RU2088954C1 - Clamping unit for borehole transducers of elastic vibrations - Google Patents

Abstract

FIELD: borehole seisometry. SUBSTANCE: clamping unit has central rod 1 with head 2 and tail part 3 and pressing mechanism mounted on it which includes upper and lower mobile couplings 4 and 5 spring-loaded in axial direction by spiral compression springs 6 and 7. One of them is rigidly fixed on head, while the other, on tail part. Counter movement of couplings along rod under action of springs is limited by rests 8 and 9 positioned on it. Couplings are hinged with the aid of system of levers 10 and 11 to transducers 12. Plate-shaped couplings are fitted with holes 13 and 14 for overflow of drilling fluid with movement of unit along borehole and are made from reinforced rubber. EFFECT: generation of seismic recordings undistorted by cable waves within wide range of change of borehole diameter; reliable protection of transducers against mechanical injuries. 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике геофизических исследований скважин и может быть использовано в скважинной сейсмометрии. The invention relates to techniques for geophysical research of wells and can be used in borehole seismometry.

Известны управляемые прижимные устройства многократного действия [1] применяемые в аппаратуре вертикального сейсмического профилирования (ВСП), в которых прижимной рычаг (лапа) раскрывается и убирается по команде, подаваемой по кабелю с поверхности земли. При раскрытии рычага весь прибор вместе с датчиком упругих колебаний прижимается к стенке скважины. При этом для надежного прижима прибора необходимо создать значительное прижимное усилие. Это может быть достигнуто только с помощью сложных механизмов раскрытия, что усложняет конструкцию, повышает вероятность отказа датчиков и может привести к созданию аварийной ситуации в скважине. Таким образом, сложность и невысокая эксплуатационная надежность подобных устройств является их основным недостатком. Known controlled clamping devices of multiple action [1] used in the apparatus of vertical seismic profiling (VSP), in which the clamping lever (paw) is opened and retracted by a command given by cable from the ground. When the lever is opened, the entire device, together with the elastic vibration sensor, is pressed against the well wall. In this case, for reliable clamping of the device, it is necessary to create significant clamping force. This can only be achieved using complex opening mechanisms, which complicates the design, increases the likelihood of sensor failure, and can lead to an emergency in the well. Thus, the complexity and low operational reliability of such devices is their main disadvantage.

В то же время в аппаратуре, использующей современную элементную базу (микросхемы, микромодули), для получения требуемой геофизической информации достаточно прижать к стенке скважины только датчик. В этих случаях целесообразно использовать более простые и надежные неуправляемые прижимные устройства рычажного или рессорного типа. At the same time, in equipment using a modern element base (microcircuits, micromodules), in order to obtain the required geophysical information, it is sufficient to press only the sensor to the well wall. In these cases, it is advisable to use simpler and more reliable uncontrolled clamping devices of lever or spring type.

Известны прижимные устройства [2] содержащие центральную штангу с головкой и хвостиком и смонтированный на ней механизм прижима, который включает две подвижные муфты и стягивающие их вдоль штанги пружины. Муфты с помощью системы рычагов шарнирно соединены с датчиками, скользящими по стенкам скважины. Недостатком этих устройств является небольшой (20 22^o) угол раскрытия рычагов (угол между вертикалью и направлением рычага при максимальном раскрытии). Это приводит к нарушению контакта датчиков со стенкой скважины в кавернах. Кроме того, постоянный контакт датчиков со стенками скважины может привести к их разрушению в результате механических повреждений.Known clamping devices [2] containing a central rod with a head and a tail and a clamping mechanism mounted on it, which includes two movable couplings and pulling them along the spring rod. Couplings using a system of levers are pivotally connected to sensors sliding along the walls of the well. The disadvantage of these devices is the small (20 22 ^o ) opening angle of the levers (the angle between the vertical and the direction of the lever at maximum opening). This leads to disruption of the contact of the sensors with the wall of the well in the caverns. In addition, the constant contact of the sensors with the walls of the well can lead to their destruction as a result of mechanical damage.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по своей технической сущности и достигаемому техническому эффекту является прижимное устройство [3] принятое нами за прототип. Closest to the claimed technical solution in its technical essence and the achieved technical effect is the clamping device [3] adopted by us for the prototype.

Устройство содержит центральную штангу с головкой и хвостовиком и смонтированный на ней механизм прижима. Последний включает верхнюю и нижнюю подвижные муфты, которые подпружинены в осевом направлении спиральными пружинами сжатия, одна из которых жестко закреплена на головке, а другая на хвостовике, и шарнирно соединены с рессорами, на вершинах которых установлены датчики, скользящие по стенке скважины. Встречное передвижение муфт вдоль центральной штанги ограничено упорами, установленными на ней. Устройство имеет те же недостатки, что и рассмотренный выше аналог [2] то есть недостаточно большой угол раскрытия рычагов и возможность разрушения датчиков в результате механических повреждений. Кроме того, рессорный прижим не может обеспечить отвязку датчиков от поверхности, так как кабель должен быть всегда натянут и, следовательно, подавление кабельных волн и получение неискаженной сейсмической записи невозможно. The device comprises a central rod with a head and a shank and a clamp mechanism mounted on it. The latter includes upper and lower movable couplings, which are axially spring-loaded with spiral compression springs, one of which is rigidly fixed to the head and the other to the shank, and pivotally connected to springs, on the tops of which sensors are installed that slide along the borehole wall. The oncoming movement of the couplings along the central rod is limited by the stops installed on it. The device has the same drawbacks as the analogue discussed above [2], that is, the angle of opening of the levers is not large enough and the possibility of destruction of the sensors due to mechanical damage. In addition, the spring clip cannot ensure the detachment of the sensors from the surface, since the cable must always be tensioned and, therefore, suppressing cable waves and obtaining undistorted seismic recordings is impossible.

Цель предлагаемого технического решения состоит в получении неискаженной сейсмической записи в широком диапазоне изменения диаметра скважин, а также обеспечение надежной защиты датчиков от механических повреждений. The purpose of the proposed technical solution is to obtain an undistorted seismic record in a wide range of changes in the diameter of the wells, as well as providing reliable protection of the sensors from mechanical damage.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве [3] муфты имеют тарельчатую форму, снабжены отверстиями для перетока бурового раствора при перемещении устройства вдоль скважины и выполнены из материала - армированной резины. This goal is achieved by the fact that in the known device [3] the couplings have a plate shape, are equipped with holes for the flow of drilling fluid when moving the device along the well, and are made of material - reinforced rubber.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство при движении вверх по скважине; на фиг. 2 при остановке для замера; на фиг. 3 при движении вниз по скважине. In FIG. 1 shows the proposed device when moving up the well; in FIG. 2 at a stop for measurement; in FIG. 3 when moving down the well.

Прижимное устройство скважинных датчиков упругих колебаний содержит центральную штангу 1 с головкой 2 и хвостовиком 3 и смонтированный на ней механизм прижима, включающий верхнюю и нижнюю подвижные муфты 4 и 5, подпружиненные в осевом направлении спиральными пружинами сжатия 6 и 7, одна из которых жестко закреплена на головке, а другая на хвостовике. Передвижение муфт вдоль штанги под действием пружин ограничено упорами 8 и 9, установленными на ней. Упоры представляют собой сквозные продольные отверстия, выполненные на штанге, в которые при монтаже устройства вставляются фиксирующие стержни, закрепляемые на муфтах. Муфты с помощью системы рычагов 10 и 11 шарнирно соединены с датчиками 12. Муфты имеют тарельчатую форму, снабжены отверстиями 13 и 14 для перетока бурового раствора при перемещении устройства вдоль скважины и выполнены из материала армированной резины. The clamping device of downhole elastic vibration sensors contains a central rod 1 with a head 2 and a shank 3 and a clamping mechanism mounted on it, including upper and lower movable couplings 4 and 5, axially spring-loaded with compression springs 6 and 7, one of which is rigidly fixed to head and the other on the shank. The movement of the couplings along the rod under the action of the springs is limited by the stops 8 and 9 mounted on it. The stops are through longitudinal holes made on the rod, into which, when the device is installed, the fixing rods are inserted, fixed on the couplings. The couplings using a system of levers 10 and 11 are pivotally connected to the sensors 12. The couplings are plate-shaped, equipped with holes 13 and 14 for overflowing the drilling fluid when moving the device along the well and made of reinforced rubber material.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

После подсоединения к каротажному кабелю через головку 2 и подвешивания к хвостовику 3 груза для улучшения прохождения по скважине устройство опускают для замера на заданную глубину. При спуске под действием встречного напора столба жидкости верхняя подвижная муфта 8, перемещаясь вдоль штанги 1 вверх, сжимает пружину 6. Поскольку при этом нижняя муфта 7, также перемещаясь вверх, займет крайнее верхнее положение, ограниченное упором 9, рычаги 10 и 11 спрямляются и убирают датчики 12 в пространство между муфтами 4 и 5, где они надежно защищены от механических повреждений. After connecting to the logging cable through the head 2 and hanging on the shank 3 of the load to improve the passage through the well, the device is lowered to measure at a given depth. When lowering under the action of the counter pressure of the fluid column, the upper movable clutch 8, moving along the rod 1 upwards, compresses the spring 6. Since the lower clutch 7, also moving up, will occupy its highest position, limited by the stop 9, the levers 10 and 11 are straightened and removed sensors 12 into the space between the couplings 4 and 5, where they are reliably protected from mechanical damage.

На заданной глубине устройство останавливают. При этом пружины 6 и 7 распрямляются, перемещая муфты 4 и 5 навстречу до тех пор, пока датчики 12 рычагами 10 и 11 не будут прижаты к стенкам скважины. В этом положении ослабляют кабель и производят замер, после чего опускают или поднимают устройство на следующую точку для проведения очередного замера. At a given depth, the device is stopped. In this case, the springs 6 and 7 are straightened, moving the couplings 4 and 5 towards them until the sensors 12 are pressed against the walls of the well by levers 10 and 11. In this position, loosen the cable and measure, then lower or raise the device to the next point for the next measurement.

При подъеме нижняя муфта 5, перемещаясь вдоль штанги 1 вниз, сжимает пружину 7, а верхняя муфта 4 при этом занимает крайнее нижнее положение, ограниченное упором 8. При этом рычаги 10 и 11 спрямляются и снова убирают датчики 12 в пространство между муфтами 4 и 5. When lifting, the lower clutch 5, moving along the rod 1 downward, compresses the spring 7, and the upper clutch 4 at the same time occupies the lowest position, limited by the stop 8. In this case, the levers 10 and 11 are straightened and again remove the sensors 12 into the space between the couplings 4 and 5 .

Тарельчатая форма муфт способствует образованию поршневого эффекта, достаточного для максимального сжатия пружин. С другой стороны, чтобы поршневой эффект не был чрезмерно большим и не препятствовал перемещению устройства вдоль скважины с требуемой скоростью (обычно 1500 м/ч), в муфтах предусмотрены отверстия для перетока бурового раствора. The disk-shaped form of the couplings contributes to the formation of a piston effect sufficient for maximum compression of the springs. On the other hand, so that the piston effect is not excessively large and does not interfere with the movement of the device along the borehole at the required speed (usually 1500 m / h), openings for drilling mud flow are provided in the couplings.

Конструкция позволяет увеличить угол раскрытия рычагов, по крайней мере, до 45^o. Этим обеспечивается надежный контакт датчиков со стенкой скважины и достаточная для отвязки датчиков от поверхности сила прижима в широком диапазоне изменения диаметра скважин. Для работы в скважинах различного диаметра имеется набор муфт и рычагов соответствующего размера.The design allows to increase the angle of the levers, at least up to 45 ^o . This ensures reliable contact of the sensors with the borehole wall and a sufficient clamping force to untie the sensors from the surface over a wide range of changes in the diameter of the wells. To work in wells of various diameters, there is a set of couplings and levers of the appropriate size.

Дополнительному снижению акустической связи датчиков с кабелем способствует выполнению муфт из резины, которая гасит кабельную волну. Для увеличения прочности резина армирована стальными прутьями. An additional reduction in the acoustic connection of the sensors with the cable is facilitated by the implementation of the couplings made of rubber, which dampens the cable wave. To increase the strength, the rubber is reinforced with steel bars.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получать неискаженные кабельными волнами сейсмические записи, пригодные не только для кинематической, но и для динамической обработки в широком диапазоне изменения диаметра скважин, а также надежно защитить датчики от механических повреждений. Thus, the proposed device allows to obtain seismic records undistorted by cable waves, suitable not only for kinematic, but also for dynamic processing in a wide range of changes in the diameter of the wells, as well as reliably protect the sensors from mechanical damage.

Claims (1)

Прижимное устройство скважинных датчиков упругих колебаний, содержащее центральную штангу с головкой и хвостовиком и смонтированный на ней механизм прижима, включающий верхнюю и нижнюю подвижные муфты, которые подпружинены в осевом направлении спиральными пружинами сжатия, одна из которых жестко закреплена на головке, а другая на хвостовике, и шарнирно соединены с помощью рычажной системы с датчиками, причем встречное передвижение муфт вдоль штанги под действием пружин ограничено упорами, установленными на ней, отличающееся тем, что муфты имеют тарельчатую форму, снабжены отверстиями для перетока бурового раствора при перемещении устройства вдоль скважины и выполнены из материала армированной резины. A pressure device for downhole elastic vibration sensors, comprising a central rod with a head and a shank and a clamp mechanism mounted on it, including upper and lower movable couplings, which are axially spring-loaded with compression spiral springs, one of which is rigidly fixed to the head and the other to the shaft, and pivotally connected by means of a lever system with sensors, and the oncoming movement of the couplings along the rod under the action of the springs is limited by the stops installed on it, characterized in that UFs have a plate shape, are equipped with holes for overflowing the drilling fluid when moving the device along the well, and are made of reinforced rubber material.

Images