CN103616718A - 适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，包括外壳、电机、减速器、主动齿轮、从动齿轮、拨杆、底座、挡块、扭杆、摆锤、砧杆、传动杆和拉簧；电机、减速器、主动齿轮依次通过传动杆连接；主动齿轮与传动杆间固定连接；主动齿轮与从动齿轮内啮合；从动齿轮和底座上对应的部分具有半圆形槽孔，相对形成圆形槽孔，拨杆插入圆形槽孔中；拨杆具有与底座外缘弧度相对应的弧形缺口；拨杆通过拉簧与底座连接；底座与扭杆之间固定连接；挡块固定在所述外壳上；扭杆与摆锤固定连接；扭杆一端固定在外壳上。本发明可提高设备可靠性，彻底消除震源可能卡在井下的安全隐患，同时适应了大斜度水平井测井的需求，降低了能耗。

Description

适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源

技术领域

本发明涉及石油和地质勘探技术领域，具体涉及一种适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源。

背景技术

震源在井间地震技术中起着至关重要的作用，机械脉冲式震源是目前国内外应用较为普遍的六类震源之一，其中最常见的要属重锤式。其工作原理是通过推靠电机将支撑臂牢牢贴合井壁，再由直线电机将重锤提升至高点后释放，由此产生作用于砧座的垂直冲击力，经砧座与支撑臂间的斜面转换为水平径向力，并由此形成辐射能传入地层（见“重锤冲击式井下震源专利号：ZL92224745.5”）。

由于工作状态下支撑臂与砧座的接触部分完全浸泡在井下泥浆介质中，又处在高温高压恶劣环境下，一旦遇到坚硬颗粒物的嵌入或零件自身的磨损变形以及数十吨冲击力等综合因素的作用，接触面就可能出现咬死现象。这种情况一旦发生，就如同在套管井中砸入一枚巨大的钉子，将其牢牢楔在井中，最严重的后果就是直接造成一口井的报废。

虽然该震源后来在局部做了改进，将推靠臂与砧座的接触面由滑动摩擦改成滚动摩擦（见“一种推靠传力装置，专利号：ZL01247024.4”），但其开放式的工作形态没有改变，与生俱来的安全隐患并未得到根除。

此外，由于作用力绝大部分来自重力，随着套管井斜度的增加，能量的衰减加大，当达到一定值时将无法正常设施作业。再者，提升重锤的直线电机也由于自身条件的限制，不仅能耗大（功率8KW左右，要求三相AV380V高压电源），同时也带来整体尺寸的增大（仪器长达5.5米）。

发明内容

本发明提供一种适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，提高设备可靠性，彻底消除震源可能卡在井下的安全隐患，同时适应了大斜度水平井测井的需求，降低了能耗。

本发明通过以下技术方案实现：

一种适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，包括外壳、电机、减速器、主动齿轮、从动齿轮、拨杆、底座、挡块、扭杆、摆锤、砧杆、传动杆、拉簧和弹簧偏心器；所述电机、减速器、主动齿轮依次通过所述传动杆连接；所述主动齿轮与所述从动齿轮内啮合；所述从动齿轮和所述底座上对应的部分具有半圆形槽孔，相对形成圆形槽孔，所述拨杆插入圆形槽孔中；所述拨杆具有与底座外缘弧度相对应的弧形缺口；所述拨杆通过所述拉簧与所述底座连接；所述底座与所述扭杆之间通过键连接；所述挡块固定在所述外壳上；所述扭杆穿过摆锤的一端与外壳固定连接，所述摆锤与扭杆固定连接；所述砧杆插入外壳的缺口中与外壳固定连接；所述弹簧偏心器（14）设置在与砧杆（11）相对的一侧，与外壳固定连接。在上述技术方案中，所述扭杆外面空套一扭管，通过花键将扭杆和扭管紧固相连。

在上述技术方案中，所述底座与所述扭杆之间为键连接。

在上述技术方案中，所述扭杆与所述摆锤之间为键连接。

在上述技术方案中，所述扭杆直径为10～12mm，长度为2.5～3.5m。

在上述技术方案中，所述砧杆与外壳之间采用径向和端面密封。

在上述技术方案中，所述挡块安装在外壳内的转接套上，沿外壳轴向可调节位置。

在上述技术方案中，所述电机采用单个直流电机。

在上述技术方案中，所述砧杆具有环槽，与所述外壳的缺口上的环形突起相配合，所述砧杆通过螺栓与所述外壳固定。

在上述技术方案中，所述弹簧偏心器包括两个连接头和弹性钢板，所述连接头与所述外壳固定连接，所述弹性钢板两端分别与所述连接头固定连接。

本发明具有如下特点：

1、可靠性安全性得到极大提升。本发明为全密闭结构，通过外壳将内部结构密封，可以靠弹簧偏心器将砧杆贴住井壁，以弹性接触取代了刚性接触，因此任何情况下都不可能卡死在井中。

2、由于不依赖于重力作为作用力，可用于任意斜度的水平井。

3、由于使用了扭杆，相比于其他弹簧结构其单位体积的变形能最大，因而本发明具有体积小的特点。

4、本发明相对于井壁的施力点只有一处（砧杆处），相比于现有技术中的重锤式震源的三处受力方式，能量的传递更为集中有效

附图说明

图1为本发明实施例提供的适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源结构示意图。

图2为本发明实施例提供的适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源中摆锤未撞击砧杆状态下齿轮与底座、扭杆结构示意图。

图3为本发明实施例提供的适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源中摆锤撞击砧杆状况下齿轮与底座、扭杆结构示意图。

图4为本发明实施例提供的摆锤和砧杆的位置关系示意图。

图5为本发明实施例提供的砧杆和外壳位置关系示意图。

图6为本发明实施例提供的弹簧偏心器与外壳连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

实施例1

一种适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，包括外壳1、电机2、减速器3、主动齿轮4、从动齿轮5、拨杆6、底座7、挡块8、扭杆9、摆锤10、砧杆11、传动杆12、拉簧13和弹簧偏心器14；电机2、减速器3、主动齿轮4依次通过传动杆12连接；主动齿轮4与从动齿轮5内啮合；从动齿轮5和底座7上对应的部分具有半圆形槽孔，相对形成圆形槽孔，拨杆6插入圆形槽孔中；拨杆6具有与底座外缘弧度相对应的弧形缺口；拨杆6通过拉簧13与底座7连接；底座7与扭杆9之间通过键连接；挡块8固定在外壳1上；扭杆9与摆锤10固定连接；扭杆9穿过摆锤10的一端固定在外壳1上。扭杆9与摆锤10之间通过花键连接。扭杆9直径为12mm，长度为3.5m。砧杆11具有环槽，与外壳1的缺口上的环形突起相配合，并且砧杆11还通过螺栓与外壳1固定。挡块8安装在外壳1内的转接套上，沿外壳1轴向可调节位置。电机2采用单个直流电机。弹簧偏心器14包括两个连接头15和弹性钢板16，连接头15与外壳1固定连接，弹性钢板16两端分别与连接头15固定连接。所述弹簧偏心器14设置在与砧杆11相对的一侧，将砧杆11推靠向井壁。

由电机2通过减速器3提供动力，扭矩通过主动齿轮4传递给从动齿轮5，再通过从动齿轮5、拨杆6和底座7的共同作用传递给扭杆9；拨杆6里侧装有拉簧13，初始状态下靠一端固定在底座7上的拉簧13的弹性力将拨杆6拉向里侧，卡在从动齿轮5和底座7之间，使从动齿轮5和底座7在主动齿轮4的带动下共同转动，随着从动齿轮5、底座7和拨杆6的转动，拨杆6将受到挡块8的作用，拨杆6从接触挡块8后开始逐渐发生自转，当拨杆6上的圆弧缺口转至与底座7的外缘弧度相吻合时拨杆6将不再带动底座7转动，从动齿轮5与底座7脱开空转，扭杆9此时释放，摆锤10反向转动，与砧杆11完成撞击。

实施例2

一种适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，包括外壳1、电机2、减速器3、主动齿轮4、从动齿轮5、拨杆6、底座7、挡块8、扭杆9、摆锤10、砧杆11、传动杆12、拉簧13和弹簧偏心器14；电机2、减速器3、主动齿轮4依次通过传动杆12连接；主动齿轮4与从动齿轮5内啮合；从动齿轮5和底座7上对应的部分具有半圆形槽孔，相对形成圆形槽孔，拨杆6插入圆形槽孔中；拨杆6具有与底座外缘弧度相对应的弧形缺口；拨杆6通过拉簧13与底座7连接；底座7与扭杆9之间通过键连接；挡块8固定在外壳1上；扭杆9与摆锤10固定连接；扭杆9穿过摆锤10的一端固定在外壳1上。扭杆9与摆锤10之间通过花键连接。所述扭杆9采用组合扭杆的形式，既在扭杆9外面空套一扭管，一端通过花键将两者紧固相连。此时扭转变形能不再由单根扭杆9产生，而是由扭杆9和扭管共同提供。采用这种方式的最大好处是在保证能量不改变的前提下，可使长度尺寸得到大幅缩减，因此采用组合扭杆形式的扭杆9（包括了扭管）的直径为10mm，长度为2.5m。砧杆11具有环槽，与与外壳1的缺口上的环形突起相配合，并且砧杆11还通过螺栓与外壳1固定。挡块8安装在外壳1内的转接套上，沿外壳1轴向可调节位置。电机2采用单个直流电机。弹簧偏心器14包括两个连接头15和弹性钢板16，连接头15与外壳1固定连接，弹性钢板16两端分别与连接头15固定连接。所述弹簧偏心器14设置在与砧杆11相对的一侧，将砧杆推靠向井壁。由电机2通过减速器3提供动力，扭矩通过主动齿轮4传递给从动齿轮5，再通过从动齿轮5、拨杆6和底座7的共同作用传递给扭杆9；拨杆6里侧装有拉簧13，初始状态下靠一端固定在底座7上的拉簧13的弹性力将拨杆6拉向里侧，卡在从动齿轮5和底座7之间，使从动齿轮5和底座7在主动齿轮4的带动下共同转动，随着从动齿轮5、底座7和拨杆6的转动，拨杆6将受到挡块8的作用，拨杆6从接触挡块8后开始逐渐发生自转，当拨杆6上的圆弧缺口转至与底座7的外缘弧度相吻合时拨杆6将不再带动底座7转动，从动齿轮5与底座7脱开空转，扭杆9此时释放，摆锤10反向转动，与砧杆11完成撞击。

与现有技术中的重锤式震源相比，本发明可靠性安全性得到极大提升。由于重锤式的主要工作件属开放结构，受恶劣环境、零件加工材料处理误差及使用过程中磨损变形等因素的影响，任何环节出现意外都会带来难以预料的后果。而本发明为全密闭结构，靠弹簧偏心器将传力砧杆贴住井壁，以弹性接触取代了刚性接触，因此任何情况下都不可能卡死在井中。

本发明由于其作用力来源并不依赖于重力，而依靠扭杆产生的扭矩，因此可用于任意斜度的水平井。

本发明耗能低，由于使用的单个直流电机的功率仅250W左右，而现有技术中的重锤式采用三相AV380V高压电源，再转换成1000AV高压后供直线电机使用，功率达到8KW左右，直线电机的效率不高，工作一段时间后便明显发热，此外还需额外增加一个推靠电机。

本发明的扭杆在本质上属于一种弹簧，而在各种形式的弹簧中，其单位体积的变形能最大，因而本发明具有体积小的特点，总长度仅2.5-3.5m，较重锤式的5.5m短了许多。

本发明相对于井壁的施力点只有一处，能量的传递更为集中有效。而重锤式受制于结构限制，施力点为三处，由于能量传递和接受过程具有方向性，因此只有三分之一左右的能量得到有效利用，其余一多半的能量被白白浪费掉了。加上重锤落下后，在依靠斜面转换成有效的水平分力的同时，还有一部分垂直分力同样无法利用而损耗掉，所以尽管在总的能量指标上与本发明数值相近，但就能量利用的效率而言，两者存在明显的差距。

本发明的结构简单，由此也带来制造成本的大幅降低。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本材料的技术实施方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，其特征在于：包括外壳（1）、电机（2）、减速器（3）、主动齿轮（4）、从动齿轮（5）、拨杆（6）、底座（7）、挡块（8）、扭杆（9）、摆锤（10）、砧杆（11）、传动杆（12）、拉簧（13）和弹簧偏心器（14）；所述电机（2）、减速器（3）、主动齿轮（4）依次通过所述传动杆（12）连接；所述主动齿轮（4）与传动杆（12）间固定连接；所述主动齿轮（4）与所述从动齿轮（5）内啮合；所述从动齿轮（5）和所述底座（7）上对应的部分具有半圆形槽孔，相对形成圆形槽孔，所述拨杆（6）插入圆形槽孔中；所述拨杆（6）具有与底座（7）外缘弧度相对应的弧形缺口；所述拨杆（6）通过所述拉簧（13）与所述底座（7）连接；所述底座（7）与所述扭杆（9）之间固定连接；所述挡块（8）固定在所述外壳（1）上；所述扭杆（9）穿过摆锤（10）的一端与外壳（1）固定连接，所述摆锤（10）与扭杆（9）固定连接；所述砧杆（11）插入外壳（1）的缺口中与外壳（1）固定连接；所述弹簧偏心器（14）设置在与砧杆（11）相对的一侧，与外壳（1）固定连接。

2.如权利要求1所述的适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，其特征在于：所述扭杆（9）外面空套一扭管，通过花键将扭杆（9）和扭管紧固相连。

3.如权利要求1所述的适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，其特征在于：所述底座（7）与所述扭杆（9）之间为键连接。

4.如权利要求1所述的适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，其特征在于：所述扭杆（9）与所述摆锤（10）之间为键连接。

5.如权利要求1所述的适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，其特征在于：所述扭杆（9）直径为10～12mm，长度为2.5～3.5m。

6.如权利要求1所述的适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，其特征在于：所述砧杆（11）与外壳（1）之间采用径向和端面密封。

7.如权利要求1所述的适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，其特征在于：所述挡块（8）安装在外壳内的转接套上，沿外壳轴向可调节位置。

8.如权利要求1所述的适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，其特征在于：所述电机（2）采用单个直流电机。

9.如权利要求1所述的适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，其特征在于：所述砧杆（11）具有环槽，与所述外壳（1）的缺口上的环形突起相配合，所述砧杆（11）通过螺栓与所述外壳（1）固定。

10.如权利要求1所述的适用于任意斜度套管井的扭杆式井下震源，其特征在于：所述弹簧偏心器（14）包括两个连接头（15）和弹性钢板（16），所述连接头（15）与所述外壳（1）固定连接，所述弹性钢板（16）两端分别与所述连接头（15）固定连接。

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