Двигатель для скважинных геофизических приборов

СОЮЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК С 19) (И)З 151) Е 21 В 47/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТВУ 377/22-03..84. Бюл. Р 13Бернштейн, С.ф.й, И,Г.Жувагин заполненн вательные жестко со ре днем тел органом,л и ч а ю Михайлов,ледовамысловой о тто, си бь 3 тр елью повьействия о другуюсно с зныи научноститут нефте сторону п ней вынол я на о СССР74.СССРвательна рабочего качестве инертный ьс газ, напримсжатый довеличине сем в исслевательные ер аргон,авления, с едварзмерискимне, а тельно ого по авлени- нагреновлены вклют стати уемои с 1;важлементы ка л. Е тво СССР 1975ер ус с воз чения верса них и можностью их переи выключения мехпри прохожденииложениях.Двигатель по и,щ и й с я тем, чн стопорным механ енног низмо шня к 2 о т то ег(21) 3527 (22) 24. 1 (46) 07.0 (72) Д.А И.И.Барск и В,В,Тру (71) Всес тельский геофизики (53) 622. (56) 1, А В 415356,2. Авт по заявке 3. Авт У 463780, (прототип (54)(57) ГЕОфИЗИЧЕ корпус, в поршневая 48.4(088.8)торское свидетекл, Е 21 В 47/Орское свидетель11 3338380/22-0347/00, 18.03.8рское свидетелькл. Е 21 В 47/00 ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ СКВАЖИННЫХИХ ПРИБОРОВ, содержащийтри которого расположены нагревательная камеры,е рабочим агентомэлементы, шток с.единенный с исполни механизм реверсащ и й с я тем, чрвения надежностиработы двигателя,оршневой камеры сонена дополнительнакамера, причем вагента использован1 1084Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиямскважин и предназначено для доставки геофизических приборов на забойнаклонно направленных и горизонтальных скважин,Известно устройство для транспортирования грузов в скважине, содержащее корпус, внутри которого расположены стопорно-раэжимные механизмы с приводами и опорными элементами,и средство реверса хода 1 .Недостатком устройства являетсясложность конструкции ввиду наличия редукторов, винтовой передачи,а также наличие ограничений поусловиям применения приводного электрического двигателя.Известно устройство для транспортировки приборов в скважине, содержащеешток с зубчатой частью, жестко связанный с транспортируемым прибором,герметично насаженный на него подвижный корпус, силовой механизм сведущими шестернями, находящимисяв зацеплении с зубчатой частью штока, стопорный механизм и механизмреверса. На противоположных концахштока выполнены утолщения, диаметркоторых больше наружного диаметракорпуса 2 .К недостаткам относится сложностьустройства, вызванная наличием механического редуктора, зубчатого зацепления, что обусловливает высокуютрудоемкость его изготовления, атакже ограничения, накладываемыена применение приводного электродвигателя. 5 10 15 20 25 35 40Известен двигатель для скважинных , геофизических приборов, принцип работы которого основан на свойствах расширения жидкости при ее нагревании, Он содержит корпус, внутри которого45 расположены поршневая и нагревательная камеры, заполненные рабочим агентом, нагревательные элементы, шток с поршнем, жестко связанный с исполнительным органом, и механизм реверса. Работа происходит за счет теплового расширения жидкости внагревательной камере после включения нагревательного элемента в ней. Жидкость, расширяясь, перемещаетсяв поршневую камеру и перемещает поршень, связанный с исполнительным механизмом. Для устранения влияния температуры окружающей среды перио-427 2дически включается управляемый клапан и часть жидкости стравливается из поршневой камеры в буферную емкость. Обратное перемещение порш. - ня осуществляется возвратной пружиной при отключенном нагревательном элементе и включении управляемого клапана, при этом жидкость из поршневой камеры перемещается в буферную .емкость 3 .К .недостаткам известного двигателя относятся малая эффективность продвижения исполнительного органа, обусловленная малыми значениями объемного коэффициента теплового расширения применяемых жидкостей, высокая тепловая инерция жидкостей, требующая достаточного времени на ее нагрев, а также на остывание, что требует дополнительного времени на совершение рабочего цикла, сложность конструкции, обусловленная наличием устройств для устранения влияния температуры скважины на расширениежидкости в нагревательной и поршневой камерах, введением дополнительно буферной емкости, обратных и управляемых клапанов, ведущих к снижению надежности работы устройства.Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия работы двигателя.Укаэанная цель достигается тем, что в двигателе для скважинных геофизических приборов, содержащем корпус, внутри которого расположены поршневая и нагревательная камеры, заполненные рабочим агентом, нагревательные элементы, шток с поршнем, жестко соединенный с исполнительным органом, и механизм реверса, в корпусе по другую сторону поршневой камеры соосно с ней выполнена дополнительная нагревательная камера, причем в качестве рабочего агента использован инертный газ, например аргон, предварительно сжатый до давления, соизмеримого по вели,чине с гидростатическим давлением в исследуемой скважине, а нагревательные элементы камер установлены с возможностью их переменного включения и выключения механизмом реверса при нахождении поршня в крайних положениях.Кроме того, корпус двигателя снабжен стопорным механизмом.Использование в качестве рабочего агента инертного газа, сжатого до35 Двигатель состоит из подвижногокорпуса 1 и жестко связанного с 55транспортируемым прибором 2 штока 3.Шток 3 выполнен с возможностьюперемещения внутри корпуса 1, гермеопределенного давления, упрощаетконструкцию и повышает ее надежность,так как исключает применение буферной емкости и системы клапанов дляустранения теплового расширения 5жидкости под действием температурыв скважине, Наличие двух нагревательных камер, разделенных поршневойкамерой, позволит скомпенсироватьтепловое расширение, а значит, и 10давление в камерах при нахожденииприбора в скважинеНаличие вкамерах газа под давлением, соизмеримым с гидростатическим давлениемжидкости в скважине, уменьшает перепад давления на уплотнения штокав камере, что повышает надежностьработы устройства. Так как теплоемкость газов в несколько раз нижетеплоемкости жидкостей, то на нагревание одинаковых объемов требуетсяразличное количество теплоты (длягазов меньше), что снижает энергозатраты предлагаемого двигателя,Обусловленная этим различная тепловая инерция обеспечивает быстродействие работы данного устройства.Ввиду большого коэффициента объемного расширения газов при нагревании по сравнению с жидкостями и ЗООвозможностью нагрева их до 400-500 Собеспечивается ход штока порядка0,5-0,8 и и создается равномерностьхода устройства.Предлагаемый двигатель можетбыть применен в геофизических приборах, где требуется создать управляемое перемещение исполнительныхорганов, например, в механизме управ"ления пакером скважинных дебитомеров расходомеров, при управлении прйжимными башмаками скважинных радиометРов, кавеРномеРов-пРофилемеРов. Ноособенно эффективно его применениев качестве двигателя при транспортировке геофизических приборов в горизонтальных и наклонно направленныхскважинах ввиду возможности обеспечения автоматизации циклов перемещения, большого хода и значительных 5 О(500-700 кгс) усилий на штоке,На чертеже изображен предлагаемыйдвигатель, общий вид. тичность при этом обеспечивается уплотнительными кольцами 4. Внутри корпуса размещены две нагревательные камеры й и Б , разделенные поршневой камерой В. В месте расположения поршневой камеры шток снабжен поршнем 5, способным герметично перемещаться вдоль поршневой камеры В благодаря уплотнению 6. Внутри нагревательных камер о и Б расположены нагревательные элементы соответственно 7 и 8, питание которых осуществляется посредством геофизического кабеля. Иеханизмы реверса двигателя выполнены в виде концевых выключателей 9 и 10, установленных соответственно на торцовых поверхностях г ипоршневой камеры. Срабатывание концевых выключателей происходит от соприкосновения их с торцами поршня 5. Включение нагревательных элементов обеспечивает их попеременное включение при нахождении поршня в крайних положениях. Внутри камер находится под давлением инертный газ 11, например аргон, причем давление газа близко к давлению жидкости в скважине. Заполнение камер газом производится через зарядные штуцеры .12 и 13. Стопорный механизм выполнен в видеопорных рычагов 14, шарнирно укрепленных на корпусе. Раскрытие и дальнейшее прижатие их к стенке скважины 15 осуществляется пластинчатыми пружинами 1 б. Иеханизм уборки опорных рычагов выполнен с виде электромагнита, который срабатыванием от сигнала с наземного пульта возвращает их в исходное (убранное) положение. Наличие утолщенного конусообразного участка 17 на штоке уменьшает лобовое сопротивление его и повышает проходимость.Устройство работает следующим образом.При достижении интервала. скважины, где прибор не может перемещаться под действием собственного веса и веса кабеля, с пульта управления подается сигнал для раскрытия опорных рычагов двигателя, поршень двигателя в этот момент занимает положение, показанное на чертеже. Затем подается сигнал на включение нагревательного элемента верхней камеры О . При этом за счет нагревания сжатого газа в камере происходит его изотермичес1 О Фкое расширение, при котором совершается работа по перемещению поршня 5и связанного с ним транспортируемогоприбора 2 вниз. Движению подвиж-.ного корпуса 1 в обратном направлении препятствует сцепление опорныхрычагов двигателя со стенкой скважины. Теоретически перемещение поршня будет происходить прерывно, помере нагревания увеличивающегосяобъема . газа. Но ввиду низкойтеплоемкости газа нагрев его и расширение происходят практическимгновенно в процессе его расширения,так что двигатель обеспечивает непрерывное движение поршня с прибором.Перемещение поршня вниз происходитдо тех пор, пока он не упрется вторцовую поверхность и не сработает концевой выключатель 10. Приэтом прекращается подача питания нанагревательный элемент 7 и включа-,ется нагревательный элемент 8 нижнейкамеры о . За счет отвода тепла изнагревательной камеры, О в скважинучерез стенку двигателя и нагревасжатого газа в камере 5 происходитего изотермическое расширение и,так как вес корпуса 1 неизмеримоменьше веса транспортируемого ЗО1прибора с кабелем, корпус перемещается вниз при неподвижном штоке,Перемещение происходит до тех пор,пока торец не упрется в поршень:происходит срабатывание выключателей З 59, обеспечивание питания нагревательного элемента 8 и подача питанияна нагревательный элемент 7, Повторяется вьппеописанный цикл работыдвигателя. Для подъема прибора из 4 Оскважины подается сигнал на отключение питания нагревательных элементови уборку опорных. рычагов, приборвместе с двигателем беспрепятственноизвлекают из скважины посредством 45геофизического кабеля,На основании уравнения состоянияидеального газа где Р 1, Ч, Т .и Р, Ч, Т 2 - давление,объем и температура идеального газасоответственнов состоянию "1" и "2".Состояние "1" соответствует состояниюгаза в начальный момент, состояние "2" -состояние газа в нагревательной ипоршневой камерах при нахождениипоршня в одном из крайних положений.При равенстве объемов нагревательныхи поршневой камер и учитывая, чтопри движении поршня вниз давлениев камере о возрастает согласнозакону Бойля-Мариотта, для преодоления полезного сопротивления наштоке 350-400 кгс при начальномдавлении в скважине Р 1 = 80 кг/см 2,1Ч 2= 1 - Ч3создать температуру в камере а 350 о400 С. Для обеспечения средней скорости каротажа, равной 0,5 м/с, энергозатраты двигателя составят 1-1,5 кВт. Такую мощность реально можно передать по геофизическому кабелю. и Т = 293,К, необходимо Предлагаемый двигатель обладает следующими преимуществами: высокой производительностью доставки геофизической аппаратуры в наклонные скважины, обусловленной наличием специального двигателя для его транспортирования, отсутствием ограничений на габариты транспортируемого прибора. Эти преимущества позволяют за счет экономии средств по содержанию бурового оборудования, его амортизации и оплаты труда буровой бригады получить экономический эффект не менее 250 рублей на одно исследование скважины.1084427 Составитель ИЯнович Техред Л.Мике кт Подписи ВНИИПИ Государственно по делам изобретений3035, Москва, Ж, Раув юавююее вею илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Заказ 1947/25Тираа 564 арбачинскаяКорректор С. Шекмар, комитета СССРи открытийская иаб., д. 4/5