RU2440494C1

RU2440494C1 - Mechanical caliper with manual drive

Info

Publication number: RU2440494C1
Application number: RU2010124990/03A
Authority: RU
Inventors: Станислав Васильевич Кубетов (RU); Станислав Васильевич Кубетов; Дмитрий Анатольевич Широков (RU); Дмитрий Анатольевич Широков
Original assignee: Открытое акционерное общество "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева"
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2012-01-20

Abstract

FIELD: mining. ^ SUBSTANCE: mechanical caliper with manual drive consists of a tip that is hinged to levers which are connected to the slide and are in contact with well shaft wall; lower rod control metric metal measure; lower part of axial stock is connected to the tip by means to threaded connection; on axial stock there arranged is the slide and movable metal load freely moving along it; lock nut is connected to upper part of axial stock by means of threaded connection; upper rod control metric metal measure is connected to the lock nut by means of safety hooks. ^ EFFECT: improved measurement accuracy of the well diameter in wide range of temperatures and pressures; simpler and cheaper device and lower overall dimensions. ^ 6 dwg

Description

Изобретение относится к области средств измерений для геологической и гидроэнергетической промышленности и может быть применено для измерения диаметров буровых, дренажных и пьезометрических скважин, их глубины, а также величины иловых отложений в скважинах.The invention relates to the field of measuring instruments for the geological and hydropower industry and can be used to measure the diameters of drilling, drainage and piezometric wells, their depth, as well as the size of silt deposits in the wells.

Известно устройство электромеханического каверномера, который состоит из рычажных щупов, прижимаемых пружинами к стенкам скважины, и реостата, ползунок которого через толкатели связан со щупами (Большая советская энциклопедия, М., Изд-во «Советская энциклопедия», 1973, с.111).A device is known for an electromechanical caliper, which consists of lever probes pressed by springs to the walls of the well, and a rheostat whose slider is connected through the pushers to the probes (Big Soviet Encyclopedia, M., Sovetskaya Encyclopedia Publishing House, 1973, p. 111).

К недостаткам аналога относится потребность в электроэнергии и значительные габариты устройства, что не позволяет производить измерения в скважинах малого диаметра, а также зависимость точности и возможности измерения от температуры и давления в скважине.The disadvantages of the analogue include the need for electricity and the significant dimensions of the device, which does not allow measurements in small diameter wells, as well as the dependence of accuracy and measurement capability on temperature and pressure in the well.

Известны устройства, в которых механический рычаг (щуп) связан с ползуном реостата, при этом конец механического рычага прижимается к стенке исследуемой скважины, таким образом вызывая пропорциональное ему изменение сопротивления реостата. Это сопротивление измеряют на поверхности и в результате получают кривую изменения диаметра скважины от устья до забоя. По такому принципу работают многие известные конструкции профилемеров, например многорычажный профилемер MFC-C компании "Argosy Technologies Ltd.", профилемер-каверномер скважинный ПФ-73-М компании ОАО «НПФ Геофизика», в которых число датчиков соответствует количеству щупов, в результате чего получают наиболее полную картину профиля изучаемой скважины.Known devices in which a mechanical lever (probe) is connected to the slider of the rheostat, while the end of the mechanical lever is pressed against the wall of the investigated well, thus causing a proportional change in the resistance of the rheostat. This resistance is measured on the surface and as a result a curve is obtained for the diameter of the well from the wellhead to the bottom. Many well-known profiler designs work on this principle, for example, the MFC-C multi-link profiler from Argosy Technologies Ltd., the PF-73-M borehole profile meter and caliper from NPF Geofizika, in which the number of sensors corresponds to the number of probes, resulting in get the most complete picture of the profile of the studied well.

Недостатками таких устройств являются технологические сложности в изготовлении и, как следствие, высокая цена устройства, одноплановость измерений (измеряется только профиль скважины), наличие в комплексе устройств принимающей сигнал станции, а также потребность в энергообеспечении работы устройства.The disadvantages of such devices are technological difficulties in manufacturing and, as a result, the high price of the device, the unidirectional measurements (only the well profile is measured), the presence of a signal receiving station in the device complex, and the need for energy supply for the device.

Известен профилемер, состоящий из корпуса, шарнирно соединенных с ним подпружиненных рычагов, индикатора положения раскрытия рычагов, выполненного в виде постоянного магнита, установленного на шарнирно соединенном конце каждого измерительного рычага в круговом пазу на оси поворота, и преобразователя сигнала - магниторезистивного датчика, установленного в корпусе в защитной камере и представляющего собой резистивно-мостовую схему, чувствительную к направлению магнитного поля и нечувствительную к его напряженности, при этом магнитная ось постоянного магнита, выполненного в виде шайбы, находится в плоскости шайбы и изначально ориентирована перпендикулярно оси чувствительности магниторезистивного датчика (патент РФ №2244120, опубл. 10.01.2005 г.).Known profiler, consisting of a housing, spring-loaded levers pivotally connected to it, a lever opening position indicator made in the form of a permanent magnet mounted on the articulated end of each measuring arm in a circular groove on the rotation axis, and a signal transducer — a magnetoresistive sensor installed in the housing in a protective chamber and representing a resistive-bridge circuit, sensitive to the direction of the magnetic field and insensitive to its intensity, while the magnetic the axis of the permanent magnet, made in the form of a washer, is in the plane of the washer and is initially oriented perpendicular to the axis of sensitivity of the magnetoresistive sensor (RF patent No. 2244120, publ. 10.01.2005).

Недостатками профилемера являются технологическая сложность устройства, высокая стоимость при его изготовлении, одноплановость проводимых измерений и потребность в энергообеспечении при работе устройства.The disadvantages of the profiler are the technological complexity of the device, the high cost in its manufacture, the unidirectional nature of the measurements and the need for energy supply during the operation of the device.

Известно устройство для измерения внутреннего размера ствола скважины, имеющее устройство с наконечником и системой рычагов, выполненное с возможностью расположения внутри ствола скважины, основной принцип действия которого аналогичен принципу действия электромеханического каверномера, но при этом применяются оптические датчики, фиксирующие изменение положения щупов (патент РФ №2353766, опубл. 27.04.2009 г.).A device for measuring the internal size of a wellbore is known, having a device with a tip and a lever system, arranged to be located inside the wellbore, the basic principle of which is similar to the principle of the electromechanical caliper, but optical sensors are used to record the change in the position of the probes (RF patent No. 2353766, published April 27, 2009).

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное устройство выбрано в качестве прототипа заявляемого каверномера.By the greatest number of similar features and achieved by using the result, this device is selected as a prototype of the inventive caliper.

Недостатком прототипа является наличие каротажной системы и электронных оптических датчиков, работа которых невозможна без обслуживающей наземной станции, включающей компьютер для сбора и анализа данных с соответствующим программным обеспечением, что затрудняет работу устройства в стесненных условиях. Также компоновка устройства приемо-передающими элементами напрямую связана с наличием источника электропитания. Выполнение данных условий (значительная свободная территория возле устья исследуемой скважины, близкий источник электропитания) не всегда достижимо на объектах гидроэнергетической отрасли, когда обследование скважин ведется в стесненных условиях и в особо опасных помещениях по электробезопасности.The disadvantage of the prototype is the presence of a logging system and electronic optical sensors, the operation of which is impossible without a serving ground station, including a computer for collecting and analyzing data with appropriate software, which complicates the operation of the device in cramped conditions. Also, the layout of the device transceiver elements is directly related to the presence of a power source. Fulfillment of these conditions (a significant free area near the mouth of the well under study, a close source of power supply) is not always achievable at hydropower facilities, when wells are examined in cramped conditions and in particularly dangerous electrical safety rooms.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности измерения диаметра скважины в широком диапазоне температур и давлений, упрощении, удешевлении устройства и уменьшении его габаритов.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to increase the accuracy of measuring the diameter of the well in a wide range of temperatures and pressures, simplify, reduce the cost of the device and reduce its size.

Для достижения указанного технического результата в механическом каверномере с ручным приводом, состоящем из наконечника, шарнирно соединенного с рычагами, находящимися в контакте со стенкой ствола скважины и соединенными с ползуном, к которому подсоединена нижняя тяговая управляющая метрическая металлическая рулетка, с наконечником резьбовым соединением соединен нижней своей частью осевой шток, на котором размещены ползун и свободно передвигающийся вдоль него передвижной металлический груз, с верхней частью осевого штока резьбовым соединением соединена стопорная гайка, к которой посредством карабинов прикреплена верхняя тяговая управляющая метрическая металлическая рулетка.To achieve the specified technical result in a mechanical caliper with a manual drive, consisting of a tip pivotally connected to levers that are in contact with the wall of the wellbore and connected to a slider to which a lower traction control metric metal tape measure is connected, with a tip a threaded connection is connected to its lower part of the axial rod, on which the slider and the movable metal load freely moving along it, are placed, with the upper part of the axial rod threaded The lock nut is connected to the connection, to which the upper traction control metric metal tape measure is attached via carabiners.

Отличительными признаками предлагаемого механического каверномера с ручным приводом являются: подсоединение нижней тяговой управляющей метрической металлической рулетки; соединение с наконечником резьбовым соединением нижней своей частью осевого штока, на котором размещены ползун и свободно передвигающийся вдоль него передвижной металлический груз; соединение с верхней частью осевого штока резьбовым соединением стопорной гайки, к которой посредством карабинов прикреплена верхняя тяговая управляющая метрическая металлическая рулетка.Distinctive features of the proposed manual mechanical caliper are: connecting the lower traction control metric metal roulette; connection with a tip by a threaded connection with its lower part of the axial rod, on which a slider and a movable metal load freely moving along it are placed; connection with the upper part of the axial rod by a threaded connection of a lock nut to which an upper traction control metric metal tape measure is attached by means of carabiners.

Благодаря наличию этих признаков отсутствует потребность в источнике электроэнергии, что позволяет беспрепятственно производить работы в труднодоступных и особо опасных по электробезопасности помещениях, механический каверномер имеет малые габариты, позволяющие проводить измерения в сравнительно малых по диаметру скважинах (к коим в основном относятся пьезометрические скважины гидроэнергетических объектов). Также предлагаемый механический каверномер позволяет осуществлять ряд дополнительных операций в отличие от аналогов, таких как общее измерение глубины скважины, измерение точной глубины изменения диаметра скважины (при изменениях диаметра в меньшую сторону), измерение мощности иловых отложений в скважине.Due to the presence of these signs, there is no need for an electric power source, which allows unimpeded work in hard-to-reach and particularly hazardous electrical safety rooms, the mechanical caliper has small dimensions that allow measurements to be made in relatively small diameter wells (which mainly include piezometric wells of hydropower facilities) . Also, the proposed mechanical caliper allows for a number of additional operations, unlike analogues, such as a general measurement of the depth of a well, measuring the exact depth of a change in the diameter of a well (with smaller diameters), and measuring the power of silt deposits in a well.

Предлагаемый механический каверномер с ручным приводом иллюстрируется фиг.1 - фиг.6.The proposed mechanical caliper with a manual drive is illustrated in Fig.1 - Fig.6.

На фиг.1 показан общий вид механического каверномера с ручным приводом.Figure 1 shows a General view of a mechanical caliper with a manual drive.

На фиг.2 - механический каверномер при измерении диаметра скважины.Figure 2 - mechanical caliper when measuring the diameter of the well.

На фиг.3 - механический каверномер при измерении глубины изменения диаметра скважины в меньшую сторону.Figure 3 - mechanical caliper when measuring the depth of change of the diameter of the well in a smaller direction.

На фиг.4 - механический каверномер при измерении глубины скважины.Figure 4 - mechanical caliper when measuring the depth of the well.

На фиг.5 - механический каверномер при снятии показаний глубины начала иловых отложений.Figure 5 - mechanical caliper when taking readings of the depth of the beginning of the silt sediments.

На фиг.6 - механический каверномер при снятии показаний дна скважины.Figure 6 - mechanical caliper when taking readings of the bottom of the well.

Механический каверномер с ручным приводом содержит наконечник 1, шарнирно соединенные с ним рычаги 2, шарнирно соединенные с ползуном 3, передвижной металлический груз 4, свободно передвигающийся вдоль осевого штока 5, соединенного резьбовым соединением с наконечником 1, к осевому штоку 5 резьбовым соединением крепится стопорная гайка 6, к стопорной гайке 6 также посредством карабинов крепится верхняя тяговая управляющая метрическая металлическая рулетка 7, а к ползуну 3 посредством карабинов крепится нижняя тяговая управляющая метрическая металлическая рулетка 8. На фиг.1-3 «А» - расстояние от верха устройства до оси смыкания рычагов 2, на фиг.1, 5 и 6 «В» - величина длины измерительного устройства.A mechanical caliper with a manual drive contains a tip 1, levers 2 pivotally connected to it, pivotally connected to a slider 3, a movable metal load 4, freely moving along an axial rod 5 connected by a threaded connection to a tip 1, a lock nut is attached to the axial rod 5 by a threaded connection 6, the upper traction control metric metal tape measure 7 is also attached to the lock nut 6 by means of carabiners, and the lower traction control metric is attached to the slider 3 by means of carabiners 8. The metal tape 1-3, 'A' - the distance from the top of the device to the clamping axis arm 2, 1, 5 and 6, "B" - the value of the length measuring device.

Работа механического каверномера с ручным приводом осуществляется следующим образом.The operation of a mechanical caliper with a manual drive is as follows.

При измерениях диаметра скважин (фиг.2): механический каверномер опускается на необходимую глубину, при этом осуществляется измерение глубины опускания по верхней тяговой управляющей метрической металлической рулетке 7 с поправкой на расстояние «А» до оси смыкания измерительных рычагов 2. На заданной глубине осуществляется их раскрытие при помощи тяговых управляющих метрических металлических рулеток 7 и 8 (до упора в стенки скважины). Передвижной металлический груз 4, двигаясь вдоль осевого штока 5, опускается на ползун 3, вызывая раскрытие рычагов 2 до упора в стенки скважины.When measuring the diameter of the wells (figure 2): the mechanical caliper drops to the required depth, while measuring the depth of lowering by the upper traction control metric metal tape measure 7, adjusted for the distance "A" to the axis of closure of the measuring levers 2. At a given depth, they are carried out disclosure with the help of traction control metric metal roulettes 7 and 8 (all the way into the borehole walls). A movable metal load 4, moving along the axial rod 5, is lowered onto the slider 3, causing the levers 2 to open fully against the walls of the well.

Затем фиксируется отсчет разности показаний тяговых управляющих метрических металлических рулеток 7 и 8 (измерение 1) и глубины, после чего производятся дальнейшие аналогичные измерения на различных глубинах. По завершении производства измерений механический каверномер извлекается из скважины и зафиксированная разность показаний этих рулеток 7 и 8 воспроизводится на поверхности. При этом измеряется величина раскрытия измерительных рычагов 2, данная величина и является искомым диаметром скважины на заданной глубине.Then, the reading of the difference in the readings of the traction control metric metal roulettes 7 and 8 (measurement 1) and the depth is recorded, and then further similar measurements are made at various depths. Upon completion of the measurements, the mechanical caliper is removed from the well and the recorded difference in the readings of these roulettes 7 and 8 is reproduced on the surface. When this is measured, the magnitude of the opening of the measuring levers 2, this value is the desired diameter of the well at a given depth.

При измерениях глубины изменения диаметров обсадных труб скважин и при изменении диаметров в меньшую сторону (фиг.3): механический каверномер погружается на дно скважины. Затем производится раскрытие измерительных рычагов 2 при помощи тяговых управляющих метрических металлических рулеток 7 и 8. В таком положении осуществляется поднятие механического каверномера до касания трубы меньшего диаметра, при этом производится снятие отсчета глубины с верхней тяговой управляющей метрической металлической рулетки 7 (измерение 2) с поправкой на расстояние «А» до оси смыкания измерительных рычагов 2. При необходимости фиксации последующих изменений диаметров измерительные рычаги 2 складываются при помощи нижней тяговой управляющей метрической металлической рулетки 8. Механический каверномер заводится в трубу меньшего диаметра, и измерения осуществляются в аналогичной последовательности.When measuring the depth of change in the diameters of the casing of the wells and when changing the diameters in a smaller direction (figure 3): a mechanical caliper is immersed at the bottom of the well. Then, the measuring levers 2 are opened using the traction control metric metal roulettes 7 and 8. In this position, the mechanical caliper is raised to touch the pipe of a smaller diameter, and the depth count is taken from the upper traction control metric metal roulette 7 (measurement 2) as amended the distance “A” to the axis of closure of the measuring levers 2. If necessary, fix subsequent changes in diameters of the measuring levers 2 are folded using the lower rod control metric metal tape measure 8. A mechanical caliper is inserted into a pipe of a smaller diameter, and the measurements are carried out in the same sequence.

При измерениях глубины скважины (фиг.4): механический каверномер погружается в скважину до касания устройства с дном скважины, при касании дна скважины наконечником 1 осуществляется фиксация глубины путем снятия отсчета с верхней тяговой управляющей метрической металлической рулетки 7 (измерение 3) с поправкой на величину длины измерительного устройства (расстояние «В»).When measuring the depth of the well (figure 4): a mechanical caliper is immersed in the well until the device touches the bottom of the well, when touching the bottom of the well with tip 1, the depth is fixed by taking a count from the upper traction control metric metal tape measure 7 (measurement 3), adjusted for the length of the measuring device (distance "B").

При измерениях величины иловых отложений в скважине (фиг.5 и 6): механический каверномер опускается до касания ила в скважине наконечником 1 и производится снятие отсчета глубины с верхней тяговой управляющей метрической металлической рулетки 7 (измерение 4) верхней границы отложений. Далее резким потягиванием и опусканием нижней тяговой управляющей метрической металлической рулетки 8 вызывают подскакивание и падение на ползун 3 передвижного металлического груза 4, который под действием динамического воздействия вызывает заглубление наконечника 1 в ил до упора в дно скважины, при этом стопорная гайка 6 предотвращает нежелательное выпадение передвижного металлического груза 4 с осевого штока 5. После чего осуществляется повторное снятие отсчета глубины по верхней тяговой управляющей метрической металлической рулетке 7 (измерение 5). Разность отсчетов и будет являться искомой величиной.When measuring the size of sludge deposits in the well (FIGS. 5 and 6): the mechanical caliper is lowered to touch the sludge in the well with tip 1 and the depth count is taken from the upper traction control metric metal tape measure 7 (measurement 4) of the upper boundary of the deposits. Then, by dragging and lowering the lower traction control metric metal roulette 8 abruptly, a mobile metal load 4 jumps and falls onto the slider 3, which, under the action of dynamic action, causes the tip 1 to sink into the sludge as far as it will go into the bottom of the borehole, while the lock nut 6 prevents the unwanted loss of the mobile metal load 4 from the axial rod 5. After that, the depth is counted again on the upper traction control metric metal roulette e 7 (measurement 5). The difference in readings will be the desired value.

Предлагаемая конструкция каверномера позволяет производить измерения в сложных условиях с высокой точностью, при этом на результаты измерений не влияют ни температура, ни давление в скважине.The proposed caliper design allows measurements to be made under difficult conditions with high accuracy, and neither temperature nor pressure in the well affects the measurement results.

Claims

A mechanical caliper with a manual drive, including a tip, pivotally connected to levers in contact with the wall of the wellbore, which are connected to a slider, characterized in that the lower traction control metric metal tape measure is connected to the slider, and the axial threaded connection is threaded to the tip the rod, on which the slider and the movable metal load freely moving along it, are placed, the stopper is connected to the upper part of the axial rod by a threaded connection a nut, which by means of karabiners to the fixed upper traction control metric metal tape.