Устройства для позиционирования в стволе скважины (варианты) и способы позиционирования скважинного инструмента в стволе скважины и измерения ствола скважины

Устройства для позиционирования в стволе скважины (варианты) и способы позиционирования скважинного инструмента в стволе скважины и измерения ствола скважины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству для позиционирования в стволе скважины, измерения его параметров и к способам использования данного устройства. Кроме того, изобретение относится к устройству для выполнения измерений в стволе скважины и к способам выполнения измерений каверномером.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известны многочисленные способы и приборы для каротажа скважины, предназначенные для получения многих видов скважинных данных. Одним важным аспектом каротажа скважины является физическое выставление прибора в заданном положении относительно ствола скважины. Работа некоторых типов скважинных приборов требует центрирования скважинного прибора в стволе скважины, работа других типов скважинных приборов требует не центрированной установки в заданном положении в стволе скважины, а скважинные приборы других типов предпочтительно работают, находясь в контакте с поверхностью ствола скважины.

Известны устройства для установки скважинного прибора центрально, со смещением относительно центра или в другом предпочтительном положении в стволе скважины. Позиционирующее устройство также может быть использовано для установки скважинного прибора в заданном положении на предпочтительном расстоянии от поверхности периферии ствола скважины или для установки скважинного прибора в заданном положении у периферийной поверхности ствола скважины. Применение позиционирующего устройства может иметь особо важное значение в том случае, когда скважинный прибор чувствителен к отклонению скважинного прибора, смещению скважинного прибора относительно стенки ствола скважины. К известным типам устройств, используемым для позиционирования, относятся соединенные рычаги, пластинчатая пружина, листовая рессора, цилиндрическая винтовая пружина и различные их комбинации.

Позиционирование скважинного прибора в стволе скважины может быть затруднено. Некоторые стволы скважин могут быть неровными после бурения. В других стволах скважин на конфигурацию поверхности ствола скважины может повлиять обрушение, обводнение или вымывание пластов земли. Данные условия приводят к образованию ствола скважины, который не является идеально круглым или однородным. Аналогичным образом, в наклонной скважине ствол скважины отклоняется от равномерно округлого вследствие невертикальной геометрии. Другие стволы скважин, имеющие некруглую периферию, характеризуют как имеющие "короткую (малую) ось" и "длинную (большую) ось". Известные симметричные позиционирующие устройства плохо приспособлены для использования в стволе скважины, имеющем некруглую или неоднородную периферию. Следовательно, устройство, способное обеспечить позиционирование скважинного прибора в некруглом или неоднородном стволе скважины, а также в круглом или однородном стволе скважины, является желательным.

Некоторые скважинные каротажные зонды, такие как выполняющие измерения плотности или микрокаротаж сопротивлений, оснащены дополнительными пружинами для обеспечения контакта измерительных башмаков со стволом скважины. В данных зондах пружины могут быть расположены так, что потенциальная энергия всей системы пружин минимизирована, когда зонд выставлен вдоль "короткой оси" ствола скважины. Однако подобные известные системы имеют ограничения, поскольку они являются нерегулируемыми, а также не обеспечивают возможности мониторинга эксплуатационных характеристик системы или контактного давления.

При выполнении каротажа (геофизических исследований) в стволе скважины целесообразно знать диаметр и конфигурацию ствола скважины. Известны способы определения диаметра ствола скважины посредством обработки и интерпретации данных, полученных каротажными зондами, или посредством определения диаметра ствола скважины исходя из такой информации, как диаметр бурового долота, скорость бурения, давление текучих сред и ожидаемые параметры пласта. Однако данные способы обеспечивают оценку, а не прямое измерение. Известно прямое (непосредственное) измерение диаметра ствола скважины посредством использования механических или акустических каверномеров. Но расходы и усилия, необходимые для проведения каротажа ствола скважины посредством отдельного каверномера, не обеспечивают надлежащей отдачи. Позиционирующее устройство, которое может обеспечить прямые измерения ствола скважины во время работы каротажного зонда, обеспечит эксплуатационные преимущества.

При выполнении геофизических исследований в скважинах с использованием нескольких каротажных зондов, расположенных в стволе скважины на одной и той же колонне с приборами, для некоторых скважинных приборов может потребоваться центрирование, в то время как для других скважинных приборов может потребоваться предпочтительное выставление в другом положении в стволе скважины. В других ситуациях может быть желательно выполнить каротаж скважины более одного раза посредством использования одного и того же скважинного прибора при его выставлении в разных заданных положениях в стволе скважины. Для работ, выполняемых на буровой площадке, было бы целесообразно, если бы одно и то же устройство можно было бы выполнить с конфигурацией, позволяющей обеспечить выставление каротажного зонда в различных предпочтительных заданных положениях в стволе скважины, и использовать для этих целей. Для работы было бы предпочтительно, если бы можно было использовать множество одинаковых позиционирующих устройств для установки множества скважинных приборов в заданном положении в колонне с приборами. Было бы особенно целесообразно, если бы одно из множества позиционирующих устройство можно было бы выполнить с конфигурацией, позволяющей центрировать скважинный прибор, в то время как другое из множества позиционирующих устройств можно было бы выполнить с конфигурацией, позволяющей устанавливать другой скважинный прибор со смещением от центра в стволе скважины. Необходимо позиционирующее устройство, которое может быть конфигурировано и использовано гибким образом для обеспечения заданного позиционирования в стволе скважины.

В наклонных скважинах надлежащее выставление скважинного прибора в стволе скважины может быть особенно затруднено, поскольку форма ствола скважины, как правило, отклоняется от равномерно округлой вследствие его невертикальной геометрии. Кроме того, в наклонном стволе скважины масса самого скважинного прибора вызывает тенденцию к установке скважинного прибора в нецентральном положении. Известные устройства для симметричного позиционирования плохо приспособлены для использования в невертикальных скважинах. Таким образом, устройство, способное обеспечить позиционирование скважинного прибора в круглом или некруглом стволе скважины, является желательным.

Известно устройство для позиционирования в стволе скважины, содержащее корпус, множество рычагов, каждый из которых выполнен с возможностью его независимого выдвигания и независимого отвода, толкатель, соединенный с каждым рычагом и находящийся в рабочем контакте с подпружиненным листом, и упругий пружинный механизм, контактирующий одним концом с подпружиненным листом (см. патент США 2946130 от 26.07.1960).

Известно устройство для позиционирования в стволе скважины, которое содержит удлиненный корпус, множество рычагов, каждый из которых присоединен к отдельному толкателю, приводную штангу, двигатель, выполненный с возможностью сообщения усилия приводной штанге, и, по меньшей мере, один первый упругий пружинный механизм, находящийся в рабочем контакте с приводной штангой и способный воздействовать на, по меньшей мере, один толкатель (см. Европейский патент 0452044 от 16.10.1991).

Известен скважинный каверномер, содержащий удлиненный корпус, приводную штангу, двигатель, способный сообщать усилие приводной штанге, и множество рычажных систем, каждая из которых содержит рычаг, выполненный с возможностью выдвигания его наружу из корпуса и присоединенный с возможностью поворота к толкателю (см. Европейский патент 0452044 от 16.10.1991).

Известен способ позиционирования скважинного инструмента в стволе скважины, включающий в себя размещение в стволе скважины инструмента, имеющего удлиненный корпус, множество рычагов, каждый из которых присоединен к отдельному толкателю, приводную штангу, двигатель, выполненный с возможностью сообщения усилия приводной штанге, и, по меньшей мере, один упругий пружинный механизм, находящийся в рабочем контакте с приводной штангой и способный воздействовать на, по меньшей мере, один толкатель, приведение в действие двигателя для перемещения приводной штанги с целью ввода ее в рабочий контакт с, по меньшей мере, одним толкателем, перемещение, по меньшей мере, одного толкателя для выдвигания, по меньшей мере, одного рычага для контакта с поверхностью ствола скважины (см. Европейский патент 0452044 от 16.10.1991).

Известен способ измерения ствола скважины, включающий в себя размещение в стволе скважины скважинного устройства, содержащего удлиненный корпус, множество рычажных систем, каждая из которых содержит рычаг, выполненный с возможностью выдвигания его наружу из корпуса устройства и присоединенный с возможностью поворота к толкателю, контактирующему с датчиком, определение отдельно исходного положения каждого рычага посредством использования датчика и создание таким образом сигнала исходного положения для каждого рычага, выдвигание рычагов для ввода их в контакт с поверхностью ствола скважины, определение отдельно выдвинутого положения каждого рычага посредством использования датчика, создание сигнала выдвинутого положения для каждого рычага, обработка сигналов исходного положения и сигналов выдвинутого положения для измерения параметров поверхности ствола скважины (см. авторское свидетельство СССР 771330 от 15.10.1980).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно изобретению создано устройство для позиционирования в стволе скважины, содержащее корпус, множество рычагов, каждый из которых выполнен с возможностью его независимого выдвигания и независимого отвода, толкатель, соединенный с каждым рычагом и находящийся в рабочем контакте с подпружиненным листом, и первый упругий пружинный механизм, контактирующий одним концом с подпружиненным листом, и, по меньшей мере, один второй упругий пружинный механизм, находящийся в рабочем контакте с толкателем и имеющий зафиксированный конец.

Первый упругий пружинный механизм может представлять собой цилиндрическую винтовую пружину.

По меньшей мере, один второй упругий пружинный механизм может представлять собой цилиндрическую винтовую пружину.

Устройство может дополнительно содержать, по меньшей мере, один датчик положения, приспособленный определять положение, по меньшей мере, одного толкателя.

Устройство может дополнительно содержать упоры для регулирования выдвигания рычагов.

Устройство может дополнительно содержать, по меньшей мере, один датчик, расположенный на конце, по меньшей мере, одного рычага, который может представлять собой датчик силы. Устройство может дополнительно содержать систему управления, предназначенную для автоматического регулирования положения рычага на основе измерений, выполненных датчиком силы.

Устройство может дополнительно содержать закрывающий механизм, который может представлять собой соединительную раму, соединительный рычаг, пластинчатую пружину или листовую рессору.

Устройство может дополнительно содержать датчик относительного азимута.

Согласно другому варианту выполнения устройство для позиционирования в стволе скважины содержит корпус, множество рычагов, каждый из которых выполнен с возможностью его независимого выдвигания и независимого отвода, толкатель, соединенный с каждым рычагом и находящийся в рабочем контакте с подпружиненным листом, упругий пружинный механизм, контактирующий одним концом с подпружиненным листом, и множество упоров для независимого регулирования выдвигания рычагов.

Подпружиненный лист может содержать ориентирующий паз, и толкатель содержит штифт, способный проходить через ориентирующий паз при повороте толкателя для выравнивания штифта относительно паза и не проходить через паз при повороте толкателя и не выравнивать штифт относительно паза.

Согласно еще одному варианту выполнения устройство для позиционирования в стволе скважины содержит корпус, множество рычагов, каждый из которых выполнен с возможностью его независимого выдвигания и независимого отвода, толкатель, соединенный с каждым рычагом и находящийся в рабочем контакте с подпружиненным листом, упругий пружинный механизм, контактирующий одним концом с подпружиненным листом, и механизм быстрого закрытия и открытия.

Механизм быстрого закрытия и открытия может содержать, по меньшей мере, один рычаг, присоединенный к опоре с возможностью поворота, и противоположный толкатель, предназначенный для перемещения рычага вокруг оси поворота, при этом механизм быстрого закрытия и открытия способен воздействовать на, по меньшей мере, один рычаг.

Толкатель может быть расположен на свободном конце опоры.

Устройство может дополнительно содержать упругий вспомогательный пружинный механизм, находящийся в рабочем контакте с толкателем и имеющий зафиксированный конец, который может быть прикреплен к подпружиненному листу, выполненному с возможностью регулирования его положения. Подпружиненный лист, выполненный с возможностью регулирования его положения, может находиться в рабочем контакте с приводной штангой.

Согласно еще одному варианту выполнения устройство для позиционирования в стволе скважины содержит корпус, первый рычаг, соединенный с первым толкателем, находящимся в рабочем контакте с первым подпружиненным листом, второй рычаг, соединенный со вторым толкателем, находящимся в рабочем контакте со вторым подпружиненным листом, и упругий пружинный механизм, при этом первый подпружиненный лист контактирует с одним концом упругого пружинного механизма и второй подпружиненный лист контактирует с противоположным концом упругого пружинного механизма.

Устройство может дополнительно содержать упругий вспомогательный пружинный механизм, находящийся в рабочем контакте с, по меньшей мере, одним из первого или второго толкателя, и имеющий зафиксированный конец, который может быть прикреплен к подпружиненному листу, выполненному с возможностью регулирования его положения.

Подпружиненный лист, выполненный с возможностью регулирования его положения, может находиться в рабочем контакте с приводной штангой.

Двигатель может приводить в движение реверсивный шариковый винт для перемещения шариковой гайки в рабочий контакт с подпружиненным листом для сжатия или отпускания вспомогательного пружинного механизма.

Устройство может содержать два первых рычага, работающих как первая пара, и дополнительно содержать два вторых рычага, работающих как вторая пара.

Устройство может содержать по меньшей мере один механизм быстрого закрытия и открытия, который может содержать, по меньшей мере, один рычаг, присоединенный к опоре с возможностью поворота, и противоположный толкатель, предназначенный для перемещения рычага вокруг оси поворота, при этом механизм быстрого закрытия и открытия способен воздействовать на, по меньшей мере, один рычаг.

Толкатель может быть расположен на свободном конце опоры.

Устройство может дополнительно содержать множество упоров для независимого регулирования выдвигания рычагов.

Подпружиненный лист может содержать ориентирующий паз, и толкатель содержит штифт, при этом штифт способен проходить через ориентирующий паз при повороте толкателя для выравнивания штифта относительно паза и не проходить через паз при повороте толкателя и не выравнивать штифт относительно паза.

Согласно еще одному варианту выполнения устройство для позиционирования в стволе скважины содержит удлиненный корпус, множество рычагов, каждый из которых присоединен к отдельному толкателю, приводную штангу, содержащую соединительный стержень и соединительный элемент, двигатель, выполненный с возможностью сообщения усилия приводной штанге, и, по меньшей мере, один первый упругий пружинный механизм, находящийся в рабочем контакте с приводной штангой и способный воздействовать на, по меньшей мере, один толкатель.

Устройство может дополнительно содержать, по меньшей мере, один второй упругий пружинный механизм, находящийся в рабочем контакте с толкателем, и имеющий зафиксированный конец.

Пружинные механизмы могут быть цилиндрическими винтовыми пружинами.

Первый упругий пружинный механизм может воздействовать на, по меньшей мере, один толкатель посредством рабочего контакта с подпружиненным листом.

Устройство может дополнительно содержать, по меньшей мере, один датчик положения, способный определять положение, по меньшей мере, одного толкателя.

Устройство может дополнительно содержать упоры для регулирования выдвигания рычагов.

Устройство может дополнительно содержать множество упоров для независимого регулирования выдвигания каждого рычага.

Устройство может дополнительно содержать, по меньшей мере, один датчик, расположенный на конце, по меньшей мере, одного рычага, который может представлять собой датчик силы.

Устройство может дополнительно содержать систему управления, предназначенную для автоматического регулирования положения рычага на основе измерений, выполненных датчиком силы.

Устройство может дополнительно содержать закрывающий механизм, который может представлять собой рамную конструкцию из соединительных звеньев, соединительный рычаг, пластинчатую пружину или листовую рессору.

Устройство может дополнительно содержать, по меньшей мере, один механизм быстрого закрытия и открытия.

Устройство может дополнительно содержать датчик относительного азимута.

По меньшей мере, один толкатель может находиться в рабочем контакте с приводной штангой и не находиться в рабочем контакте с приводной штангой.

Подпружиненный лист может содержать ориентирующий паз, и толкатель содержит штифт, при этом штифт способен проходить через ориентирующий паз при повороте толкателя для выравнивания штифта относительно паза и не проходить через паз при повороте толкателя и не выравнивать штифт относительно паза.

Устройство может дополнительно содержать по меньшей мере один механизм быстрого закрытия и открытия, который может содержать, по меньшей мере, один рычаг, присоединенный к опоре с возможностью поворота, и противоположный толкатель, предназначенный для перемещения рычага вокруг оси поворота, при этом механизм быстрого закрытия расположен с возможностью воздействия на, по меньшей мере, один рычаг.

Толкатель может быть расположен на свободном конце опоры. Устройство может дополнительно содержать упругий вспомогательный пружинный механизм, находящийся в рабочем контакте с отдельным толкателем и имеющий зафиксированный конец, который может быть прикреплен к подпружиненному листу, выполненному с возможностью регулирования его положения. Подпружиненный лист, выполненный с возможностью регулирования его положения, может находиться в рабочем контакте с приводной штангой.

Согласно изобретению создан скважинный каверномер, содержащий удлиненный корпус, приводную штангу, двигатель, способный сообщать усилие приводной штанге, и множество рычажных систем, каждая из которых содержит рычаг, выполненный с возможностью выдвигания его наружу из корпуса и присоединенный с возможностью поворота к толкателю, контактирующему с датчиком, и упругий пружинный механизм, способный воздействовать на толкатель и находящийся в рабочем контакте с приводной штангой.

Упругий пружинный механизм может быть цилиндрической винтовой пружиной.

Датчик может представлять собой датчик положения, который может быть линейным потенциометром или линейно-регулируемым дифференциальным измерительным преобразователем.

Каверномер может дополнительно содержать, по меньшей мере, один датчик, расположенный на конце, по меньшей мере, одного рычага, который может представлять собой датчик силы.

Каверномер может выполнять регистрацию измерений датчиком в зависимости от глубины.

Каверномер может дополнительно содержать закрывающий механизм, который может представлять собой соединительную раму, соединительный рычаг, пластинчатую пружину или листовую рессору.

Каверномер может дополнительно содержать по меньшей мере один механизм быстрого закрытия и открытия.

Каверномер может дополнительно содержать датчик относительного азимута и может выполнять регистрацию измерений датчиком относительного азимута в зависимости от глубины.

Согласно изобретению создано устройство, предназначенное для использования в стволе скважины, содержащее множество рычагов, и механизм быстрого закрытия и открытия, имеющий, по меньшей мере, один рычаг, присоединенный к опоре с возможностью поворота, и противоположный толкатель, предназначенный для перемещения рычага вокруг оси поворота, при этом механизм быстрого закрытия и открытия способен воздействовать на, по меньшей мере, один рычаг.

Согласно изобретению создан способ позиционирования скважинного инструмента в стволе скважины, включающий в себя следующие операции:

размещение в стволе скважины инструмента, имеющего удлиненный корпус, множество рычагов, каждый из которых присоединен к отдельному толкателю, приводную штангу, содержащую соединительный стержень и соединительный элемент, двигатель, выполненный с возможностью сообщения усилия приводной штанге, и, по меньшей мере, один упругий пружинный механизм, находящийся в рабочем контакте с приводной штангой и способный воздействовать на, по меньшей мере, один толкатель,

приведение в действие двигателя для перемещения приводной штанги с целью ввода ее в рабочий контакт с, по меньшей мере, одним толкателем;

перемещение, по меньшей мере, одного толкателя для выдвигания, по меньшей мере, одного рычага для контакта с поверхностью ствола скважины.

Согласно изобретению создан также способ измерения ствола скважины, включающий в себя следующие операции:

размещение в стволе скважины скважинного устройства, содержащего удлиненный корпус, приводную штангу, имеющую соединительный стержень и соединительный элемент двигатель, способный сообщать усилие приводной штанге, и множество рычажных систем, каждая из которых содержит рычаг, выполненный с возможностью выдвигания его наружу из корпуса устройства и присоединенный с возможностью поворота к толкателю, контактирующему с датчиком, и упругий пружинный механизм, способный воздействовать на толкатель и находящийся в рабочем контакте с приводной штангой;

определение отдельно исходного положения каждого рычага посредством использования датчика и создание таким образом сигнала исходного положения для каждого рычага;

выдвигание рычагов для ввода их в контакт с поверхностью ствола скважины;

определение отдельно выдвинутого положения каждого рычага посредством использования датчика;

создание сигнала выдвинутого положения для каждого рычага;

обработку сигналов исходного положения и сигналов выдвинутого положения для измерения параметров поверхности ствола скважины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеприведенного описания сопровождающих чертежей. Следует понимать, что чертежи должны использоваться только для иллюстрации, и их не следует рассматривать как определение объема изобретения или ограничение его объема.

Фиг.1а и 1b показывают вариант осуществления позиционирующего устройства по настоящему изобретению.

Фиг.2 показывает компактный вариант осуществления настоящего изобретения, содержащий вспомогательные пружины.

Фиг.3а и 3b показывают другой компактный вариант осуществления позиционирующего устройства.

Фиг.4а показывает регулируемый вариант осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4b иллюстрирует дополнительный вариант осуществления позиционирующего устройства по фиг.4а.

Фиг.5а-5d иллюстрируют вариант осуществления настоящего изобретения с приводным двигателем.

Фиг.6 показывает другой вариант осуществления настоящего изобретения с приводным двигателем.

Фиг.7а-7с иллюстрируют механизм быстрого расцепления, пригодный для использования в настоящем изобретении.

Фиг.8 показывает вариант осуществления настоящего изобретения, расположенный в стволе скважины.

Фиг.9а-9d иллюстрируют применение нескольких позиционирующих устройств по настоящему изобретению в скважинной каротажной системе.

На всех чертежах идентичные ссылочные позиции и описания обозначают аналогичные, но не обязательно идентичные элементы. Несмотря на то, что изобретение допускает выполнение различных модификаций и альтернативных вариантов осуществления, определенные варианты осуществления были показаны в качестве примера на чертежах и будут здесь описаны подробно. Тем не менее, следует понимать, что изобретение не должно быть ограничено определенными раскрытыми вариантами. Скорее, изобретение должно охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативы, находящиеся в пределах объема изобретения, определенного приложенной формулой изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На фиг.1а позиционирующее устройство 10 содержит рычаг 20а, присоединенный к толкателю 30а, и рычаг 20b, присоединенный к толкателю 30b. Толкатели 30а и 30b контактируют с подпружиненным листом 50, который контактирует с одним концом упругого пружинного механизма 40. Одним типом пригодного упругого пружинного механизма является цилиндрическая винтовая пружина. Другой конец пружины 40 зафиксирован. В используемом здесь смысле термин "зафиксированный" относится к элементу, удерживаемому от перемещения, при этом к примерам того, как происходит данное удерживание [фиксация, ограничение], относятся закрепление на месте или примыкание к неподвижной конструкции, подобной той, которая проиллюстрирована упором 34, но возможные варианты осуществления удерживания от перемещения не ограничены вышеуказанными. В показанной конфигурации рычаги 20а и 20b выдвинуты, когда пружина 40 находится в своем нейтральном состоянии, или в некоторых вариантах осуществления выдвинуты, когда пружина 40 предусмотрена в предварительно сжатом состоянии. Во время размещения в скважине выдвинутые рычаги 20а и 20b контактируют с периметральными (окружными) поверхностями ствола скважины. Рычаг 20а поворачивается вокруг оси 32а поворота (точки опоры рычага) и обеспечивает перемещение толкателя 30а через посредство соединителя 28а. Рычаг 20b поворачивается вокруг оси 32b поворота и обеспечивает перемещение толкателя 30b через посредство соединителя 28b. Усилие, приложенное к рычагам 20а, 20b за счет их контакта со стенкой ствола скважины, вызывает смещение толкателей 30а, 30b и через посредство подпружиненного листа 50 передается пружине 40. Когда контактные усилия превысят упругость пружины 40, пружина 40 сжимается и рычаг 20а, 20b отводится с поворотом его вокруг соответствующей оси 32а, 32b поворота по направлению к корпусу 14 устройства. В данной конфигурации рычаги 20а и 20b отводятся и выдвигаются как пара. Рычаги 20с и 20d, показанные на фиг.1b, установлены в ориентированном положении, комплементарном по отношению к рычагам 20а и 20b. Одна приведенная в качестве примера ориентация показана на фиг.1b, при этом пара рычагов 20с и 20d расположена ортогонально к паре рычагов 20а и 20b. Пара рычагов 20с и 20d функционирует аналогично паре рычагов 20а, 20b. Исходно рычаги 20с и 20d выдвинуты, и пружина 41 находится в ее нейтральном состоянии. Пружины 40 и 41 могут иметь одинаковые или разные значения жесткости пружины. Когда рычаг 20с контактирует с периметральной поверхностью ствола скважины, контактное усилие передается упругому пружинному механизму 41 посредством подпружиненного листа 51, толкаемого толкателем 30с, при этом усилие передается вокруг оси 32с поворота толкателю 30с посредством соединителя 28с. Когда рычаг 20d контактирует с периметральной поверхностью ствола скважины, контактное усилие передается пружине 41 посредством подпружиненного листа 51, толкаемого толкателем 30d, при этом усилие передается от рычага 20d вокруг оси 32d поворота толкателю 30d через посредство соединителя 28d. Каждая пара рычагов 20а, 20b и пара рычагов 20с, 20d может выдвигаться или отводиться независимо от другой пары рычагов. Следует отметить, что в используемом здесь смысле термины "отводить", "отводимый" относятся к элементам, которые выполнены с возможностью отвода (втягивания) под действием сил, внешних по отношению к устройству, например, под действием усилия отталкивания от стенки ствола скважины. Пара 20а, 20b рычагов и пара 20с, 20d рычагов могут быть выдвинуты на одинаковое или разное расстояние наружу от корпуса устройства. В некоторых вариантах осуществления и для некоторых применений, таких как центрирование, может быть предпочтительным использование пружин 40 и 41, которые имеют одинаковые или схожие значения жесткости пружины. В других вариантах осуществления, например, при применении в стволах скважин с "короткой осью", может быть предпочтительным применение пружин 40 и 41, которые имеют разные значения жесткости пружины.

При размещении скважинного прибора в некруглом стволе скважины данный прибор стремится остаться в положении, выровненном относительно "длинной оси" ствола скважины. Данная "длинная ось", вероятно, будет неровной и "складчатой"; для данных, полученных из измерений вдоль подобной "длинной оси", характерна тенденция быть данными более низкого качества. Методика, известная как "каротаж по короткой оси", может быть использована в некруглых стволах скважин. Когда стенка ствола скважины имеет тенденцию быть довольно гладкой в зоне короткой оси ствола скважины, скважинный прибор, выровненный относительно "короткой оси", как правило, будет обеспечивать измерения лучшего качества, чем скважинный прибор, выровненный относительно "длинной оси". Для обеспечения контакта башмаков скважинных каротажных зондов, таких как те, которые позволяют получить диаграмму плотностного каротажа или диаграмму микрокаротажа сопротивления, при "короткой оси", зонды ранее оснащались дополнительными пружинами, расположенными так, что потенциальная энергия всей системы пружин минимизируется при выравнивании зонда вдоль "короткой оси". Однако эксплуатационный недостаток подобных систем заключается в том, что их нельзя регулировать, а также нельзя осуществлять мониторинг эксплуатационных характеристик подобной системы в стволе скважины.

Следует отметить, что, несмотря на то, что в некоторых вариантах осуществления, описанных здесь, проиллюстрированы два рычага, в пределах объема изобретения безусловно предусмотрено применение двух или более рычагов. Кроме того, несмотря на то, что позиционирующее устройство проиллюстрировано в отдельном корпусе 14 устройства, также предусмотрено в пределах объема данного изобретения выполнение позиционирующего устройства в общем корпусе размещаемого скважинного прибора и без отдельного корпуса, окружающего только позиционирующее устройство.

Как показано на фиг.2, другой вариант осуществления позиционирующего устройства 10 содержит упругие смещающие средства 70а, 70b, расположенные на толкателях 30а, 30b, присоединенных к рычагам 20а, 20b. К пригодным типам упругих смещающих средств относятся вспомогательные пружины, цилиндрические винтовые пружины и тарельчатые пружины. Посредством выполнения ненагруженных пружин с длинами, сопоставимыми с их длинами при сжатии при максимальном контактном усилии, контактные усилия для всех рычагов могут быть аналогичными даже для различающихся в широких пределах величин выдвигания рычагов, таких, какие, как правило, имеют место при внецентренном размещении скважинного прибора. В данном варианте осуществления рычаги 20а и 20b являются независимыми друг от друга и не отводятся и не выдвигаются как пара. Вспомогательные пружины 70а и 70b могут иметь одинаковые или разные значения жесткости пружины. Когда рычаг 20а контактирует с периметральной поверхностью ствола скважины, давление, действующее на рычаг 20а, передается вокруг оси 32а поворота толкателю 30а через посредство соединителя 28а, что вызывает перемещение толкателя 30а. Перемещению толкателя 30а противодействует вспомогательная пружина 70а. Вспомогательная пружина 70а ограничена зафиксированной концевой пластиной 75а. В некоторых вариантах осуществления местоположение концевой пластины 75а фиксируют посредством использования подвижных штифтов, в результате чего обеспечивается возможность регулирования местоположения концевой пластины 75а для сжатия или отпускания вспомогательной пружины 70а.

Всякий раз, когда контактное усилие, действующее на рычаг 20а, будет меньше жесткости вспомогательной пружины 70а, штанга 30а не будет контактировать с подпружиненным листом 50. Когда контактное давление, действующее на рычаг 20а, превышает жесткость, обеспечиваемую вспомогательной пружиной 70а, штанга 30а смещается с вводом ее в контакт с подпружиненным листом 50, и подпружиненный лист 50 перемещается для сжатия упругого пружинного механизма 40. Подпружиненный лист 42 находится в контакте с резьбовым штифтом 44. Резьбовой штифт 44 можно регулировать для поджима подпружиненного листа 42 с целью сжатия упругого пружинного механизма 40, или резьбовой штифт 44 можно регулировать для обеспечения возможности отвода подпружиненного листа 42 от упругого пружинного механизма 40, в результате чего обеспечивается возможность удлинения упругого пружинного механизма 40.

Когда рычаг 20b контактирует с периметральной поверхностью ствола скважины, давление, действующее на рычаг 20b, передается вокруг оси 32b поворота толкателя 30b посредством соединителя 28b, что вызывает перемещение толкателя 30b. Перемещению толкателя 30b противодействует вспомогательная пружина 70b. Вспомогательная пружина 70b удерживается зафиксированной концевой пластиной 75b. В некоторых вариантах осуществления местоположение концевой пластины 75b фиксируют посредством использования подвижных штифтов, в результате чего обеспечивается возможность регулирования местоположения концевой пластины 75b для сжатия или отпускания вспомогательной пружины 70b.

Когда контактное усилие, действующее на рычаг 20b, будет меньше жесткости вспомогательной пружины 70b, толкатель 30b не будет контактировать с подпружиненным листом 50. Когда контактное давление, действующее на рычаг 20b, превышает жесткость, обеспечиваемую вспомогательной пружиной 70b, толкатель 30b смещается с вводом ее в контакт с подпружиненным листом 50, и подпружиненный лист 50 перемещается для сжатия пружины 40. Если ни толкатель 30а, ни толкатель 30b не контактирует с подпружиненным листом 50, пружина 40 находится в нейтральном положении, и подпружиненный лист 50 будет приблизительно перпендикулярным оси пружины 40. В некоторых вариантах осуществления пружина 40 может быть размещена в позиционирующем устройстве 10 в предварительно сжатом состоянии и установлена так, что подпружиненный лист 50 будет оставаться в постоянном контакте с одним или с двумя толкателями 30а, 30b. Таким образом один или более рычагов 20а, 20b могут быть размещены в выдвинутом наружу положении, при этом степень предварительного сжатия пружины влияет на величину выдвигания рычагов наружу. В данной конфигурации предварительно сжатая пружина 40 воздействует с усилием через посредство подпружиненного листа 50 или на один, или на несколько толкателей 30а, 30b для выдвигания или одного, или нескольких рычагов 20а, 20b. Когда контактное усилие, действующее на рычаг 20а, превышает жесткость, обеспечиваемую вспомогательной пружиной 70а, и давление, действующее на рычаг 20b, превышает жесткость, обеспечиваемую вспомогательной пружиной 70b, на приблизительно одну и ту же величину, толкатели 30а и 30b будут толкать подпружиненный лист 50 приблизительно одинаково, и подпружиненный лист буд