Устройство для спуска приборов на кабеле в скважину, находящуюся под давлением

 

Изобретение относится к устьевому оборудованию нефтяных или газовых скважин, используемому при их геофизических исследованиях . Устройство состоит из полого корпуса 1, размещенных внутри него направляющих 2 захватного механизма, привода захватного механизма, включающего рукоять 4 и приводной вал 3, захватного механизма, состоящего из корпуса (КЗМ) 10, захватных элементов (ЭЗ) 25, отводных рычагов захватных элементов (РОЗ) 23 и патрубка . Привод перемещения захватного механизма выполнен в виде замкнутой цепи 7, охватывающей приводную 5 и поворотную 6 звездочки и содержащей специальное звено 8 с цапфой 9. соединенное поводком 11 с КЗМ 10 посредством оси 12. Она жестко соединяет поводок 11 с кулачком 17, взаимодействующим с патрубком. При этом РОЗ 23 установлены на КЗМ 10 попарно посредством осей 22, имеют радиусные выступы 26, взаимодействующие с внутренней проточкой патрубка, и соединены с ЭЗ 25 посредством осей 24. Расстояние между осями 24 в ЭЗ 25 равно расстоянию между осями 22 в КЗМ 10. Угол, составленный перпендикуляром к оси кабеля с РОЗ 23, выполнен меньшим угла самоторможения при трении ЭЗ 25 о кабель. Патрубок захватного механизма выполнен из двух секций - внутренней 18, контактирующей с кулачком 17, и наружной 19. Указанные секции установлены концентрично, имеют противолежащие друг другу проточки, образующие камеру, в которой размещена пружина 20 с шайбами 21 по торцам. Когда звено 8 находится на восходящей ветви цепи 7, то поводок через кулачок 17 поддерживает патрубок в верхнем положении. Последний обеспечивает отвод РОЗ 23 вместе с ЭЗ 25 от центра -устройства. Этим обеспечивается возможность опускания глубинных приборов через механизм без его разборки. При переходе ЗС 8 с восходящей ветви цепи 7 на нисходящую , поводок 11 перемещается относительно КЗМ 10 из положения а в положение в. В результате кулачок 17 перемещает патрубок вниз. Последний через радиусные выступы 26 заставляет поворачиваться РОЗ 23 и прижимает ЭЗ 25 к кабелю. Окончательное зажатие кабеля ЭЗ 25 происходит за счет сил самоторможения. В дальнейшем осуществляется рабочий ход устройства. Движение звена 8 по нисходящей ветви вниз через поводок 11 передается на КЗМ 10 и далее на кабель. 2 з.п. Ф-лы, 6 ил. fc VJ 00 с to 8

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК (я)5 Е 21 В 33/03

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4848621/03 (22) 09.07.90

{46) 15.01.93. Бюл. N 2 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических методов исследований, испытания и .контроля нефтегазоразведочных скважин (72) В.П.Сипейкин и В.В.Пустов

{56) Авторское свидетельство СССР

М 1153039, кл.. Е 21 В 33/03. 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1089239. кл, Е 21 В 33/03, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУСКА ПРИБОPQB НА КАБЕЛЕ В СКВАЖИНУ, НАХОДЯЩУЮСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к устьевому оборудованию нефтяных или газовых скважин, используемому при их геофизических исследованиях. Устройство состоит из полого корпуса 1, размещенных внутри него направляющих 2 захватного механизма, привода захватного механизма, включающего рукоять 4 и приводной вал 3, захватного механизма, состоящего из корпуса (КЗМ) 10, захватных элементов (ЭЗ} 25, отводных рычагов захватных элементов (РОЗ) 23 и патрубка. Привод перемещения захватного механизма выполнен в виде замкнутой цепи

7, охватывающей г риводную 5 и поворотную 6 звездочки и содержащей специальное звено 8 с цапфой 9. соединенное поводком

11 с КЗМ 10 посредством оси 12. Она жестко соединяет поводок 11 с кулачком 17, взаимодействующим с патрубком, При этом РОЗ

23 установлены на КЗМ 10 попарно посредИзобретение относится к нефтегазодобывающей промьцлленности, а именно — к

„„Я2„„1788205 А1 ством осей 22, имеют радиусные выступы

26, взаимодействующие с внутренней проточкой патрубка, и соединены с ЭЗ 25 посредством осей 24. Расстояние между осями

24 в ЭЗ 25 равно расстоянию между осями

22 в КЗМ 10. Угол, составленный перпендикуляром к оси кабеля с РОЗ 23, выполнен меньшим угла самоторможения при трении

ЭЗ 25 о кабель. Патрубок захватного механизма выполнен из дьух секций — внутренней 18, контактирующей с кулачком 17, и наружной 19. Указанные секции установлены концентрично, имеют противолежащие друг другу проточки, образующие камеру. в которой размещена пружина 20 с шайбами

21 по торцам, Когда звено 8 находится на восходящей ветви цепи 7, то поводок через кулачок 17 поддерживает патрубок в верхнем положении. Последний обеспечивает отвод Р03 23 вместе с. ЭЗ 25 от центра .устройства. Этим обеспечивается возможность опускания глубинных приборов через механизм без его разборки. При переходе

ЗС 8 с восходящей ветви цепи 7 на йисходящую, поводок 11 перемещается относительно КЗМ 10 из положения "а" в положение

"в", В результате кулачок 17 перемещает патрубок вниз. Последний через радиусные выступы 26 заставляет поворачиваться РОЗ

23 и прижимает ЭЗ 25 к кабелю. Окончател ьное зажатие кабеля ЭЗ 25 происходит за счет сил самоторможения. В дальнейшем осуществляется рабочий ход устройства.

Движение звена 8 по нисходящей ветви вниз через поводок 11 передается на КЗМ

10 и далее на кабель. 2 э.п. ф-лы, 6 ил, устьевому оборудованию скважины и может быть использовано при геофизических и

1788205

5 . коэффициент полезного действия, уменьшить износ его частей и оплетки кабеля, 20

30

55 гидродинами еских исследованиях, проводимых с помощью приборов на кабеле при наличии давления на устье, Известно устройство для спуска кабеля в скважину, включающее полый корпус. механизм захвата кабеля, состоящий из подпружиненных конусных плашек, установленных B конусной втулке, и привод его возвратно-поступательного перемещения. 1

Недостатком устройства является необходимость обрубки геофизических приборов для пропуска кабеля через устройство и последующего подсоединения прибора, Кроме того, наблюдается износ оплетки ка- 1 беля в результате скольжения по нему подпружиненных плашек. К недостаткам устройства также относится то, что усилие трения плашек при обратном ходе добавляется к усилию, стремящемуся вытолкнуть кабель из скважины, что требует компенсации, Известно также устройство для спуска приборов на кабеле в скважину, включающее полый корпус, направляющие, механизм захвата кабеля, состоящий из корпуса с конусной поверхностью и продольной прорезью, разрезных конусных кабельных захватов, патрубка, рычагов отвода кабельных захватов, подпружиненных толкателей, рычага перемещения патрубка с фиксатором и толкателем, привод возвратно-поступательного перемещения захватного механизма, состоящий из приводного вала, промежуточного вала и эксцентрика. Уст- 3 ройство обеспечивает отвод кабельных захватов от кабеля при обратном ходе, а также создает возможность пропускать кабель через устройство без обрубки кабеля.

Недостатком устройства является мальiA рабочий ход, определяемый величиной эксцентриситета привоцного кулачка, который ограничен поперечными габаритами устройства, Малый рабочий ход приводит к низкому КПД привода за счет возрастания 4 доли нер".áî÷èõ движений — фиксации и расфиксации — в работе механизма, повышенному износу всех элементов устройства и оплетки кабеля, поскольку захват кабеля осуществляется путем самоторможения за- 5 хватов в конусах, т.е. невысокой эффективности работы устройства. Другим недостатком устройства является сложность его обслуживания, поскольку для пропуска кабеля необходима разборка устройства, Цель изобретения — повыц>ение эффективности работы устройства за счет возможности увеличения рабочего хода при одновременном упрощении его обслуживания путем исключения разборки устройства при прохождении через него глубинного прибора, Применение изобретения позволит повысить эффективность его работы— упростить обслуживание устройства, сократить время испытаний скважины.

Повышение эффективности работы устройства за счет возможности увеличения рабочего хода захватного механизма достигается тем, что привод возвратно-поступательного перемещения захватного механизма выполнен в виде замкнутой цепи с приводной и поворотной звездочками, имеющей звено с закрепленной на ней цапфой, ось которой параллельна осям звездочек, Применение цепи вместо эксцентрика позволяет при TQx >ке поперечных габаритах в десять и более раз увеличить рабочий ход захватного механизма, Таким образом, на единицу длины перемещенного кабеля приходится в десять и более раз меньше фиксаций и расфиксаций кабеля, чем обеспечивается повышение КПД привода, сокращается время работы устройства, уменьшается его износ и износ оплетки кабеля, т.е, повышается эффективность работы устройства. То, что патрубок захватного механизма выполнен с поперечным пазом, а узел его осевого перемещения — в виде двуплечего рычага, шарнирно установленного на корпусе захватного механизма, имеющего на вертикальном плече втулку, размещенную на цапфе, а на горизонтальном — кулачок, установленный с возможностью размещения в поперечном пазу патрубка, обеспечивает возможность одновременно с созданием возвратно-поступательного перемещения захватного механизма управлять его работой — фиксацией кабеля в начале рабочего хода и расфиксацией кабеля в начале холостого хода, Упрощение обслуживания путем исключения разборки устройства при прохождении через него глубинного прибора достигается тем, что отводные рычаги захватных элементов установлены на корпусе захватного механизма посредством шарниров попарно, взаимодействуют с патрубком захватного механизма и соединены через шарниры с захватными элементами. причем расстояния между шарнирами в корпусе и на захватных элементах равны между собой. Это обеспечивает то, что каждый из захватных элементов в процессе рабогы при зажиме и отводе движется параллельно самому себе, поскольку является звеном шарн«рного параллелограмма. образованного ко >пусом. рычагами и сз ",«r г«за> Р т1788205

10

50 ными элементами. Для того, чтобы осуществить сзмоторможение кабеля в захватных элементах, отводные рычаги эзхвэтных элементов установлены с возможностью образования с перпендикулярами к оси кабеля углов, меньших, чем углы самоторможения захватных элементов о кабель. Все это вместе взятое позволяет обойтись беэ традиционных конусов в захватном мехзнизме, препятствующих прохождению прибора через канал захватного механизма, отводить захватные элементы при холостом ходе на величину, обеспечивающую прохождение глубинного прибора без разборки устройства, и, таким образом, упростить его обслуживание, Кроме того, для обеспечения согласования движения отдельных частей захватного механизма во время захвата и отпускания кабеля, предотвращения передачи нэ детали захватного механизма черезмерных усилий, а также компенсации колебаний толщины кабеля, патрубок захватного мехзнизма выполнен составным из двух концентрично размещенных относительно друг другэ и имеющих в месте соединения пружину сжатия внутренней и наружной секций, установленных с возможностью их взаимного осевого перемещения, причем кэждая из секций выполнена с противоположными друг другу проточками, образующими кольцевую камеру, в которой . размещена пружина сжатия. Тэкая конструкция пэтрубкз позволяет передавать осевые усилия, как сжатия, так и растяжения, с приводной внутренней секции пэтрубка на приводящую наружную секцию через пружину сжатия, В результате величина этих усилий определяется силой предварительного сжатия пружины, что позволяет сделать управляющие элементы захватного механизма менее прочными, сократить его габариты, Наличие пру>кины позволяет также компенсировать неодновременность срабатывания захватных элементов и двуплечего рычага осевого перемещения пзтрубка ззхвзтного механизма, например в момент рэсфиксации, когда захватные элементы какое-то время удерживаются в контакте с кабелем за счет самотормо>кения, тогда кэк двуплечий рычаг осевого перемещения патрубка начал свое движение рэсфиксации, Кроме того, пружина позволяет компенсировать колебания толщины кэбеля, в том числе при наличии дефектов оплетки, налипании грязи, намерзании льда.

Нз фиг.1 изображено устройство для спуска приборов нэ кабеле в скважину, находящуюся под давлением; нэ фиг.2 — сечение А-А фиг,1; нэ фиг.3 — сечение Б-Б фиг.2; нз фиг.4 — сечение Б-Б фиг,2 при открыто . захватном механизме; на фиг 5 -- сечение

8-8 фиг.3; на фиг.б — сечение Г-Г фиг,3.

Устройство включает корпус 1 с продольным осевым каналом и присоединительными резьбэми. Нз внутренней стенке корпуса 1 закреплены направляющие 2.

Привод устройства содержит размещенный в нижней части корпуса 1 приводной вал 3, на котором закреплены рукоять 4, снаружи корпуса 1, и приводная звездочка 5, внутри корпуса 1, а также установленную в верхней части-корпуса 1 поворотную звездочку 6 с числом зубьев, равным числу зубьев приводной звездочки 5, Звездочки 5 и 6 охватываются замкнутой цепью 7, содержащей специальное звено 8 с закрепленной на нем цапфой 9. ось которой параллельна осям звездочек. Захватный механизм устройства включает установленный с вазможностью продольного перемещения по направляющим 2 корпус 10, на котором размещен поводок 11, одним концом установленный на оси 12 с возможностью поворота из положения "а" в положение "в", а другим концом соединенный с цэпфой 9 звена 8 посредством закрепленной на нем втулки 13, скользящей по корпусу 10. Цапфэ 9 зафиксирована от осевого смещения относительно втулки 13 шплинтом 14 с шайбой

15. Нэ оси 12 посредством квадрата и гайки

16 закреплен кулачок 17. Таким образом, поводок 11, ось 12 и кулачок 17, собранные вместе, составляют двуплечий рычаг с вертикэльным (поводок 11) и горизонтальным (кулэчок 17) плечами, который является узлом осевого перемещения патрубка захватного механизма. Пэтрубок захватного механизма выполнен составным иэ двух секций, Приводная внутренняя секция !8 патрубкэ установлена в корпусе 10 с возможностью осевого перемещения и выполнена с поперечным пазом для взаимодействия с кулачком 17, управляющим ее перемещением. Приводящзя наружная секция 19 пэтрубкэ установлена концентрично его внутренней секции 18 и с возможностью осевого перемещения относительно нее, причем кэждэя из секций в месте соединения выполнена с противоположными друг другу проточками, образующими кольцевую камеру для размещения пружины сжатия 20 с шайбами 21, установленными по ее торцам, Каждая из шайб 21 взаимодействует одновременно с буртами внутренней и наружной секций. таким образом, пружина 20 препятствует относительному осевому смещению секций 18 и 19 пэтрубкз. 8 корпусе 10 захватного механизма по окружности нэ осях 22 попзрно устэ1788205

25

40

5О

55 новлены отводные рычаги 23, на которых также на осях 24 установлены захватные элементы 25. Расстояния ме>кду осями 24 выполнены равными расстояниям между осями 22, таким образом, захватные элементы 25, отводные рычаги 23 и корпус 10 образуют шарнирные параллелограммы.

Каждый из рычагов 23 имеет радиусные выступы 26, которые входят в кольцевые проточки, выполненные на внутренней поверхности приводящей наружной секции

19 патрубка. Приводная внутренняя секция

18 патрубка имеет продольные пазы для размещения захватных элементов 25.

Устройство работает следующим образом, Устройство устанавливается ниже сальника лубрикатора над лубрикаторной колонкой для размещения глубинных приборов (на фигурах не показаны). Начальное положение устройства — при открытом захватном механизме (фиг.4). Захватные элементы 25 убраны в пазы приводной секции 18 патрубка и удерживаются в таком положении рычагами 23, поскольку на их радиусные выступы 26 действует снизу приводящая секция 19 патрубка, удерживаемая в верхнем положении вместе с пружиной 20, шайбами 21 и приводной секцией 18 кулачком 17, Кулачок 17 с осью 12 и поводком 11 находятся в положении "а" (фиг,2}, а звено 8 — на восходящей ветви "h" — "с" цепи 7.

При описанном положении захватного механизма производится опускание глубинных приборов на кабеле через механизм в колонку лубрикатора, затем производится герметизация кабеля сальников лубрикатора, открытие центральной задви>кки, после чего на кабель начинает действовать выталкивающая сила за счет скважинного давления, которая может восприниматься сальником или обратным тормозом кабеля (на фигурах не показаны). Для обеспечения опускания приборов в скважину вращают рукоять 4 по часовой стрелке, вращение че- рез вал 3 передается на приводную звездочку 5, которая передает движение на цепь 7.

При этом звено 8 по восходящей ветви цепи движется вверх от точки "h" к точке "с", передавая движение через цапфу 9 на поводок 11 и далее на корпус 10 захватного механизма, который поднимается вверх по направляющим 2.

После того, как звено 8 пройдет точку

"с", происходит его движение вокруг поворотной звездочки 6 по дуге "с" — "d", а затем подуге "d" — "е". После прохождения звеном

8 точки "d " корпус 10 захватного механизма меняет направление своего движения на обратное и движется уже сверху вниз. В процессе движения звена 8 по дуге "с" — "е" поводок 11 поворачивается относительно корпуса 10 захватного механизма иэ положения "а" в положение "e" (фиг.2). Поворот поводка 11 передается через ось 12 на кулачок 17, который заставляет смещаться вниз детали 18, 20, 21 и 19, последняя из которых нажимает сверху на радиусные выступы 26 рычагов 23. Под действием этого рычаги 23 поворачиваются вокруг осей 22, а захватные элементы 25 смещаются параллельно самим себе к центру устройства и захватывают кабель, Поскольку в момент касания захватных элементов 25 кабеля угол

"Q" между плечом рычага 23 и перпендикуляром к оси кабеля меньше угла самоторможенил захватных элементов о кабель, то происходит самотарможение, в результате чего кабель оказывается зажатым между захватными элементами 25. Угловое положение рычагов 23 зависит от колебания толщины кабеля, а значит и осевое положение приводящей 19 секции патрубка. Положение же приводной секции 18 патрубка определяется положением кулачка 17 и не зависит от толщины кабеля. Компенсация взаимных положений секций патрубка 18 и

19 достигается сжатием пружины 20, При дальнейшем вращении рукояти 4 происходит перемещение звена 8 по нисходящей ветви "с" — "Г цепи 7. Движение звена 8 через поводок 11 передается на корпус 10 захватного механизма, а также на кабель, чем осуществляется его пеоемещение вниз, при этом преодолеваются выталкивающая сила, действующая на кабель, и сила трения в сальнике. Совершается рабочий ход.

После того, как звено 8 пройдет точку

"Г, начинается его движение по дуге "Г—

"g" вокруг приводной звездочки 5, при этом поводок 11 начинает поворачиваться из положения "в" в положение "а", кулачок 17 поднимает вверх приводную секцию 18 патрубка. Поскольку корпус 10 захватного механизма продолжает двигаться вверх, то захватные элементы 25 вместе с рычагами

23 и приводящей секцией 19 патрубка остаются на месте эа счет сил самотормажения, продолжая перемещать кабель вниз. Взаимное перемещение секций 18 и 19 компенсируется сжатием пружины 20, После прохождения звеном 8 точки "g", корпус 10 захватного механизма под действием поводка 11 меняет движение на обратное, т.е. начинает подниматься вверх. Поскольку кабель з"..ò"oð,"можен посредством сальника, то сила трения между захватными элементами

25 и кабелем меняет направление и действует со стороны кабеля на захватные элементы вниз. Под ее действием, а также под

1788205

i0 действием усилия, создаваемого приводящей секцией 19 патрубка и действующего на радиусные выступы 26, рычаги 23 поворачиваются вокруг осей 22 и отводят захватные элементы 25 от кабеля. После прохождения 5 звеном 8 точки "h" захватные элементы 25 полностью убираются в пазы приводной секции 18 патрубка. Происходит обратный ход.

После того, как вес участка опущенного 10 кабеля превысит выталкивающую силу и усилие трения в сальнике, устройство останавливается в положении "холостой ход" и не препятствует опусканию и подниманию кабеля и приборов. При необходимости 15 можно произвести повторный спуск кабеля беэ снятия устройства и его разборки.

Формула изобретения

1, Устройство для спуска приборов на 20 кабеле в скважину, находящуюся под давлением, содержащее корпус, размещенные в нем направляющие, привод и захватный механизм, включающий корпус, захватные элементы с отводными рычагами, патрубок 25 и узел его осевого перемещения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности в работе устройства за счет возможности увеличения рабочего хода при одновременном упрощении его обслужива- 30 ния путем исключения разборки устройства при прохождении через него глубинного прибора, привод выполнен в виде замкнутой цепи с приводной и поворотной эвездочками, цепь имеет звено с закрепленной на нем цапфой, ось которой параллельна осям звездочки, патрубок выполнен с поперечным пазом, а узел его осевого перемещения — в виде двуплечего рычага, шарнирно установленного на корпусе захватного механизма, имеющего на вертикальном плече втулку, размещенную на цапфе, а на горизонтальном — кулачок, установленный с возможностью размещения в поперечном пазу патрубка, причем отводные рычаги имеют на концах шарниры для соединения с корпусом-захватного механизма и захватными элементами, установлены попарно и образуют с последними шарнирные параллелограммы.

2, Устройство по п.1, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что отводные рычаги захватных элементов установлены с возможностью образования с перпендикулярами к оси кабеля углов, меньших, чем углы самоторможения захватных элементов о кабель, 3, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что патрубок выполнен составным из двух кон центрично размещен н ы х относительно друг друга и имеющих в месте соединения пружины сжатия внутренней и наружной секций, установленных с возможностью их взаимного осевого перемещения, причем каждая из секций выполнена с противоположными друг другу проточками, образующими кольцевую камеру, в которой размещена пружина сжатия, 1788205

1708205

1780205

1788205

Составитель B.Öàðåâà

Техред М,Моргентал Корректор A Козориэ

Редактор

Заказ 58 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород ул.Гагарина, 101