сектора цилиндра с полостью, заполненной тяжелой жидкостью (ртутью). Дозированной заправкой возможно создать требуемый уровень вибрационной силы. Полость дебаланса герметично закрывается, корпус снаряда также герметизирован. Все это исключает риск попадания токсичной ртути в окружающую среду.

Возможны и другие варианты реализации скважинного вибратора, которые не выходят за рамки изобретения.

Формула изобретения

1. Скважинный сейсмический вибратор, содержащий корпус, дебалансный вибродвигатель, цанговый прижим и привод с ходовым винтом, отличающийся тем, что сопряжение цангового прижима с ходовым винтом выполнено посредством штока, герметизированного кольцевыми уплотнениями по цилиндрической поверхности контакта с корпусом, с внутренним отверстием и резьбой, сочлененной с ходовым винтом, при этом на середине штока выполнены опоры, выходящие через продольные пазы корпуса, и на опорах укреплены лепестки цанги, соединенные с зажимными клиньями.

2. Вибратор по п.1, отличающийся тем, что соотношение длины и поперечного сечения лепестков цанги выбирается по уровню продольной устойчивости.

3. Вибратор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дебаланс вибратора выполнен в виде сектора цилиндра с полостью, заполненной тяжелой жидкостью, например ртутью.

РИСУНКИ

Рисунок 1