CN113847014A - 一种井下电缆双自由度减阻保护装置 - Google Patents

Abstract

一种井下电缆双自由度减阻保护装置，包括保护套、锁紧锥套、锁紧压帽、旋转套、球面飞轮和深沟轴承，保护套、锁紧锥套、锁紧压帽和旋转套为分体对开结构，保护套套置在井下电缆上，由锁紧锥套和锁紧压帽配合固定，旋转套限位套置在保护套上，球面飞轮安装在旋转套上，在测井过程中支撑于井壁可大幅减小井下电缆的磨擦强度，保护井下电缆，增长使用寿命，同时具有双自由度引导功能，自身旋转的第二自由度能够适应和引导井下电缆的轴线方向运动，随旋转套整体转动的第一自由度则能够适应井壁结构，引导井下电缆径向位移绕开阻碍，保持井下电缆在轴线方向上流畅运行，降低摩擦阻力，提高测井作业效率和参数测量精度。

Description

一种井下电缆双自由度减阻保护装置

技术领域

本发明涉及一种电缆保护装置，具体涉及一种井下电缆双自由度减阻保护装置。

背景技术

随着石油资源开发难度的不断加大和石油钻采技术的不断提升，对油田测井技术特别是水平井井下测井的要求也越来越高，较高的测井效率和测量精度既是油田生产提质、降耗的需要，也是及时排查隐患安全生产的需要，由于目前水平井测井大量采用爬行器带动仪器串爬行运动的作业方式，在测井过程中，井下电缆在下送或者提升时经常会发生与井壁的摩擦或者阻碍，特别是在水平井井段工作时与井壁间的摩擦强度加剧，摩擦阻力陡增，极易造成井下电缆的摩擦损伤甚至损坏，缩短井下电缆的使用寿命或者破坏井下电缆使用功能，造成生产浪费，增大生产成本，而且，陡增的摩擦阻力或者复杂井壁结构的交叉阻碍，还可能使爬行器的爬行张力增大，导致前行减慢或者受阻，严重降低爬行距离，影响测井工作效率以及参数测量精度，有时甚至还可能造成爬行器无法顺利重启或者继续进行测井作业，造成测井作业事故，影响油田生产。因此，针对上述现有技术中存在的问题，有必要研究开发测井过程中对井下电缆的引导保护装置，在增加井下电缆使用寿命的同时，保证全工况条件下测井仪器串移动的稳定性和可操控性，提高测井作业效率和参数测量精度。

发明内容

本发明的目的是，提供一种井下电缆减阻保护装置，采用具有双自由度的球面轮结构，提高对井下电缆传送引导的高效性和传送保护的可靠性。

一种井下电缆双自由度减阻保护装置，组合安装在井下电缆之上，包括：保护套、锁紧锥套、锁紧压帽、旋转套、球面飞轮和深沟轴承；所述保护套、所述锁紧锥套、所述锁紧压帽和所述旋转套均为分体对开结构，对开分体分别对应组合构成套体，其中：所述保护套、所述锁紧压帽和所述旋转套由连接螺钉连接构成固定套体；所述保护套配合套置在所述井下电缆上，上下两端分别开设有增径内螺纹，增径区域的底部分别设置有圆锥形内环面，所述锁紧锥套的外侧为圆锥形外环面，所述圆锥形外环面与所述保护套上设置的圆锥形内环面具有相同的锥度角，2个所述锁紧锥套分别套置在所述井下电缆上，并沿所述圆锥形外环面与所述圆锥形内环面的对应方向分别从所述保护套的两端镶嵌于所述井下电缆与所述保护套之间，使所述圆锥形外环面与所述圆锥形内环面分别形成对应配合，所述锁紧压帽上开设有缩径外螺纹，所述缩径外螺纹与所述保护套上开设的增径内螺纹形成结构配合，2个所述锁紧压帽分别套置在所述井下电缆上并螺纹连接在所述保护套的两端，所述锁紧压帽的前部端面抵顶在所述锁紧锥套的尾部端面上推动所述锁紧锥套前行，通过所述圆锥形外环面与所述圆锥形内环面的相互作用，使组成所述锁紧锥套的2个对开分体径向锁紧在所述井下电缆上，从而将所述保护套固定在所述井下电缆上；所述旋转套限位套置在所述保护套上，可相对所述保护套轴向旋转，在所述旋转套的外圆柱面上沿径向设置2个相互对称的外凸轴体，所述球面飞轮为具有圆形球面的球缺形状，内腔中镶置有所述深沟轴承，2个所述球面飞轮球面朝向外侧，分别借助所述深沟轴承连接在所述外凸轴体上，使2个所述球面飞轮可以所述外凸轴体为轴心相对所述旋转套转动，进而不但使2个所述球面飞轮整体相对所述井下电缆具有沿所述井下电缆中心轴线转动的第一旋转自由度，而且还使各所述球面飞轮相对所述井下电缆具有沿所述外凸轴体中心轴线转动的第二旋转自由度。

所述一种井下电缆双自由度减阻保护装置，还包括：飞轮保护环，所述飞轮保护环亦为分体对开结构，2个对开分体分别利用螺栓固定连接在所述保护套上并组合构成圆形环体，将各所述球面飞轮上下两端的尖锐边沿覆盖遮蔽在所述圆形环体的内环孔中，以防止在运动方向上受井壁的强烈摩擦与冲击可能导致所述球面飞轮边缘产生变形或者损坏，影响所述球面飞轮在所述第二旋转自由度方向上的运动状态。

所述一种井下电缆双自由度减阻保护装置，为了减小所述旋转套相对所述保护套旋转的摩擦阻力，提高所述旋转套相对所述保护套运动的流畅性，优选在所述旋转套与所述保护套之间的接触面上设置有钢球滚珠组，所述钢球滚珠组由若干个钢球滚珠组成，镶置于由所述旋转套和所述保护套上开设的半圆轨道凹槽组合而成的圆环形闭合轨道中，在所述旋转套与所述保护套的接触面之间形成点接触滚动摩擦状态。

进一步，所述一种井下电缆双自由度减阻保护装置，优选在所述保护套上设置有紧固螺销，所述紧固螺销安装在所述保护套侧壁上开设的贯通螺纹孔中，所述紧固螺销旋进可抵顶在与所述保护套螺纹连接的所述锁紧压帽上，进一步加强所述缩紧帽与所述保护套之间的连接稳固性，防止在工作状态下相对井壁的强烈冲击和振动可能导致所述锁紧压帽与所述保护套之间的螺纹松动，降低所述锁紧锥套对所述井下电缆的锁紧强度。

进一步，所述一种井下电缆双自由度减阻保护装置，优选在所述锁紧压帽上开设有工艺操作孔，用以辅助安装紧固或者拆卸松脱所述锁紧压帽，以降低组合安装劳动强度，提高组装操作工作效率。

本发明的有益效果是，提供一种井下电缆减阻保护装置，采用具有双自由度的球面飞轮结构，在测井操作过程中，球面飞轮支撑作用于井壁，杜绝或者减少井下电缆与井壁的直接接触，可大幅减小井下电缆的磨擦力，保护井下电缆，增长使用寿命，同时，在球面飞轮双自由度引导功能中，自身旋转的第二自由度能够适应和引导井下电缆的轴线方向运动，而当在轴线方向遇到较大运动阻碍时，其随旋转套整体转动的第一自由度则能够适应井壁结构，引导井下电缆径向方向产生位移，绕开在轴线方向的阻碍，保持井下电缆在轴线方向上流畅运行，解决井下工况对测井操作和测井结果的不利影响，提高对井下电缆传送引导的高效性和传送保护的可靠性，保证全工况条件下测井仪器串在井下移动的稳定性和可操控性，提高测井作业效率和参数测量精度。

附图说明

图1为井下电缆双自由度减阻保护装置主视图。

图2为图1中A-A线剖视图。

图3为井下电缆双自由度引导减阻装置主剖视图。

图4为图3中B-B线剖视图。

图5为图3中C-C线剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明请求保护的技术方案做进一步描述。

一种适用于油田测井作业使用的井下电缆双自由度减阻保护装置，如图1和图3所示，组合安装在井下电缆10之上，由保护套1、锁紧锥套2、锁紧压帽3、旋转套4、球面飞轮5、深沟轴承6、飞轮保护环7和钢球滚珠组9所构成。

所述保护套1、所述锁紧锥套2、所述锁紧压帽3、所述旋转套4和所述飞轮保护环7均为分体对开结构，对开分体分别对应组合构成套体，其中：所述保护套1、所述锁紧压帽3和所述旋转套4由连接螺钉12连接构成固定套体，如图1、图2和图3所示，在各所述固定套体的连接面上分别安装有定位销14，用以提高所述对开分体对应连接的精确度；所述保护套1配合套置在所述井下电缆10上，上下两端分别开设有增径内螺纹，增径区域的底部分别设置有圆锥形内环面，所述锁紧锥套2的外侧为圆锥形外环面，2个所述锁紧锥套2分别套置在所述井下电缆10上并分别从所述保护套1的两端镶嵌于所述井下电缆10与所述保护套1之间，使所述锁紧锥套2上设置的圆锥形外环面与所述保护套1上设置的圆锥形内环面分别形成对应配合，所述锁紧压帽3上一端开设有缩径外螺纹，侧壁上径向对称开设有2条工艺操作孔11，2个所述锁紧压帽3分别套置在所述井下电缆10上并螺纹连接在所述保护套1的两端，在所述保护套1上径向对称设置有2个紧固螺销8，如图5所示，所述紧固螺销8安装在所述保护套1侧壁上开设的贯通螺纹孔中，旋进抵顶在与所述保护套1螺纹连接的所述锁紧压帽3上，进一步加强所述锁紧压帽3与所述保护套1之间的连接稳固性；所述旋转套4套置在所述保护套1上，两端由所述保护套1上设置的环形凸台限位，在所述旋转套4与所述保护套1之间的接触面上设置有钢球滚珠组9，在所述旋转套4的外圆柱面上沿径向设置2个相互对称的外凸轴体，如图3和图4所示，所述球面飞轮5内腔中由弹性挡圈限位镶置有所述深沟轴承6，所述深沟轴承6依靠轴承压环13连接在所述外凸轴体上，使2个所述球面飞轮5可以所述外凸轴体为轴心相对所述旋转套4转动，在所述球面飞轮5的球面上开设有与所述轴承压环13安装位置相对应的工艺操作窗，用以实施对所述轴承压环13的拆装工艺操作，工作状态下利用保护螺钉15封闭，维护所述深沟轴承6的工装环境；所述飞轮保护环7的2个对开分体分别由固定螺钉16固定连接在所述保护套1上并组合构成圆形环体，如图3所示，将2个所述球面飞轮5上下两端边沿覆盖遮蔽在所述圆形环体的内环孔中。

在油田井下测井生产活动中使用本实施例所述一种井下电缆双自由度减阻保护装置，在井下电缆上相隔一定间距安装若干套所述一种井下电缆双自由度引导保护装置，具体安装步骤为：首先，以保护套体1对开分体上的定位销14为基准，将所述保护套1组合套置在井下电缆10上并利用连接螺钉12连接构成固定套体，之后将由对开分体组合而成的锁紧锥套2从所述保护套1的两端镶嵌于所述井下电缆10与所述保护套1之间，再分别以定位销为基准将2个锁紧压帽3组合套置在所述保护套1两端区域的所述井下电缆10上并连接构成固定套体，将所述锁紧压帽3分别螺纹连接在所述保护套1的两端，借助工艺操作孔11及其辅助工具充分旋紧所述锁紧压帽3，使所述锁紧锥套2充分锁紧在所述井下电缆10上，随之再交替旋紧2个紧固螺销8，进一步锁定所述锁紧压帽3，将所述保护套1固定安装在所述井下电缆10上；然后，将钢球滚珠组9置于旋转套4上开设的半圆轨道凹槽中后，以定位销为基准将所述旋转套4组合套置在所述保护套1的限位区域上并连接构成固定套体，将深沟轴承6和轴承压环13分别配合镶置于2个球面飞轮5的内腔之中并利用弹性挡圈限位固定所述深沟轴承6，之后分别将所述深沟轴承6套置在所述旋转套4上的外凸轴体上，通过在所述球面飞轮5上开设的工艺操作窗将所述轴承压环13旋紧固定在所述外凸轴体上，使所述球面飞轮5连接安装在所述旋转套4上，随后将保护螺钉15覆盖安装在所述工艺操作窗上并进一步利用弹性挡圈加固；最后，利用固定螺钉16将2个飞轮保护环7分别固定安装在所述保护套1的对应位置处，完成对所述一种井下电缆双自由度引导保护装置的安装。在投送井下进行测井操作过程中，由于所述球面飞轮5的支撑作用，杜绝或者减少了所述井下电缆10与井壁的直接接触，不但可大幅减小所述井下电缆10与井壁间的磨擦强度，有效保护所述井下电缆10，提高使用寿命，更主要的是：所述球面飞轮5具有双自由度的引导功能，不但其自身旋转的第二自由度能够在一定程度上适应和引导所述井下电缆10在轴线方向的运动，而且当所述球面飞轮5在轴线方向运动遇到较大的运动阻碍时，所述球面飞轮5随所述旋转套4的整体转动的第一自由度还能够适应井壁结构，引导所述井下电缆10在径向方向产生位移，绕开在轴线方向遇到的运动阻碍，保持所述井下电缆10在轴线方向上流畅运行，解决井下工况对测井操作和测井结果的不利影响，保证全工况条件下测井仪器串在井下移动的稳定性和可操控性，提高测井作业效率和参数测量精度。

Claims (5)

1.一种井下电缆双自由度减阻保护装置，组合安装在井下电缆（10）之上，其特征在于，包括：保护套（1）、锁紧锥套（2）、锁紧压帽（3）、旋转套（4）、球面飞轮（5）和深沟轴承（6）；所述保护套（1）、所述锁紧锥套（2）、所述锁紧压帽（3）和所述旋转套（4）均为分体对开结构，对开分体分别对应组合构成套体，其中：所述保护套（1）、所述锁紧压帽（3）和所述旋转套（4）由连接螺钉（12）连接构成固定套体；所述保护套（1）配合套置在所述井下电缆（10）上，上下两端分别开设有增径内螺纹，增径区域的底部分别设置有圆锥形内环面，所述锁紧锥套（2）的外侧为圆锥形外环面，所述圆锥形外环面与所述保护套（1）上设置的圆锥形内环面具有相同的锥度角，2个所述锁紧锥套（2）分别套置在所述井下电缆（10）上，并沿所述圆锥形外环面与所述圆锥形内环面的对应方向分别从所述保护套（1）的两端镶嵌于所述井下电缆（10）与所述保护套（1）之间，使所述圆锥形外环面与所述圆锥形内环面分别形成对应配合，所述锁紧压帽（3）上开设有缩径外螺纹，所述缩径外螺纹与所述保护套（1）上开设的增径内螺纹形成结构配合，2个所述锁紧压帽（3）分别套置在所述井下电缆（10）上并螺纹连接在所述保护套（1）的两端，所述锁紧压帽（3）的前部端面抵顶在所述锁紧锥套（2）的尾部端面上推动所述锁紧锥套（2）前行，通过所述圆锥形外环面与所述圆锥形内环面的相互作用，使组成所述锁紧锥套（2）的2个对开分体径向锁紧在所述井下电缆（10）上；所述旋转套（4）限位套置在所述保护套（1）上，可相对所述保护套（1）轴向旋转，在所述旋转套（4）的外圆柱面上沿径向设置2个相互对称的外凸轴体，所述球面飞轮（5）为具有圆形球面的球缺形状，内腔中镶置有所述深沟轴承（6），2个所述球面飞轮（5）球面朝向外侧，分别借助所述深沟轴承（6）连接在所述外凸轴体上，使2个所述球面飞轮（5）可以所述外凸轴体为轴心相对所述旋转套4转动。

2.如权利要求1所述一种井下电缆双自由度减阻保护装置，其特征在于，还包括：飞轮保护环（7），所述飞轮保护环（7）为分体对开结构，2个对开分体分别利用固定螺栓（16）固定连接在所述保护套（1）上并组合构成圆形环体，将2个所述球面飞轮（5）上下两端的尖锐边沿覆盖遮蔽在所述圆形环体的内环孔中。

3.如权利要求1或者2所述一种井下电缆双自由度减阻保护装置，其特征在于：在所述旋转套（4）与所述保护套（1）之间的接触面上设置有钢球滚珠组（9），所述钢球滚珠组（9）由若干个钢球滚珠组成，镶置于由所述旋转套（4）和所述保护套（1）上开设的半圆轨道凹槽组合而成的圆环形闭合轨道中。

4.如权利要求3所述一种井下电缆双自由度减阻保护装置，在所述保护套1上设置有紧固螺销（8），所述紧固螺销（8）安装在所述保护套（1）侧壁上开设的贯通螺纹孔中，所述紧固螺销（8）旋进可抵顶在与所述保护套（1）螺纹连接的所述锁紧压帽（3）上。

5.如权利要求4所述一种井下电缆双自由度减阻保护装置，在所述锁紧压帽（3）上开设有工艺操作孔（11）。

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