CN1337354A - 适用于测井的有双传动轴的卷扬机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷扬机系统,该系统包括可旋转地支撑在支架内的第一卷筒,可旋转地支撑在支架内且与第一卷筒轴向并排并相对于第一卷筒可独立旋转的第二卷筒;以及可选择性地连接到第一卷筒和第二卷筒的驱动系统。在一个实施例中,第一卷筒通过在支架一端内的第一轴承可旋转地支撑在一端,第二卷筒通过在支架另一端内的第二轴承可旋转地支撑在一端,以及第二卷筒通过第一卷筒内的支撑孔中的至少一个轴承可旋转地支撑在另一端。

Description

适用于测井的有双传动轴的卷扬机系统

技术领域

本发明主要涉及卷扬机和绕线设备领域，特别地是涉及在通常安装一个卷筒的安装空间里设置一个以上独立驱动的卷筒。

背景技术

本领域已知的测井系统包括卷筒上缠绕有铠装电缆线卷的卷扬机。为了多种目的，通过旋转卷筒(被称为“电缆卷筒”)来分别伸长和缩短铠装电缆，从而将测井仪器下放到钻井中和提升出来。

用于测井作业的铠装电缆内有多根导线，铠装电缆的外径与使用的测井仪器的型号、仪器下放到钻井中的预期深度以及钻井内的地下状况是否需要在地面使用液压控制装置有关。对钻井贯通的地层的结构特性进行专业测量的测井仪器经常需要由多根绝缘导线从地面为其传输电能并由绝缘导线把信号传回地面以用于记录和整理。通常，多导线电缆每单位长度有较大重量。由于为保持电缆足够的抗拉强度所需铠装量的缘故，多导线电缆通常有较大的外径。

相反地，简单仪器可能仅仅需要单根绝缘导线来执行所需全部功能，特别是“打孔”和其它机械钻井维修设备。尤其是在操作打孔设备的情况下，在地面要使用多种型号的压力控制设备。这些压力控制设备要求电缆“通过”设备中电缆直径大小的孔道。在将电缆穿过压力控制设备中的孔道后，被称之为电缆头的使电缆与测井仪器相联接的机械/电接头一般必须耦合到电缆。本领域人所周知，同压力控制设备一起使用的电缆实际上一般有尽可能小的外径(OD)，当在压力控制设备内的液压增加时以减少其受钻井挤压的趋势。虽然还有些其它包括单导线的测井电缆，但是用于对电缆有高断裂强度要求的作业是有大OD且有许多铠装线的测井电缆，例如用于在非承压的钻井中安装机械设备，或者当提升较重测井仪器或射孔枪时。

通常，在单组操作中，测井作业需要同时使用大OD多导线或者单导线电缆和小OD单导线电缆。为适应这些操作，某些测井设备上有两个分开的、独立驱动的电缆卷筒。尽管这些测井设备很有效，但是由于它们有两个完全独立的卷扬机系统，因而这些测井设备明显比单卷筒测井设备有更多的花费。本领域其它已知的测井设备具有“双节的”单卷扬机卷筒，双节卷筒包括在卷筒轴向外端上的两个外部法兰，以及在卷筒端部之间选定的轴向位置内的第三个法兰。在双节卷筒上缠绕有两种类型的测井电缆，从而能开展前述多种目的测井作业。双节卷筒卷扬机系统的局限在于两种电缆同时旋转。在需要使用其它电缆的操作期间，有必要把电缆头从未使用的电缆移走。即使在某些情况下电缆头不需移走，但是在钻井现场操作过程中，为节省时间，可能需要将较小OD的电缆“通过”压力控制设备。当操作卷扬机卷筒时，在双节卷筒系统上使用较大0D的电缆是不可能的。

我们所需要的是一个提供空间优势的双节卷筒的卷扬机系统，同时该系统允许两种不同的测井电缆单独旋转。

发明概述

本发明是一个卷扬机系统，该系统包括可旋转地支撑在支架内的第一卷筒，与第一卷筒轴向并排设置的且相对于第一卷筒独立旋转的可旋转地支撑在支架内的第二卷筒，以及选择性地连接到第一卷筒和第二卷筒的驱动系统。在一实施例中，第一卷筒通过支架一端上的第一轴承可旋转地支撑在一端，第二卷筒通过支架另一端上的第二轴承可旋转地支撑在一端，以及第二卷筒通过第一卷筒内的支撑孔内的至少一轴承可旋转地支撑在另一端。

在一实施例中，驱动系统直接耦合到第一卷筒，驱动系统包括把第一卷筒旋转地耦合到第二卷筒的联锁装置。

在另一实施例中，驱动系统包括相对于第一卷筒和第二卷筒独立旋转的驱动件，以及可选择性操作使第一卷筒和第二卷筒分别耦合到驱动件的第一和第二联锁装置。

在另一实施例中，驱动系统包括可操作耦合到第一卷筒的第一驱动装置和可操作耦合到第二卷筒的第二驱动装置。

附图说明

图1表示有双传动轴的卷扬机系统的一实施例的横截面图；

图2表示图1实施例，其中两卷筒可以独立旋转；

图3表示一可选择的实施例，其中第一卷筒或者第二卷筒可以由单驱动装置单独驱动；

图4表示另一实施例，其中第一卷筒和第二卷筒分别都有各自的驱动装置；

图5表示提高负荷支承能力的双卷筒卷扬机实例。

具体实施方式

一般来说，本发明是一卷扬机系统，该系统包括安装在支架内并排的两个电缆卷筒。两电缆卷筒彼此独立旋转，同时把两电缆卷筒安装到一空间，在其它情况下该空间适合安装一个卷扬机卷筒或“双节卷筒”。

图1表示根据本发明的双卷筒卷扬机10的一实施例。图1所示的支架11可以与本领域已知的用来可旋转地支撑单电缆卷筒或双节卷筒的支架相同或者类似。支架11可旋转地支撑在轴承20、22上的电缆卷筒，在该实施例中，电缆卷筒是由第一卷筒12和第二卷筒14组成的“双”卷筒。第一电缆16和第二电缆18分别缠绕在第一卷筒12和第二卷筒14上。第一卷筒包括轴向地限制第一电缆16从而使其缠绕在第一卷筒12上的第一法兰12A和第二法兰12B。第二卷筒14包括轴向地限制第二测井电缆18从而使其缠绕在第二卷筒14上的类似的法兰14A和14B。

第一卷筒12包括一轴承轴12C，该轴承轴12C在支架11内的支撑轴承20内的一端转动。轴承20可以是传统的用于安装可旋转的电缆卷筒的轴台。第二卷筒14也可绕轴14C旋转，该轴14C支撑在支架另一端的轴承22内。该支撑轴承22可以是轴台或类似型号的轴承。第二卷筒14通过至少一个共心轴承15可旋转地支撑在另一端。共心轴承15设置在第一卷筒12内部的支撑孔12E内。本发明实际上的实施例的支撑孔12E内可以包括一个以上共心轴承15，优选地是共心轴承15间根据实际情况隔开尽可能多的轴向距离。这样，当安装在传统的支架11内时，通过使用轴承20、22，第一卷筒12和第二卷筒14可以彼此独立地旋转，轴承20、22一般用于单个或双节卷筒卷扬机系统。

应清楚地理解，图1所示的特别结构仅仅是本实施例的一可能结构，该特别结构有从第二卷筒14伸长到第一卷筒12内的相应支撑孔12E的轴14C，因此第一卷筒12能绕共心轴承15旋转。可选择地是，第一卷筒12的轴12C能伸长到第二卷筒14内部相应的支撑孔(图1未示)内，共心轴承15位于该第二卷筒14内。这是图1所示功能等效的结构，该结构与将在下面作进一步说明的结构具有相同的优点。

图1所示实施例(以及上述可选择的实施例)的优点在于第一卷筒12和第二卷筒14两者都有电缆通道(图1未示)。电缆通道基本上形成在各自的轴12C、14C的中部并终接在一端。电缆通道终接在圆柱形表面的另一端以及轴承轴12C、14C各自的轴承端，圆柱形表面支撑电缆16、18缠绕在卷筒12、14上。这些电缆通道对于本领域已知的电缆卷筒是标准的，正如本领域所知，电缆通道(未图示)是用来提供从电缆卷筒的内圆柱面到集流环组件或者“集流器”组件中部之间管道。集流器通常安装在支架11的轴承端。在本实施例的独立旋转卷筒系统中，第一卷筒12包括在其轴承端的第一集流器12D，这对双节卷筒卷扬机来说是常规的。相应地，第二卷筒14包括在其轴承端的第二收集器14D。收集器12D、14D都可以是本领域已知的用以实现旋转件和固定件之间电耦合的任何合适的类型。在该实施例中，固定件为支架11，在本领域是常规的。

其它实施例可以有第二卷筒14的轴14C，该轴14C完全由支架11上的两轴承20、22支撑。在这些实施例中，第一卷筒12将只包括其中的支撑孔12E和共心轴承15。有一个在轴承20和22之间延伸的轴也是可能的，并且是与第一和第二卷筒完全分开的元件。这些实施例中的卷筒12和14将绕每一个卷筒支撑孔内的轴承上的轴独立旋转。这些实施例要求每一卷筒有用于电缆在其上缠绕的不同形式的通道，该通道与各自的集流器导通。

在图1的实施例中，第一卷筒12由驱动系统带动旋转，该驱动系统包括链条28和电源设备30。链条28和电源设备30可以是本领域已知的任何类型。在该实施例中，链条28和电源设备30与用来驱动单卷筒或双节卷筒的链条和电源设备是相同的。该实施例的优点是能够直接取代驱动系统中的单卷筒或双节卷筒以及已适配单卷筒或双节卷筒的支架。第一制动带26使第一卷筒12停止旋转。第一制动带26可以是本领域已知的用来使卷扬机卷筒止动的任何类型。相应地，第二制动带24使第二卷筒14停止旋转。在该实施例中，制动带24、26可以与单卷筒或双节卷筒卷扬机中使用的制动带相同，但是制动带24、26应适于单独控制，以使卷筒12和14实现独立旋转。

在该实施例中，只有第一卷筒12由链条28和电源设备30驱动。在该实施例中，为驱动第二卷筒14，啮合联锁装置32以使第一卷筒12旋转耦合到第二卷筒14。在该实施例中联锁装置32可以是销或类似物，其能分别啮合卷筒14、12的法兰14A、14B、12B内相应的孔。如图1所示，联锁销32与第一卷筒上的第二法兰12B啮合，以使第一卷筒12旋转耦合到第二卷筒14。

图2所示的是相同的实施例，其中联锁装置32处于未啮合状态，因此第一卷筒12由驱动装置(链条28和电源设备30)驱动，同时第二卷筒14不旋转。当联锁装置32处于图2所示的未啮合状态时，通常设置第二制动带24以使第二卷筒14停止旋转。然而，当第二卷简14不能相应于第一卷筒12的旋转自由旋转时，系统操作者可以在某些情况下手动地从第二卷筒14拉部分第二电缆18以执行各种任务，这些任务可以是要求伸长第二电缆18。

图1和2所示的实施例预期应用在第一电缆16为大直径多导线电缆的情况下，且该电缆不要求未耦合电缆头(未图示)“通过”压力控制设备。预期的第二电缆18为小直径电缆，该电缆能通过压力控制设备(未图示)。这样，压力控制设备在使用卷扬机系统10之前可以装配到第二电缆18，并且使用第一卷筒12和第一电缆16的操作可以不受干扰地执行。

卷扬机系统可选择的实施例示于图3。在图3的实施例中，对链条28和电源设备30进行定位，从而使链条定位于第一卷筒12和第二卷筒14之间。驱动链轮28B可通过轴承28A可旋转地支撑在轴14C上，驱动链轮28B可通过第一联锁装置32A以及通过第二联锁装置32B选择性地同时耦合到第一卷筒12和第二卷筒14上或者耦合到其中之一上第一联锁装置32A和在先实施例的联锁装置32(图1)类似。在图3的实施例中，第一卷筒12和第二卷筒14可同时旋转或者其中之一旋转。

图4是另一实施例，该实施例包括用来操作第一卷筒12的第一驱动链条28A和第一电源设备30A，以及用来操作第二卷筒14的第二驱动链条28C和电源设备30B。在图4所示的实施例中，卷筒12和14可以完全独立操作，包括在不同的方向。图4所示的实施例使在两钻井同时开展测井作业成为可能。

图5所示的是一特殊的实施例，该实施例包括位于第一卷筒12和第二卷筒14各自相邻的法兰12B、14A之间的止推轴承34。图5所示的实施例能提高负荷支承能力。在本发明的一些实施例中，例如图1所示，卷筒的部分负荷由共心轴承15支承。可以有部分剩余负荷在“扭曲”卷筒12和14旋转轴方向上作为扭矩，这取决于这些轴承的位置和数目。通过使用相邻的卷筒法兰123、14A之间的止推轴承34，这些负荷部分能在卷筒之间转移。止推轴承34可以是适合于承载法兰12B、14A之间推力载荷的任何类型，例如滚柱轴承、滚珠轴承或者冲压外座圈(torrington)(径向滚柱推力)轴承。图5所示的实施例通过减少轴区域(支撑孔区域)内的每一卷筒所需的负荷支承能力也可以提供其它好处，使得相邻的法兰12B、14A可以更加靠近相应的卷筒12和14轴向最外部范围设置。这将给卷筒12和14每一个都提供了部分额外的电缆携带能力。

本发明提供了一卷扬机系统，该系统使一个以上卷扬机卷筒与另外的卷扬机卷筒分开操作成为现实，同时该系统保持本领域已知的单卷筒或双节卷筒卷扬机系统的整体大小。在更新本领域已知的单卷筒或双节卷筒卷扬机系统且无需彻底地改变测井仪器机架或卷扬机支架方面，本发明的卷扬机系统可以提供特别的用处。

前述发明已经对特定的实施例作了详述，但是，对本领域的技术人员来说，作出并不背离本发明所公开的构思的其它实施例是显而易见的。因此，本发明应限定在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种卷扬机系统，其包括：

可旋转地支撑在支架内的第一卷筒；

可旋转地支撑在支架内且与第一卷筒轴向并排且基本上共心以及相对于第一卷筒可独立旋转的第二卷筒；以及可选择性地联接到第一卷筒和第二卷筒的驱动系统。

2.根据权利要求1所述的卷扬机系统，其中驱动系统直接耦合到第一卷筒，并且驱动系统包括使第一卷筒旋转耦合到第二卷筒的联锁装置。

3.根据权利要求2所述的卷扬机系统，其中在第二卷筒上缠绕有适合于与测井压力控制设备一起使用的电缆。

4.根据权利要求1所述的卷扬机系统，其中驱动系统包括相对于第一卷筒和第二卷筒可独立旋转的驱动件，以及通过选择性操作使第一卷筒和第二卷筒分别耦合到驱动件的第一和第二联锁装置。

5.根据权利要求1所述的卷扬机系统，其进一步包括适于选择性地停止第一卷筒旋转的第一制动器和适于选择性地停止第二卷筒旋转的第二制动器。

6.根据权利要求1所述的卷扬机系统，其中第一卷筒通过在支架一端内的第一轴承可旋转地支撑在一端，第二卷筒通过在支架另一端内的第二轴承可旋转地支撑在一端，以及第二卷筒通过第一卷筒内的支撑孔中的至少一个共心轴承可旋转地支撑在另一端。

7.根据权利要求1所述的卷扬机系统，其中第二卷筒由安装在支架每一边内的轴承内的轴可旋转地支撑，第一卷筒由设置在其中的绕轴共心设置的支撑孔内的轴承可旋转地支撑。

8.根据权利要求1所述的卷扬机系统，其中第一卷筒包括第一集流器，第二卷筒包括第二集流器，第一和第二集流器每一个都适于提供各自的旋转的卷筒与固定件之间的电连接。

9.根据权利要求1所述的卷扬机系统，其中驱动系统包括可操作耦合到第一卷筒的第一驱动装置和可操作耦合到第二卷筒的第二驱动装置。

10.根据权利要求1所述的卷扬机系统，其进一步包括设置在第一卷筒和第二卷筒的相邻法兰之间的止推轴承。

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