CN104389582A - 一种测井推靠装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测井推靠装置，包括动力单元、固定支架、以及推靠单元；其中，动力单元设置在固定支架的上部，动力单元包括电机和丝杠传动机构，电机的输出轴端与丝杠传动机构的丝杠连接；推靠单元设置在固定支架的下部，推靠单元包括至少2个推靠臂，推靠臂以丝杆的轴线为中心圆周均布设置；推靠臂为连杆机构，推靠臂的一端为推动端，另一端为支撑端；推动端与丝杠传动机构的螺母连接，支撑端用于推靠在待测井壁上；本发明可应用于石油井下工具的测试装置技术领域，应用本发明能够有效解决现有技术中存在的问题，能够有效保证仪器在恶劣井况下的顺利作业，能够同时实现辅助偏心、辅助居中、以及测量井径的技术效果。

Description

一种测井推靠装置

技术领域

本发明涉及石油井下工具的测试装置，尤其是一种测井推靠装置。

背景技术

测井，也叫地球物理测井或矿场地球物理，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法(包括重、磁、电、震、核)之一。石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，又称完井电测，以获得各种石油地质及工程技术资料，作为完井和开发油田的原始资料。这种测井习惯上称为裸眼测井。而在油井下完套管后所进行的二系列测井，习惯上称为生产测井或开发测井。

现有测井技术中，常常需要将测井下井仪压向井壁的装置；具体的，一些测井方法,如密度测井,要求探测器贴在井壁上,需要推靠器。目前，常用的推靠器为板簧类推靠器，其推靠效果不理想，严重的遇卡导致测井失败。另外，常用的推靠器功能单一，仅仅能实现辅助偏心这一功能，很大程度上限制了推靠器的作业范围。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种测井推靠装置，能够有效解决现有技术中存在的问题，能够有效保证仪器在恶劣井况下的顺利作业，能够同时实现辅助偏心、辅助居中、以及测量井径的技术效果。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种测井推靠装置，其特征在于，包括动力单元、固定支架、以及推靠单元；其中，

所述动力单元设置在所述固定支架的上部，所述动力单元包括电机和丝杠传动机构，所述电机的输出轴端与所述丝杠传动机构的丝杠连接；

所述推靠单元设置在所述固定支架的下部，所述推靠单元包括至少2个推靠臂，所述推靠臂以所述丝杆的轴线为中心圆周均布设置；所述推靠臂为连杆机构，所述推靠臂的一端为推动端，另一端为支撑端；所述推动端与所述丝杠传动机构的螺母连接，所述支撑端用于推靠在待测井壁上；

所述支撑端具有张开和收拢两种工作状态，所述推动端的推动操作用于实现工作状态的转换；张开状态时，所述支撑端向外伸出并推靠在待测井壁上；收拢状态时，所述支撑端向内缩回到初始位置。

上述测井推靠装置还可具有如下特点，

所述连杆机构包括依次连接的第一连杆、第二连杆、以及第三连杆；所述第一连杆、第二连杆为直杆，所述第三连杆为弯折杆；

所述第一连杆与第二连杆之间为旋转连接，所述第一连杆的运动方向与所述丝杠的运动方向相同；所述第三连杆与所述第二连杆之间为旋转连接，所述第三连杆的弯折区域设置有旋转轴，所述第三连杆沿所述旋转轴的旋转操作实现所述第三连杆的自由端张开或者收拢操作。

上述测井推靠装置还可具有如下特点，还包括

推力板；

所述推力板与所述丝杠传动机构的螺母连接。

上述测井推靠装置还可具有如下特点，还包括

位移传感器；

所述位移传感器一端与所述推力板连接，并与所述推力板一同移动；所述位移传感器另一端通过卡套固定在固定支架上。

上述测井推靠装置还可具有如下特点，还包括

碟簧组；

所述碟簧组设置在所述推力板与所述推靠臂的推动端之间。

上述测井推靠装置还可具有如下特点，还包括

力矩限制器；

所述力矩限制器设置在所述电机的输出轴端与所述丝杠之间。

上述测井推靠装置还可具有如下特点，还包括

限位机构；

所述限位机构设置在所述推靠臂的支撑端，所述限位机构用于限制所述推靠臂的张开。

上述测井推靠装置还可具有如下特点，

所述限位机构为插销，所述固定支架的相应位置设置有插销孔，所述插销与所述插销孔的配合实现限制所述推靠臂的张开。

上述测井推靠装置还可具有如下特点，

所述旋转轴为销钉。

上述测井推靠装置还可具有如下特点，还包括

平衡短节；

所述平衡短节与所述固定支架的底端连接,所述平衡短节用于实现仪器内部压力与井下地层压力之间的压力平衡。

上述测井推靠装置还可具有如下特点，还包括

滚轮；

所述滚轮设置在所述第三连杆的自由端。

本发明上述技术方案具有如下有益效果：

本发明通过设置动力单元、固定支架、以及推靠单元；其中，动力单元设置在固定支架的上部，动力单元包括电机和丝杠传动机构，电机的输出轴端与丝杠传动机构的丝杠连接；推靠单元设置在固定支架的下部，推靠单元包括至少2个推靠臂，推靠臂以丝杆的轴线为中心圆周均布设置；推靠臂为连杆机构，推靠臂的一端为推动端，另一端为支撑端；推动端与丝杠传动机构的螺母连接，支撑端用于推靠在待测井壁上；支撑端具有张开和收拢两种工作状态，推动端的推动操作用于实现工作状态的转换；张开状态时，支撑端向外伸出并推靠在待测井壁上；收拢状态时，支撑端向内缩回到初始位置；能够有效解决现有技术中存在的问题，能够有效保证仪器在恶劣井况下的顺利作业，能够同时实现辅助偏心、辅助居中、以及测量井径的技术效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例的第一结构示意图；

图2为本发明实施例的第二结构示意图；

图3为本发明动力单元的结构示意图；

图4为本发明推靠单元的机构示意图；

图5为推靠臂的工作示意图；

图6为多个推靠臂的工作示意图；

图7为推靠臂的俯视示意图；

图8为多个推靠臂的俯视示意图；

图9为平衡短节的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

结合图1、图2、图3以及图4所示，

本发明提供了一种测井推靠装置，可以包括动力单元1、固定支架2、以及推靠单元3；其中，动力单元1设置在固定支架2的上部，动力单元1包括电机4和丝杠传动机构，电机4的输出轴端与丝杠传动机构的丝杠连接；推靠单元3设置在固定支架2的下部，推靠单元3包括至少2个推靠臂，推靠臂以丝杆的轴线为中心圆周均布设置；推靠臂10为连杆机构，推靠臂10的一端为推动端9，另一端为支撑端；推动端9与丝杠传动机构的螺母连接，支撑端用于推靠在待测井壁上；支撑端具有张开和收拢两种工作状态，推动端9的推动操作用于实现工作状态的转换；张开状态时，支撑端向外伸出并推靠在待测井壁上；收拢状态时，支撑端向内缩回到初始位置。

具体操作中，通过动力单元1提供推靠作业所需的动力，并将所述推靠单元3转换成工作状态，最终实现测井作业所需的推靠效果；其中，上述丝杠传动机构能够有效保证推靠作业的稳定性。需要说明的是，上述多个推靠臂10在具体工作中，其彼此之间相互独立；其共同通过动力单元1的推动实现自身的推靠作业；上述多个推靠臂10的各自推靠作业最终复合形成仪器的位置设置，具体包括偏心设置或者居中设置。其中，图1所示出的结构为包含一个推靠臂的示意图；图2所示出的结构为包含四个推靠臂的示意图。具体操作中，当包含有2个以上的推靠臂的结构时，需要根据实际情况调整固定支架的结构形式(如图2所示出的固定支架结构)，以满足推靠臂以丝杆的轴线为中心圆周均布设置即可。

结合图5、图6、图7以及图8所示，

优选地，连杆机构可以包括依次连接的第一连杆14、第二连杆15、以及第三连杆16；第一连杆14、第二连杆15为直杆，第三连杆16为弯折杆；第一连杆14与第二连杆15之间为旋转连接，第一连杆14的运动方向与丝杠的运动方向相同；第三连杆16与第二连杆15之间为旋转连接，第三连杆16的弯折区域设置有旋转轴17，第三连杆16沿旋转轴17的旋转操作实现第三连杆16的自由端张开或者收拢操作。

具体操作中，测井仪器在下放过程中收腿，即第三连杆16收回；当上提到达目的地层高度开腿，即第三连杆16撑开；上述下方过程中收腿能够有效降低测井仪器遇卡几率，能够有效提高作业效率。需要说明的是，图5左侧为一个推靠臂的收拢状态，图5右侧为一个推靠臂的张开状态；图6左侧为两个推靠臂的收拢状态，图6右侧为两个推靠臂同时张开的状态；图7左侧为两个推靠臂的收拢状态(沿井口方向看去)，图7右侧为两个推靠臂的张开状态(沿井口方向看去)；图8左侧为三个推靠臂的收拢状态(沿井口方向看去)，图8右侧为三个推靠臂的张开状态(沿井口方向看去)。

优选地，为了进一步提高丝杠传动机构的螺母与推靠臂10之间传动的稳定性；具体操作中，还可以包括推力板7，推力板7与丝杠传动机构的螺母连接。上述推力板7可以为圆形薄板，上述推力板7能够有效增大螺母在传动过程中的推靠面积，能够有效保证推靠臂10的推动端9稳定于推力板7的平面内，能够有效避免因推靠面积过小而造成的推靠臂10脱落问题。

优选地，为了能够实现井径测量功能；具体操作中，还可以包括位移传感器6；上述位移传感器6一端与推力板7连接，并与推力板7一同移动；位移传感器6另一端通过卡套固定在固定支架2上。上述位移传感器6与推靠装置的内部连接电路连接，当动力单元1的电机4开始工作，并带动丝杠传动机构动作，进而推动螺母、推力板7以及推靠臂10一同动作；此时，位移传感器6与推力板7连接的一端开始随同动作，位移传感器6的另一端保持固定，通过位移传感器6的两端相对位移变化即可测出推力板7等的推进位移。进一步的，当推靠臂10推靠到位，此时位移传感器6不再移动，同时电机4停止动作；结合上述位移传感器6的测得总位移、以及连杆机构的各连接杆的长度关系，即可测出当前井径。需要说明的是，当上述连杆机构的各连接杆长度确定，以及运动轨迹确定时；第一连杆14的推动位移与测得井径为一一对应关系；即，通过位移传感器6的测得总位移(即第一连杆14的推动位移)即可推算出井径。上述推算方法可通过绘图方法或者其他计算方法得出，具体计算过程属于本领域的惯用技术手段，此处不再赘述。

优选地，为了进一步实现测井推靠装置在工作过程中的防卡功能；具体操作中，还可以包括力矩限制器5；上述力矩限制器5设置在电机4的输出轴端与丝杠之间。通过设置上述力矩限制器5，能够在当外界的反向扭矩大于预定安全值时，力矩限制器5松开；此时，推靠臂10不再承受推力，推靠臂10中的第三连杆16呈自由释放状态，进而能够实现测井仪器的上下位置调整或者提至井口，能够有效防止遇卡。

优选地，为了进一步实现测井推靠装置在工作过程中的双重防卡功能；具体操作中，第三连杆16弯折区域设置的旋转轴可以为销钉12；通过设置上述销钉12，能够在当外界反作用力大于绞车最大拉力(8000磅)时，支撑臂与连杆处的销钉12超过本身剪切强度并断开；此时，推靠臂10中的第三连杆16失去旋转支点呈自由状态，进而能够实现测井仪器的上下位置调整或者提至井口，能够有效防止遇卡。

优选地，为了能够满足不同测井作业的需要；具体操作中，还可以包括限位机构；上述限位机构设置在推靠臂10的支撑端，限位机构用于限制推靠臂10的张开。具体的，本发明提供的上述测井推靠装置，包括至少2个推靠臂；当上述推靠臂10全部工作时，即可实现测井仪器居中设置，即推靠装置可实现辅助居中这一功能；当上述推靠臂10没有完全工作时，即可实现测井仪器偏心设置，即推靠装置可实现辅助偏心这一功能。具体的，限位机构可以为插销13，固定支架2的相应位置可以设置有插销孔，插销13与插销孔的配合实现限制推靠臂10的张开。

需要说明的是，上述偏心设置具体是指，当仪器具有2个推靠臂时，通过上述限位机构限制其中一个不发生动作；即当动力单元1动作时，其中仅有一个推靠臂动作，即可将仪器本身推靠在井壁18上，推靠臂的支撑端推靠在相对位置的井壁18上。当仪器具有3个推靠臂时，通过上述限位机构限制其中一个不发生动作；即当动力单元1动作时，其中相互成120°夹角的两个推靠臂伸出，并将仪器本身推靠在井壁18上。当仪器具有4个推靠臂时，推靠臂四臂联动，同时张开时，起到辅助居中作用；,当需要辅助偏心测量时，通过上述限位机构限制其中相邻两个不发生动作；即能够实现相邻两个推靠臂张开，仪器偏心贴井壁18面与两个张开推靠臂中心线物理对齐，其推靠力大小是单个推靠力的1.414倍。上述举例说明重点在于阐述上述限位机构如何实现限位操作，以及如何实现偏心设置；当包含有多个推靠臂时，其原理类似，可通过限位机构限制多个推靠臂以最终实现偏心设置；具体过程此处不再赘述。

优选地，为了能够有效保证推靠臂的支撑端顺利张开操作；具体操作中，还可以包括滚轮11，上述滚轮11设置在第三连杆16的自由端。通过设置上述滚轮11，能够有效将第三连杆16的自由端与井壁18之间的静摩擦力转换为动摩擦力，能够有效降低之间的摩擦力数值，能够有效保证推靠臂的支撑端顺利张开操作。

优选地，为了有效保证上述测井推靠装置的推靠作业稳定性；具体操作中，还可以包括碟簧组；上述碟簧组设置在推力板7与推动端9之间。上述碟簧组8包括有多个碟簧，通过上述碟簧组8能够将丝杠传动机构的刚性传动转换为碟簧组的柔性传动，上述柔性传动能够保证推靠作业整体的稳定性。具体可通过碟簧压缩量的多少来实现推靠力的分级推动；相应的，可在碟簧组8与推力板7之间设置压力传感器，通过上述压力传感器能够获知碟簧组8的压缩弹力大小；同时，根据碟簧组8的固有压缩率可获知上述碟簧组8的压缩量。需要说明的是，采用上述碟簧组8时，在测量井径操作过程中可将位移传感器6检测的总位移与上述碟簧组8的压缩量作差，即可得出推靠臂10中第一连杆14的实际推进距离，进而能够测算出相应的井径值。

如图9所示，

优选地，为了能够实现测井推靠装置的整体平衡；具体操作中，还可以包括平衡短节；上述平衡短节与固定支架2的底端连接，所述平衡短节用于实现仪器内部压力与井下地层压力之间的压力平衡。在井下环境下，图9中A方向为井下地层压力，B方向是高温情况下液压油膨胀后的压力(仪器内部压力)；平衡接头15与平衡活塞体18之间设置有拉簧16，上述拉簧16与平衡活塞体18的中心位置套设有平衡支撑轴19，通过上述平衡活塞体18带动拉簧16沿平衡支撑轴19的往复移动，实现最终的仪器内部压力与井下地层压力之间的压力平衡。需要说明的是，上述平衡接头15、拉簧16、平衡活塞体18、以及平衡支撑轴19，其外侧设置有平衡外壳17。具体的，当A方向井下地层压力大于B方向仪器内部压力时，平衡活塞体18压缩拉簧16并向靠近平衡接头15的方向移动；当A方向井下地层压力小于B方向仪器内部压力时，平衡活塞体18拉伸拉簧16并向远离平衡接头15的方向移动；上述压力的动态平衡，能够有效保证仪器内部压力与井下地层压力支架的平衡，能够有效保证仪器内部结构的平衡稳定性。

另外，本发明具体操作中，动力单元1设置在密封壳体内部，并将动力单元1浸泡在液压油里，从而能够降低自锁电机4的温度，同时也对丝杠传动机构起到润滑作用；本发明提供的上述测井推靠装置能够在高温(205℃)高压140MPa情况下正常工作。相应的，电机4可设置有磁力锁，当推靠臂10到位时电机4可正反锁住，从而保证井径测量的准确性和推靠效果的稳定性。当推靠器用于大井眼时(大于16in的井眼)，本发明提供的上述结构还可以包括伸长臂，上述伸长臂可加装在第三连杆16的自由端，从而能够实现增大仪器井眼工作范围。为了能够有效保证本发明与其他测井设备之间的有效配合；具体操作中，测井推靠装置的上下两端可设置有标准接口，上述标准接口不仅能够辅助所有的电缆测井仪器测井，还能在同一个仪器多个推靠装置串联复用，以增强推靠效果。

本发明能够有效解决现有技术中存在的问题，能够有效保证仪器在恶劣井况下的顺利作业，能够同时实现辅助偏心、辅助居中、以及测量井径的技术效果；同时，本发明的组成合理，易于推广和实施。

相应的，如图1所示，本发明还提供了一种推靠器，具体可以包括动力单元1、固定支架2、以及推靠单元3；其中，动力单元1设置在固定支架2的上部，动力单元1包括电机4和丝杠传动机构，电机4的输出轴端与丝杠传动机构的丝杠连接；推靠单元3设置在固定支架2的下部，推靠单元3包括1个推靠臂；推靠臂10为连杆机构，推靠臂10的一端为推动端9，另一端为支撑端；推动端9与丝杠传动机构的螺母连接，支撑端用于推靠在待测井壁上；支撑端具有张开和收拢两种工作状态，推动端9的推动操作用于实现工作状态的转换；张开状态时，支撑端向外伸出并推靠在待测井壁上；收拢状态时，支撑端向内缩回到初始位置。需要说明的是，该推靠器与上述测井推靠装置的区别为：该推靠器仅包括1个推靠臂，而上述测井推靠装置包含至少2个推靠臂；其余结构组成完全相同，故相应结构的具体描述请参照上述描述。需要注意的是，该推靠器不能够实现上述测井推靠装置中所能实现的辅助功能。相对于现有技术来说，该推靠器同样具有够有效保证仪器在恶劣井况下的顺利作业，能够同时实现辅助偏心、辅助测量井径的技术效果。

本领域的技术人员应该明白，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种测井推靠装置，其特征在于，包括动力单元、固定支架、以及推靠单元；其中，

所述动力单元设置在所述固定支架的上部，所述动力单元包括电机和丝杠传动机构，所述电机的输出轴端与所述丝杠传动机构的丝杠连接；

所述推靠单元设置在所述固定支架的下部，所述推靠单元包括至少2个推靠臂，所述推靠臂以所述丝杆的轴线为中心圆周均布设置；所述推靠臂为连杆机构，所述推靠臂的一端为推动端，另一端为支撑端；所述推动端与所述丝杠传动机构的螺母连接，所述支撑端用于推靠在待测井壁上；

所述支撑端具有张开和收拢两种工作状态，所述推动端的推动操作用于实现工作状态的转换；张开状态时，所述支撑端向外伸出并推靠在待测井壁上；收拢状态时，所述支撑端向内缩回到初始位置。

2.根据权利要求1所述的测井推靠装置，其特征在于，

所述连杆机构包括依次连接的第一连杆、第二连杆、以及第三连杆；所述第一连杆、第二连杆为直杆，所述第三连杆为弯折杆；

所述第一连杆与第二连杆之间为旋转连接，所述第一连杆的运动方向与所述丝杠的运动方向相同；所述第三连杆与所述第二连杆之间为旋转连接，所述第三连杆的弯折区域设置有旋转轴，所述第三连杆沿所述旋转轴的旋转操作实现所述第三连杆的自由端张开或者收拢操作。

3.根据权利要求1或2所述的测井推靠装置，其特征在于，还包括

推力板；

所述推力板与所述丝杠传动机构的螺母连接。

4.根据权利要求3所述的测井推靠装置，其特征在于，还包括

位移传感器；

所述位移传感器一端与所述推力板连接，并与所述推力板一同移动；所述位移传感器另一端通过卡套固定在固定支架上。

5.根据权利要求4所述的测井推靠装置，其特征在于，还包括

碟簧组；

所述碟簧组设置在所述推力板与所述推靠臂的推动端之间。

6.根据权利要求1或2所述的测井推靠装置，其特征在于，还包括

力矩限制器；

所述力矩限制器设置在所述电机的输出轴端与所述丝杠之间。

7.根据权利要求1或2所述的测井推靠装置，其特征在于，还包括

限位机构；

所述限位机构设置在所述推靠臂的支撑端，所述限位机构用于限制所述推靠臂的张开。

8.根据权利要求7所述的测井推靠装置，其特征在于，

所述限位机构为插销，所述固定支架的相应位置设置有插销孔，所述插销与所述插销孔的配合实现限制所述推靠臂的张开。

9.根据权利要求2所述的测井推靠装置，其特征在于，

所述旋转轴为销钉。

10.根据权利要求1或2所述的测井推靠装置，其特征在于，还包括

平衡短节；

所述平衡短节与所述固定支架的底端连接,所述平衡短节用于实现仪器内部压力与井下地层压力之间的压力平衡。

11.根据权利要求2所述的测井推靠装置，其特征在于，还包括

滚轮；

所述滚轮设置在所述第三连杆的自由端。