Двигатель для скважинных геофизических приборов

 

1. ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ СКВАЖННЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ, содержащий корпус, внутри которого расположены поршневая и нагревательная камеры. SU,,., 1084427 А

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И)

З 59 E 21 В 47/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3527377/22-03. (22) 24 .12.82 (46) 07.04.84. Бюл. Ф 13 (72) Д.А.Бернштейн, С.Ф. Михайлов, И.И.Барский, И.Г.Жувагин и В.В.Труфанов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (53) 622.248.4(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 4 15356, кл. E 21 В 47/02, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3338380/22-03, кл. Е 21 В 47/00, 18.03.82.

3. Авторское свидетельство СССР

У 463780, кл. E 21 В 47/00, 1975 (прототип). (54) (57) 1. ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ СКВАЖИННЫХ

ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ, содержащий корпус, внутри которого расположены поршневая и нагревательная камеры, заполненные рабочим агентом, нагревательные элементы, шток с. поршнем, жестко соединенный с исполнительным органом, и механизм реверса, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и бь3 тродействия работы двигателя, по другую сторону поршневой камеры соосно с ней выполнена дополнительная нагревательная камера, причем в качестве рабочего агента использован инертный газ, например аргон, предварительно сжатый до давления, соизмеримого по величине с гидростатическим давлением в исследуемой скважине, а нагревательные элементы камер установлены с воэможностью их переменного включения и выключения механизмом реверса при прохождении поршня в крайних положениях.

2. Двигатель по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что его корпус снабжен стопорным механизмом.

Известен двигатель для скважинных, геофизических приборов, принцип работы которого основан на свойствах расширения жидкости при ее нагревании.

Он содержит корпус, внутри которого

45 расположены поршневая и нагревательная камеры, заполненные рабочим агентом, нагревательные элементы, шток с поршнем, жестко связанный с исполнительным органом, и механизм реверса. Работа происходит sa счет теплового расширения жидкости в нагревательной камере после включения нагревательного элемента в ней.

Жидкость, расширяясь, перемещается в поршневую камеру и перемещает поршень, связанный с исполнительным механизмом. Для устранения влияния температуры окружающей среды перио-

t 1084

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям скважин и предназначено для доставки геофизических приборов на забой наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Известно устройство для транспортирования грузов в скважине, содержащее корпус, внутри которого расположены стопорно-раэжимные механизмы с приводами и опорными элементами, и средство реверса хода )1) .

Недостатком устройства является сложность конструкции ввиду наличия редукторов, винтовой передачи, а также наличие ограничений по условиям применения приводного электрического двигателй.

Известно устройство для транспортировки приборов в скважине, содержащее шток с зубчатой частью, жестко связанный с транспортируемым прибором, герметично насаженный на него подвижный корпус, силовой механизм с ведущими шестернями, находящимися в зацеплении с зубчатой частью штока, стопорный механизм и механизм реверса. На противоположных концах штока выполнены утолщения, диаметр которых больше наружного диаметра корпуса f2) .

К недостаткам относится сложность устройства, вызванная наличием механического редуктора, зубчатого зацепления, что обусловливает высокую трудоемкость его изготовления, а также ограничения, накладываемые на применение приводного электродвигателя.

427 2 дически включается управляемый клапан и часть жидкости стравливается из поршневой камеры в буферную емкость. Обратное перемещение порш.— ня осуществляется возвратной пружиной при отключенном нагревательном элементе и включении управляемого клапана, при этом жидкость из поршневой камеры перемещается в буферную .емкость (3) .

К .недостаткам известного двигателя относятся малая эффективность продвижения исполнительного органа, обусловленная малыми значениями объемного коэффициента теплового расширения применяемых жидкостей, высокая тепловая инерция жидкостей, требующая достаточного времени на ее нагрев, а также на остывание, что требует дополнительного времени на совершение рабочего цикла, сложность конструкции, обусловленная наличием устройств для устранения влияния температуры скважины на расширение жидкости в нагревательной и поршневой камерах, введением дополнительно буферной емкости, обратных и управляемых клапанов, ведущих к снижению надежности работы устройства.

Цель изобретения — повышение надежности и быстродействия работы двигателя.

Укаэанная цель достигается тем, что в двигателе для скважинных геофизических приборов, содержащем корпус, внутри которого расположены поршневая и нагревательная камеры, заполненные рабочим агентом, нагревательные элементы, шток с поршнем, жестко соединенный с исполнительным органом, и механизм реверса, в корпусе по другую сторону поршневой камеры соосно с ней выполнена дополнительная нагревательная камера, причем в качестве рабочего агента использован инертный газ, например аргон, предварительно сжатый до давления, соизмеримого по вели,чине с гидростатическим давлением в исследуемой скважине, а нагревательные элементы камер установлены с возможностью их переменного включения и выключения механизмом реверса при нахождении поршня в крайних положениях.

Кроме того, корпус двигателя снабжен стопорным механизмом.

Использование в качестве рабочего агента инертного газа, сжатого до

1084427

Двигатель состоит из подвижного корпуса 1 и жестко связанного с 55 транспортируемым прибором 2 штока 3.

Шток 3 выполнен с возможностью перемещения внутри корпуса 1, герме- определенного давления, упрощает конструкцию и повышает ее надежность, так как исключает применение буферной емкости и системы клапанов для

I устранения теплового расширения 5 жидкости под действием температуры в скважине. Наличие двух нагревательных камер, разделенных поршневой камерой, позволит скомпенсировать тепловое расширение, а значит, и давление в камерах при нахождении прибора в скважине ° Наличие в камерах газа под давлением, соизмеримым с гидростатическим давлением жидкости в скважине, уменьшает пере- 15 пад давления на уплотнения штока в камере, что повышает надежность работы устройства. Так как теплоемкость газов в несколько раз ниже теплоемкости жидкостей, то на нагре- 20 вание одинаковых объемов требуется различное количество теплоты (для газов меньше), что снижает энергозатраты предлагаемого двигателя.

Обусловленная этим различная тепловая инерция обеспечивает быстродействие работы данного устройства.

Ввиду большого коэффициента объемного расширения газов при нагревании по сравнению с жидкостями и 30

0 возможностью нагрева их до 400-500 С обеспечивается ход штока порядка

0,5-0,8 и и создается равномерность хода устройства.

Предлагаемый двигатель может быть применен в геофизических приборах, где требуется создать управляемое перемещение исполнительных органов, например, в механизме управления пакером скважинных дебитомеров-40 расходомеров, при управлении прйжимными башмаками скважинных радиометров, каверномеров-профилемеров. Но особенно эффективно его применение в качестве двигателя при транспорти- 45 ровке геофизических приборов в горизонтальных и наклонно направленных скважинах ввиду возможности обеспечения автоматизации циклов перемещения, большого хода и значительных (500-700 кгс) усилий на штоке, На чертеже изображен предлагаемый двигатель, общий вид. тичность при этом обеспечивается уплотнительными кольцами 4. Внутри корпуса размещены две нагревательные камеры Q и Б, разделенные поршневой камерой В. В месте расположения поршневой камеры шток снабжен поршнем 5, способным герметично перемещаться вдоль поршневой камеры В благодаря уплотнению 6. Внутри нагревательных камер о и 6 расположены нагревательные элементы соответственно 7 и 8, питание которых осуществляется посредством геофизического кабеля. Иеханизмы реверса двигателя выполнены в виде концевых выключателей 9 и 10, установленных соответственно на торцовых поверхностях г и г поршневой камеры. Срабатывание концевых выключателей происходит от соприкосновения их с торцаг и поршня 5.

Включение нагревательных элементов обеспечивает их попеременное включение при нахождении поршня в крайних положениях. Внутри камер находится под давлением инертный газ 11, например аргон, причем давление газа близко к давлению жидкости в скважине. Заполнение камер газом производится через зарядные штуцеры .

12 и 13. Стопорный механизм выполнен в виде опорных рычагов 14, шарнирно укрепленных на корпусе. Ðàñкрытие и дальнейшее прижатие их к стенке скважины 15 осуществляется пластинчатыми пружинами 1б. Иеханизм уборки опорных рычагов выполнен с виде электромагнита, который срабатыванием от сигнала с наземного

1 пульта возвращает их в исходное (убранное) положение. Наличие утолщенного конусообразного участка 17 на штоке уменьшает лобовое сопротивление его и повышает проходимость.

Устройство работает следующим образом.

При достижении интервала. скважины, где прибор не может перемещаться под действием собственного веса и веса кабеля, с пульта управления подается сигнал для раскрытия опорных рычагов двигателя, поршень двигателя в этот момент занимает положение, показанное на чертеже. Затем подается сигнал на включение нагревательного элемента верхней камеры с . При этом за счет нагревания сжатого газа в камере происходит его изотермичес1084427

РЧ PЧ

Т Т

1О

В кое расширение, при котором совершается работа по перемещению поршня 5 и связанного с ним транспортируемого прибора 2 вниз. Движению подвижного корпуса 1 в обратном направле- 5 нии препятствует сцепление опорных рычагов двигателя со стенкой скважины. Теоретически перемещение поршня будет происходить прерывно, по мере нагревания увеличивающегося объема - газа. Hp ввиду низкой теплоемкости газа нагрев его и расширение происходят практически мгновенно в процессе его расширения, так что двигатель обеспечивает непре- 15 рывное движение поршня с прибором.

Перемещение поршня вниз происходит до тех пор, пока он не упрется в торцовую поверхность и не сработает концевой выключатель 10. При этом прекращается подача питания на нагревательный элемент 7 и включа- . ется нагревательный элемент 8 нижней камеры о . За счет отвода тепла из нагревательной камеры, 0 в скважину ! через стенку двигателя и нагревасжатого газа в камере 6 происходит его изотермическое расширение и, так как вес корпуса 1 неизмеримо меньше веса транспортируемого : 30

1 прибора с кабелем, корпус перемещается вниз при неподвижном штоке.

Перемещение происходит до тех пор, пока торец не упрется в поршень: происходит срабатывание выключателей 35

9, обеспечивание питания нагревательного элемента 8 и подача питания на нагревательный элемент 7. Повторяется вьппеописанный цикл работы двигателя. Для подъема прибора из 4О скважины подается сигнал на отключение питания нагревательных элементов и уборку опорных. рычагов, .прибор вместе с двигателем беспрепятственно извлекают из скважины посредством 4 геофизического кабеля.

На основании уравнения состояния идеального газа где, Р, Ч, Т .и P VZ Т вЂ” давление,объем и температура идеального газа соответственно в состоянию "1" и "2".

Состояние "1" соответствует состоянию газа в начальный момент, состояние "2"— состояние газа в нагревательной и поршневой камерах при нахождении поршня в одном из крайних положений.

При равенстве объемов нагревательных и поршневой камер и учитывая, что при движении поршня вниз давление в камере о возрастает согласно закону Бойля-Мариотта, для преодоления полезного сопротивления на штоке 350-400 кгс при начальном давлении в скважине Р1 = 80 кг/см, 1

Ч2= 1—

I создать температуру в камере а 350о .400 С. Для обеспечения средней скорости каротажа, равной 0 5 м/с, энергозатраты двигателя составят

1-1,5 кВт. Такую мощность реально можно передать по геофизическому кабелю. и Т„= 293 К, необходимо

Предлагаемый двигатель обладает следующими преимуществами: высокой производительностью доставки геофизической аппаратуры в наклонные скважины, обусловленной наличием специального двигателя для его транспортирования, отсутствием ограничений на габариты транспортируемого прибора.

Эти преимущества позволяют за счет экономии средств по содержанию бурового оборудования, его амортизации и оплаты труда буровой бригады получить экономический эффект не менее 250 рублей на одно исследование скважины.

1084427

Составитель И. Карбачинская,Редактор M. Янович Техред Л.Микею Корректор С. Шекмар

WЧВ ЮЮЮВ4

Тирам 564

Заказ 1947/25

Подписное

ВНИИПИ Государственного, комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Ю \

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4