CN103256041B - 井径仪器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井径仪器，包括：主体；测量机构，包括第一测量组件、与第一测量组件呈夹角布置的第二测量组件和弹性装置，第一测量组件的第一端和第二测量组件的第一端沿主体的延伸方向可往复运动地设置，第一测量组件的第二端和第二测量组件的第二端铰接，弹性装置用于驱动第一测量组件和第二测量组件相向运动；转换机构，设置于主体上，并与第二测量组件上远离第一测量组件的一端抵接，转换机构用于检测第二测量组件沿主体的径向变化位移。应用本发明的井径仪器，通过设置测量机构和转换机构可以使井径仪器实现双向测井的目的。

Description

井径仪器

技术领域

本发明涉及测量装置领域，具体而言，涉及一种井径仪器。

背景技术

四臂独立的井径仪器被广泛的应用在石油测井领域，随着钻井技术的进步，水平井越来越多，对井径仪器的要求也越来越多。在一些新的测井方式如存储式测井中，为了降低井径仪器能耗而要求测量臂无驱动，即在井下无论上行或下行测量臂都需保持常开状态。现有技术中的四臂井径仪器多为将测量臂收拢后下行，然后到达测量位置后在电机驱动下将测量臂张开进行上测。这种井臂测量仪虽具有一定的双向运动功能，但主要目的是适应水平井上测换钻具时短暂的下行要求，如果长距离下放极易损坏。

现有技术中的井径仪器的结构如图1所示，包括测量臂1’、压簧2’和伸缩臂3’。上述测量臂1’一端与仪器主体铰接，另一端与伸缩臂3’的一端铰接。压簧2’的一端可转动地设置于仪器主体上，压簧2’的另一端铰接于测量臂1’上并为测量臂1’提供推靠力。

现有技术的缺点：现有技术中的仪器测量仪需要轴杆等零件与压簧2’配套，还需要设计轴杆行程的空间，使得井径仪器的整体结构较为复杂。测井径时测量臂1’不能滑动，只能向一个方向测井，使得井径仪器的运动方式受到限制。

现有技术中的测量仪为了减少测量臂卡死概率而减小了测量臂的张开角度，并相应增大测量臂长度以实现双向测井。这种方式不但增加了仪器长度，还会造成因张开角度小而导致的测量精度降低的技术问题。且现有技术中的井径仪器在向图1所示的右边运动时受力状况差，仍会出现卡死，甚至仪器损坏的情况。

发明内容

本发明旨在提供一种井径仪器，以达到井径仪器可以双向测井的目的。

为了实现上述目的，本发明提供了一种井径仪器，包括：主体；测量机构，包括第一测量组件、与第一测量组件呈夹角布置的第二测量组件和弹性装置，第一测量组件的第一端和第二测量组件的第一端沿主体的延伸方向可往复运动地设置，第一测量组件的第二端和第二测量组件的第二端铰接，弹性装置用于驱动第一测量组件和第二测量组件相向运动；转换机构，设置于主体上，并与第二测量组件上远离第一测量组件的一端抵接，转换机构用于检测第二测量组件沿主体的径向变化位移。

进一步地，第一测量组件包括第一测量臂和与第一测量臂的第一端铰接的第一元件，第一元件沿主体的延伸方向可滑动或滚动地设置；第二测量组件包括第二测量臂和与第二测量臂的第一端铰接的第二元件，第二元件沿主体的延伸方向可滑动或滚动地设置；第一测量臂的第二端与第二测量臂的第二端铰接。

进一步地，第一元件为沿主体的延伸方向可滚动地设置的滚动体或为沿主体的延伸方向可滑动的滑块；第二元件为沿主体的延伸方向可滚动地设置的滚动体或为沿主体的延伸方向可滑动的滑块。

进一步地，弹性装置为拉簧，拉簧的第一端连接于第一测量臂上，拉簧的第二端连接于第二测量臂上。

进一步地，转换机构包括：第一连接臂，第一连接臂与井径仪器的主体铰接于第一铰接点；第二连接臂，第二连接臂与主体铰接于第二铰接点；第三连接臂，第三连接臂与第一连接臂铰接于第三铰接点，第三连接臂与第二连接臂铰接于第四铰接点，第三连接臂与井径仪器的第二测量组件上设置的凸起抵接；第四连接臂，第四连接臂的第一端与第二连接臂固定连接；电位器，与第四连接臂的第二端压接配合。

进一步地，第二铰接点与第四铰接点处于第一连线上，第四连接臂和第二连接臂的连接点与第四连接臂和电位器的压接点处于第二连线上，第一连线与第二连线相互垂直。

进一步地，第一铰接点和第三铰接点处于第三连线上，第一连线平行于第三连线。

进一步地，第二铰接点和第四铰接点之间的距离为a，第一铰接点和第三铰接点之间的距离为b，其中，a=b。

进一步地，第三铰接点和第四铰接点处于第四连线上，第四连线与井径仪器的主体的轴线平行。

进一步地，第一连接臂为曲轴的曲柄臂，第二连接臂和第四连接臂共同构成转换片，第三连接臂为测量板。

应用本发明的井径仪器，通过设置可以沿主体的延伸方向往复移动的第一测量组件和第二测量组件以及用于驱动上述测量组件相向运动的弹性装置，当第一测量组件或第二测量组件受力时，第一测量组件和第二测量组件可以沿主体的轴线方向运动，从而避免了卡死和受力不均匀的情况发生；当第一测量组件和第二测量组件不受力时，通过弹性装置拉动第一测量组件和第二测量组件相向运动，使第一测量组件和第二测量组件保持向外张开的状态，进而使井径仪器可以达到双向测井的目的；进一步地，通过设置转换机构，能够通过转换机构检测第二测量组件沿主体的径向变化位移，避免其他无效位移对井径仪器的测量值产生影响，从而提高井径仪器的测量精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中井径仪器的原理图；

图2为根据本发明实施例中井径仪器的结构图；

图3为根据本发明实施例中井径仪器的测量机构的原理图；

图4为图2的A部放大图。

图中附图标记：10、主体；11、第一测量臂；12、第二测量臂；13、第一元件；14、第二元件；20、弹性装置；40、第一连接臂；51、第二连接臂；52、第四连接臂；60、第三连接臂；70、平衡部分。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图2至图4所示，本发明实施例提供了一种井径仪器，包括：主体10、测量机构和转换机构。测量机构包括第一测量组件、与第一测量组件呈夹角布置的第二测量组件和弹性装置20，第一测量组件的第一端和第二测量组件的第一端沿主体10的延伸方向可往复运动地设置，第一测量组件的第二端和第二测量组件的第二端铰接，弹性装置20用于驱动第一测量组件和第二测量组件相向运动。转换机构设置于主体10上，并与第二测量组件上远离第一测量组件的一端抵接，转换机构用于检测第二测量组件沿主体10的径向变化位移。

通过设置可以沿主体10的延伸方向往复移动的第一测量组件和第二测量组件以及用于驱动上述测量组件相向运动的弹性装置20，当第一测量组件或第二测量组件受力时，第一测量组件和第二测量组件可以沿主体10的轴线方向运动，从而避免了卡死和受力不均匀的情况发生。当第一测量组件和第二测量组件不受力时，通过弹性装置20驱动第一测量组件和第二测量组件相向运动，使第一测量组件和第二测量组件保持向外张开的状态，进而使井径仪器可以达到双向测井的目的。

通过设置转换机构，能够通过转换机构检测第二测量组件沿主体10的径向变化位移，避免其他无效位移对井径仪器的测量值产生影响，从而提高井径仪器的测量精度。

如图2和图3所示，第一测量组件包括第一测量臂11和与第一测量臂11的第一端铰接的第一元件13，第一元件13沿主体10的延伸方向可滑动或滚动地设置。第二测量组件包括第二测量臂12和与第二测量臂12的第一端铰接的第二元件14，第二元件14沿主体10的延伸方向可滑动或滚动地设置，且第一测量臂11的第二端与第二测量臂12的第二端铰接。

优选地，第一测量臂11或第二测量臂12与主体10之间的夹角大小为0°至41°，其中，第一测量臂11或第二测量臂12与主体10之间的最大张开角度可达到41°。

具体地，第一元件13为沿主体10的延伸方向可滚动地设置的滚动体或为沿主体10的延伸方向可滑动地设置的滑块。第二元件14为沿主体10的延伸方向可滚动地设置的滚动体或为沿主体10的延伸方向可滑动地设置的滑块。其中，第一元件13和第二元件14可以为相同结构，也可以不同结构。

如图2和图3所示，本发明实施例中主体10上设置有滑动槽，第一元件13和第二元件14均为设置于上述滑动槽内的滑块。第一测量臂11的第一端和第二测量臂12的第一端均对应铰接于相应的滑块上，第一测量臂11的第二端与第二测量臂12的第二端铰接。弹性装置20为承受轴向拉力的拉簧，上述拉簧的第一端连接于第一测量臂11上，弹性装置20的第二端连接于第二测量臂12上。

在工作时，第一测量臂11和第二测量臂12在拉簧的作用下保持向外张开的状态，当井径变小时，第一测量臂11或第二测量臂12受力，使第一测量臂11和第二测量臂12的铰接端向靠近主体10的方向运动。第一测量臂11和第二测量臂12的第一端由于设置有滑块，所以能够沿主体10的延伸方向运动，从而避免了上述测量臂卡死和受力不均匀的情况发生。

当井径变大时，第一测量臂11和第二测量臂12的铰接端不受力，在拉簧的作用下，上述第一测量臂11和第二测量臂12的第一端相向运动，上述第一测量臂11和第二测量臂12的铰接端向外张开并与井壁抵接，以保证测量的精度。

需要说明的是，本发明实施例中的主体10可以为圆柱型结构，测量机构可以为多个，且多个测量机构沿主体10周向均布。

如图4所示，本发明实施例中的转换机构包括：第一连接臂40、第二连接臂51、第三连接臂60、第四连接臂52和电位器。第一连接臂40与井径仪器的主体10铰接于第一铰接点。第二连接臂51与主体10铰接于第二铰接点；第三连接臂60与第一连接臂40铰接于第三铰接点，第三连接臂60与第二连接臂51铰接于第四铰接点。第三连接臂60与井径仪器的第二测量组件上设置的凸起抵接。第四连接臂52的第一端与第二连接臂51固定连接。电位器与第四连接臂52的第二端压接配合，以将井径仪器的测量臂的机械位移信号转换为电位器的电信号，从而实现测井。其中，第二测量组件上的凸起设置于第二测量臂12与主体10的铰接端。

当第二测量臂12在受力时，可将第二测量臂12沿主体10的径向有效位移线性地转换为第三连接臂60的径向位移，而第二测量臂12沿主体10的轴向无效位移可以过滤掉，使转换机构既可以适用于单向测井的井径仪器也可适用于双向测井的井径仪器，从而达到提高转换机构通用性的目的。

第二铰接点与第四铰接点处于第一连线上，第四连接臂52与第二连接臂51固定连接的连接点（在本实施例中，连接点与第二铰接点重合）与第四连接臂52和电位器的压接点处于第二连线上。上述第一连线和第二连线之间具有夹角，优选地，第一连线与第二连线相互垂直，以将第二连接臂51与第四连接臂52呈L形设置。

将第二连接臂51与第四连接臂52设置为相互垂直的L型结构，并使该L形结构的拐角处与上述主体10铰接。当转换机构的第三连接臂60运动时，能够驱动第二连接臂51运动，从而带动第四连接臂52绕第二铰接点转动，进而挤压电位器，达到改变电位器的输出数值的目的。

进一步地，第一铰接点和第三铰接点处于第三连线上，且第一连线平行于第三连线。第二铰接点和第四铰接点之间的距离为a，第一铰接点和第三铰接点之间的距离为b，其中，a=b。

优选地，第三铰接点和第四铰接点处于第四连线上，第四连线与井径仪器的主体10的轴线平行。

将第二连接臂51、主体10、第一连接臂40和第三连接臂60围成平行四边形的四连杆机构，利用四连杆机构的转动特性，既能够有效地将第二测量臂12沿主体10轴线方向的位移筛除，又能够不影响第二测量臂12将沿主体10的径向位移传导至转换机构上，从而保证井径仪器的测量精准度。

如图4所示，第一连接臂40为曲轴的曲柄臂，第二连接臂51和第四连接臂52共同构成转换片，第三连接臂60为测量板。具体地，第二测量臂12与主体10的铰接端设置有圆弧状的凸起，该凸起与测量板可滑动地抵接设置。

需要说明的是，本发明实施例中的电位器包括电位器连杆和与电位器连杆抵接的压簧，上述压簧对电位器连杆施加向外的推力，使电位器连杆与第四连接臂52压接配合，并使上述平行四边形的转换机构在不受力的情况下处于向远离上述电位器的方向倾斜的状态，以保证测量板具有足够的径向运动空间。

上述转换机构可以应用于测量臂铰接于主体上的单向测井方式的井径仪器，也可以用于双向测井方式的井径仪器。其中，当转换机构用于双向测井的井径仪器时，第二测量臂12上设置的凸起可相对于第三连接臂60滑动。进一步地，主体10上还设置有用于平衡本发明实施例中井径仪器受力的平衡部分70。

本发明并不限于上述实施例，例如在一种未图示的实施例中，弹性装置20包括：

用于对第一测量组件提供推力的第一压簧和用于对第二测量组件提供推力的第二压簧。第一压簧设置于第一测量组件的外侧，且第一压簧的第一端与第一测量组件连接，第一压簧的第二端固定于主体10上。第二压簧设置于第二测量组件的外侧，且第二压簧的第一端与第二测量组件连接，第二压簧的第二端固定于主体10上。

通过设置对第一测量组件提供推力的第一压簧和对第二测量组件提供推力的第二压簧，使第一测量组件和第二测量组件可以相向运动，以实现双向测井的目的。

在另一种未图示的实施例中，弹性装置20包括：

用于对第一测量组件提供拉力的第一拉簧和用于对第二测量组件提供拉力的第二拉簧。第一拉簧设置于第一测量组件的内侧，且第一拉簧的第一端与第一测量组件连接，第一拉簧的第二端固定于主体10上。第二拉簧设置于第二测量组件的内侧，且第二拉簧的第一端与第二测量组件连接，第二拉簧的第二端固定于主体10上。

需要说明的是，除上述特征外，以上两种未图示的实施例中其他技术特征均与上述实施例中相同。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过设置可以沿主体的延伸方向往复移动的第一测量组件和第二测量组件以及用于驱动上述测量组件相向运动的弹性装置，当第一测量组件或第二测量组件受力时，第一测量组件和第二测量组件可以沿主体的轴线方向运动，从而避免了卡死和受力不均匀的情况发生；当第一测量组件和第二测量组件不受力时，通过弹性装置拉动第一测量组件和第二测量组件相向运动，使第一测量组件和第二测量组件保持向外张开的状态，进而使井径仪器可以达到双向测井的目的；进一步地，通过设置转换机构，能够通过转换机构检测第二测量机构沿主体的径向变化位移，避免其他无效位移对井径仪器的测量值产生影响，从而提高井径仪器的测量精度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种井径仪器，其特征在于，包括：

主体(10)；

测量机构，包括第一测量组件、与所述第一测量组件呈夹角布置的第二测量组件和弹性装置(20)，所述第一测量组件的第一端和所述第二测量组件的第一端沿所述主体(10)的延伸方向可往复运动地设置，所述第一测量组件的第二端和所述第二测量组件的第二端铰接，所述弹性装置(20)用于驱动所述第一测量组件和所述第二测量组件相向运动；

转换机构，设置于所述主体(10)上，并与所述第二测量组件上远离所述第一测量组件的一端抵接，所述转换机构用于检测所述第二测量组件沿所述主体(10)的径向变化位移；

所述转换机构包括：

第一连接臂(40)，所述第一连接臂(40)与所述井径仪器的主体(10)铰接于第一铰接点；

第二连接臂(51)，所述第二连接臂(51)与所述主体(10)铰接于第二铰接点；

第三连接臂(60)，所述第三连接臂(60)与所述第一连接臂(40)铰接于第三铰接点，所述第三连接臂(60)与所述第二连接臂(51)铰接于第四铰接点，所述第三连接臂(60)与所述井径仪器的第二测量组件上设置的凸起抵接；

第四连接臂(52)，所述第四连接臂(52)的第一端与所述第二连接臂(51)固定连接；

电位器，与所述第四连接臂(52)的第二端压接配合。

2.根据权利要求1所述的井径仪器，其特征在于，

所述第一测量组件包括第一测量臂(11)和与所述第一测量臂(11)的第一端铰接的第一元件(13)，所述第一元件(13)沿所述主体(10)的延伸方向可滑动或滚动地设置；

所述第二测量组件包括第二测量臂(12)和与所述第二测量臂(12)的第一端铰接的第二元件(14)，所述第二元件(14)沿所述主体(10)的延伸方向可滑动或滚动地设置；

所述第一测量臂(11)的第二端与所述第二测量臂(12)的第二端铰接。

3.根据权利要求2所述的井径仪器，其特征在于，

所述第一元件(13)为沿所述主体(10)的延伸方向可滚动地设置的滚动体或为沿所述主体(10)的延伸方向可滑动的滑块；

所述第二元件(14)为沿所述主体(10)的延伸方向可滚动地设置的滚动体或为沿所述主体(10)的延伸方向可滑动的滑块。

4.根据权利要求2所述的井径仪器，其特征在于，所述弹性装置(20)为拉簧，所述拉簧的第一端连接于所述第一测量臂(11)上，所述拉簧的第二端连接于所述第二测量臂(12)上。

5.根据权利要求1所述井径仪器，其特征在于，所述第二铰接点与所述第四铰接点处于第一连线上，所述第四连接臂(52)和所述第二连接臂(51)的连接点与所述第四连接臂(52)和所述电位器的压接点处于第二连线上，所述第一连线与所述第二连线相互垂直。

6.根据权利要求5所述井径仪器，其特征在于，所述第一铰接点和所述第三铰接点处于第三连线上，所述第一连线平行于所述第三连线。

7.根据权利要求1至6中任一项所述井径仪器，其特征在于，所述第二铰接点和所述第四铰接点之间的距离为a，所述第一铰接点和所述第三铰接点之间的距离为b，其中，a＝b。

8.根据权利要求1至6中任一项所述井径仪器，其特征在于，所述第三铰接点和所述第四铰接点处于第四连线上，所述第四连线与所述井径仪器的主体(10)的轴线平行。

9.根据权利要求1至6中任一项所述井径仪器，其特征在于，所述第一连接臂(40)为曲轴的曲柄臂，所述第二连接臂(51)和所述第四连接臂(52)共同构成转换片，所述第三连接臂(60)为测量板。