Устройство для транспортировки приборов в горизонтальных, восходящих и наклонных скважинах

 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть применено для доставки приборов и оборудования в заданное место нефтедобывающих и нагнетательных скважин. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит корпус, привод, редуктор, трансмиссию, приводные колеса, амортизатор. Оси приводных колес связаны через шатуны и амортизатор, расположенный вдоль оси устройства, со штоком силового органа, в частности гидроцилиндра, а приводные колеса установлены с возможностью обкатывания ведущих колес по окружностям, радиусы которых равны их межосевым расстояниям и выдвижения в диаметрально противоположные стороны. 6 ил.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть применено для доставки приборов и оборудования в заданное место нефтедобывающих и нагнетательных скважин.

Известны устройства, перемещение которых в скважине осуществляется за счет силового механизма, рабочий орган которого совершает возвратно-поступательные движения, и переменного выдвижения из корпуса до упора о стенки скважины стопорно-разжимных элементов (авт.св. 1298360, 1328491, 1472653, 994701, 1161697, 1236098, 1465549, 1105625, 1204705, 131711 и т.п.).

Недостатками этих устройств являются сложность организации цикла работы и ступенчатое с остановками перемещение в скважине.

Известно также самоходное скважинное устройство, тяговый орган которого выполнен в виде вала со спиральными винтовыми направляющими, на которых размещены ролики (авт.св. 1273518).

Однако прохождение через стыки в муфтовых соединениях обсадных труб этого устройства затруднено или вообще невозможно.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для перемещения грузов в горизонтальных, восходящих и наклонных скважинах, содержащее связанный с кабелем корпус, размещенный в корпусе механизм перемещения, кинематически связанный с приводными подпружиненными колесами, размещенными на державках в окнах корпуса [1] К недостаткам устройства относятся, следующие.

Первое, кинематическая схема приведенного устройства не позволяет выполнить по размеру диаметры приводных колес более 1/4 диаметра корпуса, а применение колес малых диаметров делает затруднительным прохождение устройства через стыки в муфтовых соединениях, особенно внутри толстостенных обсадных труб небольших диаметров (например менее 160 мм).

Второе, прижимная (амортизационная) пружина, расположенная в радиальном направлении, сильно ограничена в длине, что делает невозможным, особенно при небольших диаметрах обсадных труб, встроить пружину достаточной силы с необходимой длиной рабочей деформации. Усилие прижатия приводных колес прижимными пружинами влияет на тяговое усилие (чем меньше прижатие, тем хуже сцепление колес со стенками труб, тем меньше тяговое усилие), а длина рабочей деформации на прохождение неровностей, складывающихся из различных налипаний на стенки труб, от допустимых отклонений на размер труб, от эллипсности, от прохождения через стыки в муфтовых соединениях (чем меньше длина рабочей деформации пружин, тем ограниченней диапазон работы устройства в трубах по изменению размера диаметра из-за неровностей).

В совокупности первый и второй недостатки делают вообще сомнительным движение устройства внутри указанных труб.

Цель изобретения создание устройства, способного равномерно (бесступенчато) транспортировать приборы и другие грузы в горизонтальных, восходящих и наклонных скважинах внутри обсадных труб, в частности небольших диаметров, и через стыки в муфтовых соединениях.

Цель достигается созданием устройства, содержащего корпус, привод, редуктор, трансмиссию, приводные колеса, амортизатор. Оси приводных колес связаны через шатуны и амортизатор, расположенный вдоль оси устройства, со штоком силового органа, в частности гидроцилиндра, а приводные колеса установлены с возможностью обкатывания ведущих колес по окружностям, радиусы которых равны их межосевым расстояниям и выдвижения в диаметрально противоположные стороны. В частности, приводные колеса могут быть расположены в параллельных плоскостях на равном расстоянии от оси устройства, а профили периферийных частей колес выполнены по профилю внутренней части обсадной трубы.

Использование приводных колес в предлагаемой кинематической схеме позволяет осуществить равномерное движение устройства в скважине.

Установка приводных колес в одной плоскости с возможностью обкатывания ведущих колес позволяет достигать размера в диаметре приводных колес до 1/2 диаметра корпуса, а установка в параллельных плоскостях на равном расстоянии от оси устройства до 0,95 диаметра корпуса (при этом в транспортном положении приводные колеса не будут выступать за стенки корпуса). Увеличение (по отношению к прототипу примерно в 4 раза) диаметра приводных колес делает возможным значительно легче преодолевать стыки в муфтовых соединениях.

Профили периферийных частей приводных колес выполняются по профилю внутренней части обсадной трубы для того, чтобы направление сил нормального давления стенки трубы на приводные колеса проходило через ось устройства и эти силы не создали вращательного момента.

Связь осей приводных колес через шатуны и амортизатор со штоком силового органа дает возможность оперативно управлять выдвижением (задвижением) приводных колес с наземного пульта управления (включить движение, остановить).

Расположение амортизатора вдоль оси устройства позволяет установить пружину с большим рабочим усилием и большой величиной рабочей деформации, что положительно сказывается на повышение проходимости при неровностях трубы и на увеличение тягового усилия.

На фиг.1 изображено устройство внутри обсадной трубы с выдвинутыми приводными колесами; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 и 5 контуры приводных колес разных диаметров при прохождении стыка в муфтовом соединении; на фиг.6 кинематическая схема прижатия приводного колеса к стенке трубы с указанием сил, действующих на колесо.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого размещены привод 2, передающий крутящий момент на приводные колеса 3 через редуктор 4 и трансмиссию 5, силовой орган, в частности гидроцилиндр 6, который рабочими полостями 7 и 8 сообщен магистралью 9 с насосом 10 и магистралью 11 с масляной ванной 12 (ванной рабочей жидкости). Шток 13 гидроцилиндра 6 через амортизатор 14 и шатуны 15 связан с осями 16 приводных колес 3. Возможность обкатывания приводными колесами 3 ведущих колес 17 осуществляется посредством пазов 18 или кривошипов 19. Для возврата штока 13 гидроцилиндра 6 в исходное положение встроена пружина 20.

Управление гидроцилиндром 6 осуществляется электромагнитным клапаном 21 с наземного пульта управления. Устройство спускается в скважину на геофизическом кабеле 22 внутри обсадной трубы 23. В устройстве предусмотрены центраторы 24.

Устройство работает следующим образом.

Устройство совместно с транспортируемым прибором (грузом) (на чертежах не показан) на геофизическом кабеле 22 спускается в скважину внутри обсадной трубы 23 под собственным весом. При достижении участка скважины, на котором перемещение устройства и прибора под собственным весом не происходит, включают устройство с наземного пульта управления. При этом происходит включение привода 2 насоса 10 и клапана 21. От привода 2 через редуктор 4 и трансмиссию 5 приводятся во вращение в разные стороны приводные колеса 3 ведущими колесами 17. Клапан 21 запирает магистраль 11, а по магистрали 9 масло (рабочая жидкость) подается под высоким давлением в рабочую полость 7 гидроцилиндра 6, происходит перемещение штока 13 в сторону приводных колес 3 (фиг. 2), при этом из полости 8 по магистрали 11 масло перетекает в масляную ванну 12. Шток 13 через амортизатор 14 и шатуны 15 приводит в движение оси 16, на которых установлены приводные колеса 3. При перемещении осей 16 по пазам 18 или посредством кривошипа 19 приводные колеса 3 совершают обкатывание ведущих колес 17 по окружностям, радиусы которых равны их межосевым расстояниям. При обкатывании приводные колеса 3 выдвигаются в диаметрально противоположные стороны из корпуса 1 устройства и прижимаются к стенкам обсадной трубы 23. Под действием усилия прижатия происходит сцепление приводных колес 3 со стенками трубы 23, что приводит устройство в движение.

Усилие прижатия приводных колес 3 к стенкам трубы 23 складывается из вертикальных составляющих сил Q, Р и Т (фиг.6). Сила Q определяется как половина силы рабочей деформации пружин на cosα Величины радиальной силы Т и окружной Р пропорциональны оси нагрузки, т.е. чем больше сопротивление движению устройства, тем больший момент возникает на приводных колесах 3, тем большие силы в зацеплении Р и Т. Направление силы Р зависит от направления вращения ведущих колес 17. Отсюда для того, чтобы вертикальная составляющая сила Р участвовала в прижатии приводных колес 3 к стенкам трубы 23, и тем больше, чем больше сопротивление движению устройства, необходимо осуществлять направленное вращение ведущих колес 17 (фиг.6).

При достижении устройством забоя скважины или определенного места в стволе скважины устройство отключают. Останавливается вращение вала привода 2, что ведет к остановке вращения приводных колес 3 и остановке устройства. Прекращается работа насоса 10. Отключается клапан 21, соединяя магистрали 9 и 11 с масляной ванной 12. Давление в гидросистеме падает. Пружина 20 возвращает шток 13, а следовательно и приводные колеса 3 в исходное положение. Приводные колеса 3 убираются в корпус 1 устройства. Из полости 7 гидроцилиндра 6 масло перетекает в масляную ванну 12, из которой перетекает в полость 8. Механизмы устройства принимают исходное положение.

Известно, что чем глубже скважина, тем выше температура среды. Масло при повышении температуры расширяется и в глубинных устройствах для этой цели предусматривают компенсаторы. В предлагаемом устройстве компенсатор не показан.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПРИБОРОВ В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ, ВОСХОДЯЩИХ И НАКЛОННЫХ СКВАЖИНАХ, содержащее корпус, силовой орган, привод, редуктор, трансмиссию, приводные колеса, расположенные на осях, амортизатор, отличающееся тем, что оно снабжено шатунами приводных колес и ведущими колесами, при этом силовой орган выполнен в виде гидроцилиндра со штоком, оси приводных колес связаны через шатуны и амортизатор, расположенный вдоль оси устройства, со штоком силового органа, а приводные колеса установлены с возможностью обкатывания ведущих колес по окружностям, радиусы которых равны их межосевым расстояниям, и выдвижения их в диаметрально противоположные стороны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6