適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，包括外殼、電機(jī)、減速器、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、撥桿、底座、擋塊、扭桿、擺錘、砧桿、傳動(dòng)桿和拉簧；電機(jī)、減速器、主動(dòng)齒輪依次通過傳動(dòng)桿連接；主動(dòng)齒輪與傳動(dòng)桿間固定連接；主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪內(nèi)嚙合；從動(dòng)齒輪和底座上對(duì)應(yīng)的部分具有半圓形槽孔，相對(duì)形成圓形槽孔，撥桿插入圓形槽孔中；撥桿具有與底座外緣弧度相對(duì)應(yīng)的弧形缺口；撥桿通過拉簧與底座連接；底座與扭桿之間固定連接；擋塊固定在所述外殼上；扭桿與擺錘固定連接；扭桿一端固定在外殼上。本發(fā)明可提高設(shè)備可靠性，徹底消除震源可能卡在井下的安全隱患，同時(shí)適應(yīng)了大斜度水平井測井的需求，降低了能耗。
【專利說明】適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油和地質(zhì)勘探【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源。
【背景技術(shù)】
[0002]震源在井間地震技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用，機(jī)械脈沖式震源是目前國內(nèi)外應(yīng)用較為普遍的六類震源之一，其中最常見的要屬重錘式。其工作原理是通過推靠電機(jī)將支撐臂牢牢貼合井壁，再由直線電機(jī)將重錘提升至高點(diǎn)后釋放，由此產(chǎn)生作用于砧座的垂直沖擊力，經(jīng)砧座與支撐臂間的斜面轉(zhuǎn)換為水平徑向力，并由此形成輻射能傳入地層(見“重錘沖擊式井下震源專利號(hào):ZL92224745.5”)。
[0003]由于工作狀態(tài)下支撐臂與砧座的接觸部分完全浸泡在井下泥漿介質(zhì)中，又處在高溫高壓惡劣環(huán)境下，一旦遇到堅(jiān)硬顆粒物的嵌入或零件自身的磨損變形以及數(shù)十噸沖擊力等綜合因素的作用，接觸面就可能出現(xiàn)咬死現(xiàn)象。這種情況一旦發(fā)生，就如同在套管井中砸入一枚巨大的釘子，將其牢牢楔在井中，最嚴(yán)重的后果就是直接造成一 口井的報(bào)廢。
[0004]雖然該震源后來在局部做了改進(jìn)，將推靠臂與砧座的接觸面由滑動(dòng)摩擦改成滾動(dòng)摩擦(見“一種推靠傳力裝置，專利號(hào):ZL01247024.4”)，但其開放式的工作形態(tài)沒有改變，與生俱來的安全隱患并未得到根除。
[0005]此外，由于作用力絕大部分來自重力，隨著套管井斜度的增加，能量的衰減加大，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)將無法正常設(shè)施作業(yè)。再者，提升重錘的直線電機(jī)也由于自身?xiàng)l件的限制，不僅能耗大(功率8KW左右，要求三相AV380V高壓電源)，同時(shí)也帶來整體尺寸的增大(儀器長達(dá)5.5米)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，提高設(shè)備可靠性，徹底消除震源可能卡在井下的安全隱患，同時(shí)適應(yīng)了大斜度水平井測井的需求，降低了能耗。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]—種適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，包括外殼、電機(jī)、減速器、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、撥桿、底座、擋塊、扭桿、擺錘、砧桿、傳動(dòng)桿、拉簧和彈簧偏心器；所述電機(jī)、減速器、主動(dòng)齒輪依次通過所述傳動(dòng)桿連接；所述主動(dòng)齒輪與所述從動(dòng)齒輪內(nèi)嚙合；所述從動(dòng)齒輪和所述底座上對(duì)應(yīng)的部分具有半圓形槽孔，相對(duì)形成圓形槽孔，所述撥桿插入圓形槽孔中；所述撥桿具有與底座外緣弧度相對(duì)應(yīng)的弧形缺口 ；所述撥桿通過所述拉簧與所述底座連接；所述底座與所述扭桿之間通過鍵連接；所述擋塊固定在所述外殼上；所述扭桿穿過擺錘的一端與外殼固定連接，所述擺錘與扭桿固定連接；所述砧桿插入外殼的缺口中與外殼固定連接；所述彈簧偏心器(14)設(shè)置在與砧桿(11)相對(duì)的一側(cè)，與外殼固定連接。在上述技術(shù)方案中，所述扭桿外面空套一扭管，通過花鍵將扭桿和扭管緊固相連。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述底座與所述扭桿之間為鍵連接。[0010]在上述技術(shù)方案中，所述扭桿與所述擺錘之間為鍵連接。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述扭桿直徑為10?12mm，長度為2.5?3.5m。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述砧桿與外殼之間采用徑向和端面密封。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述擋塊安裝在外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)接套上，沿外殼軸向可調(diào)節(jié)位置。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述電機(jī)采用單個(gè)直流電機(jī)。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述砧桿具有環(huán)槽，與所述外殼的缺口上的環(huán)形突起相配合，所述砧桿通過螺栓與所述外殼固定。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述彈簧偏心器包括兩個(gè)連接頭和彈性鋼板，所述連接頭與所述外殼固定連接，所述彈性鋼板兩端分別與所述連接頭固定連接。
[0017]本發(fā)明具有如下特點(diǎn):
[0018]1、可靠性安全性得到極大提升。本發(fā)明為全密閉結(jié)構(gòu)，通過外殼將內(nèi)部結(jié)構(gòu)密封，可以靠彈簧偏心器將砧桿貼住井壁，以彈性接觸取代了剛性接觸，因此任何情況下都不可能卡死在井中。
[0019]2、由于不依賴于重力作為作用力，可用于任意斜度的水平井。
[0020]3、由于使用了扭桿，相比于其他彈簧結(jié)構(gòu)其單位體積的變形能最大，因而本發(fā)明具有體積小的特點(diǎn)。
[0021]4、本發(fā)明相對(duì)于井壁的施力點(diǎn)只有一處(砧桿處)，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的重錘式震源的三處受力方式，能量的傳遞更為集中有效
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源中擺錘未撞擊站桿狀態(tài)下齒輪與底座、扭桿結(jié)構(gòu)不意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源中擺錘撞擊砧桿狀況下齒輪與底座、扭桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的擺錘和砧桿的位置關(guān)系示意圖。
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的站'桿和外殼位直關(guān)系不意圖。
[0027]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的彈簧偏心器與外殼連接關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0029]實(shí)施例1
[0030]—種適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，包括外殼1、電機(jī)2、減速器3、主動(dòng)齒輪4、從動(dòng)齒輪5、撥桿6、底座7、擋塊8、扭桿9、擺錘10、砧桿11、傳動(dòng)桿12、拉簧13和彈簧偏心器14 ；電機(jī)2、減速器3、主動(dòng)齒輪4依次通過傳動(dòng)桿12連接；主動(dòng)齒輪4與從動(dòng)齒輪5內(nèi)嚙合；從動(dòng)齒輪5和底座7上對(duì)應(yīng)的部分具有半圓形槽孔，相對(duì)形成圓形槽孔，撥桿6插入圓形槽孔中；撥桿6具有與底座外緣弧度相對(duì)應(yīng)的弧形缺口 ；撥桿6通過拉簧13與底座7連接；底座7與扭桿9之間通過鍵連接；擋塊8固定在外殼I上；扭桿9與擺錘10固定連接；扭桿9穿過擺錘10的一端固定在外殼I上。扭桿9與擺錘10之間通過花鍵連接。扭桿9直徑為12mm，長度為3.5m。砧桿11具有環(huán)槽，與外殼I的缺口上的環(huán)形突起相配合，并且砧桿11還通過螺栓與外殼I固定。擋塊8安裝在外殼I內(nèi)的轉(zhuǎn)接套上，沿外殼I軸向可調(diào)節(jié)位置。電機(jī)2采用單個(gè)直流電機(jī)。彈簧偏心器14包括兩個(gè)連接頭15和彈性鋼板16，連接頭15與外殼I固定連接，彈性鋼板16兩端分別與連接頭15固定連接。所述彈簧偏心器14設(shè)置在與站桿11相對(duì)的一側(cè)，將站桿11推靠向井壁。
[0031]由電機(jī)2通過減速器3提供動(dòng)力，扭矩通過主動(dòng)齒輪4傳遞給從動(dòng)齒輪5，再通過從動(dòng)齒輪5、撥桿6和底座7的共同作用傳遞給扭桿9 ;撥桿6里側(cè)裝有拉簧13，初始狀態(tài)下靠一端固定在底座7上的拉簧13的彈性力將撥桿6拉向里側(cè),卡在從動(dòng)齒輪5和底座7之間，使從動(dòng)齒輪5和底座7在主動(dòng)齒輪4的帶動(dòng)下共同轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著從動(dòng)齒輪5、底座7和撥桿6的轉(zhuǎn)動(dòng)，撥桿6將受到擋塊8的作用，撥桿6從接觸擋塊8后開始逐漸發(fā)生自轉(zhuǎn)，當(dāng)撥桿6上的圓弧缺口轉(zhuǎn)至與底座7的外緣弧度相吻合時(shí)撥桿6將不再帶動(dòng)底座7轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)齒輪5與底座7脫開空轉(zhuǎn)，扭桿9此時(shí)釋放，擺錘10反向轉(zhuǎn)動(dòng)，與砧桿11完成撞擊。
[0032]實(shí)施例2
[0033]—種適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，包括外殼1、電機(jī)2、減速器3、主動(dòng)齒輪4、從動(dòng)齒輪5、撥桿6、底座7、擋塊8、扭桿9、擺錘10、砧桿11、傳動(dòng)桿12、拉簧13和彈簧偏心器14 ；電機(jī)2、減速器3、主動(dòng)齒輪4依次通過傳動(dòng)桿12連接；主動(dòng)齒輪4與從動(dòng)齒輪5內(nèi)嚙合；從動(dòng)齒輪5和底座7上對(duì)應(yīng)的部分具有半圓形槽孔，相對(duì)形成圓形槽孔，撥桿6插入圓形槽孔中；撥桿6具有與底座外緣弧度相對(duì)應(yīng)的弧形缺口 ；撥桿6通過拉簧13與底座7連接；底座7與扭桿9之間通過鍵連接；擋塊8固定在外殼I上；扭桿9與擺錘10固定連接；扭桿9穿過擺錘10的一端固定在外殼I上。扭桿9與擺錘10之間通過花鍵連接。所述扭桿9采用組合扭桿的形式，既在扭桿9外面空套一扭管，一端通過花鍵將兩者緊固相連。此時(shí)扭轉(zhuǎn)變形能不再由單根扭桿9產(chǎn)生，而是由扭桿9和扭管共同提供。采用這種方式的最大好處是在保證能量不改變的前提下，可使長度尺寸得到大幅縮減，因此采用組合扭桿形式的扭桿9 (包括了扭管)的直徑為10mm，長度為2.5m。砧桿11具有環(huán)槽，與與外殼I的缺口上的環(huán)形突起相配合，并且砧桿11還通過螺栓與外殼I固定。擋塊8安裝在外殼I內(nèi)的轉(zhuǎn)接套上，沿外殼I軸向可調(diào)節(jié)位置。電機(jī)2采用單個(gè)直流電機(jī)。彈簧偏心器14包括兩個(gè)連接頭15和彈性鋼板16，連接頭15與外殼I固定連接，彈性鋼板16兩端分別與連接頭15固定連接。所述彈簧偏心器14設(shè)置在與砧桿11相對(duì)的一側(cè)，將砧桿推靠向井壁。由電機(jī)2通過減速器3提供動(dòng)力，扭矩通過主動(dòng)齒輪4傳遞給從動(dòng)齒輪5，再通過從動(dòng)齒輪5、撥桿6和底座7的共同作用傳遞給扭桿9 ;撥桿6里側(cè)裝有拉簧13，初始狀態(tài)下靠一端固定在底座7上的拉簧13的彈性力將撥桿6拉向里側(cè)，卡在從動(dòng)齒輪5和底座7之間，使從動(dòng)齒輪5和底座7在主動(dòng)齒輪4的帶動(dòng)下共同轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著從動(dòng)齒輪5、底座7和撥桿6的轉(zhuǎn)動(dòng)，撥桿6將受到擋塊8的作用，撥桿6從接觸擋塊8后開始逐漸發(fā)生自轉(zhuǎn)，當(dāng)撥桿6上的圓弧缺口轉(zhuǎn)至與底座7的外緣弧度相吻合時(shí)撥桿6將不再帶動(dòng)底座7轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)齒輪5與底座7脫開空轉(zhuǎn),扭桿9此時(shí)釋放,擺錘10反向轉(zhuǎn)動(dòng)，與站桿11完成撞擊。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)中的重錘式震源相比，本發(fā)明可靠性安全性得到極大提升。由于重錘式的主要工作件屬開放結(jié)構(gòu)，受惡劣環(huán)境、零件加工材料處理誤差及使用過程中磨損變形等因素的影響，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)意外都會(huì)帶來難以預(yù)料的后果。而本發(fā)明為全密閉結(jié)構(gòu)，靠彈簧偏心器將傳力砧桿貼住井壁，以彈性接觸取代了剛性接觸，因此任何情況下都不可能卡死在井中。
[0035]本發(fā)明由于其作用力來源并不依賴于重力，而依靠扭桿產(chǎn)生的扭矩，因此可用于任意斜度的水平井。
[0036]本發(fā)明耗能低，由于使用的單個(gè)直流電機(jī)的功率僅250W左右，而現(xiàn)有技術(shù)中的重錘式采用三相AV380V高壓電源，再轉(zhuǎn)換成1000AV高壓后供直線電機(jī)使用，功率達(dá)到8KW左右，直線電機(jī)的效率不高，工作一段時(shí)間后便明顯發(fā)熱，此外還需額外增加一個(gè)推靠電機(jī)。
[0037]本發(fā)明的扭桿在本質(zhì)上屬于一種彈簧，而在各種形式的彈簧中，其單位體積的變形能最大，因而本發(fā)明具有體積小的特點(diǎn)，總長度僅2.5-3.5m,較重錘式的5.5m短了許多。
[0038]本發(fā)明相對(duì)于井壁的施力點(diǎn)只有一處，能量的傳遞更為集中有效。而重錘式受制于結(jié)構(gòu)限制，施力點(diǎn)為三處，由于能量傳遞和接受過程具有方向性，因此只有三分之一左右的能量得到有效利用，其余一多半的能量被白白浪費(fèi)掉了。加上重錘落下后，在依靠斜面轉(zhuǎn)換成有效的水平分力的同時(shí)，還有一部分垂直分力同樣無法利用而損耗掉，所以盡管在總的能量指標(biāo)上與本發(fā)明數(shù)值相近，但就能量利用的效率而言，兩者存在明顯的差距。
[0039]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，由此也帶來制造成本的大幅降低。
[0040]最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本材料的技術(shù)實(shí)施方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，其特征在于:包括外殼(I)、電機(jī)(2)、減速器(3)、主動(dòng)齒輪(4)、從動(dòng)齒輪(5)、撥桿(6)、底座(7)、擋塊(8)、扭桿(9)、擺錘(10)、砧桿(11)、傳動(dòng)桿(12)、拉簧(13)和彈簧偏心器(14);所述電機(jī)(2)、減速器(3)、主動(dòng)齒輪(4)依次通過所述傳動(dòng)桿(12)連接；所述主動(dòng)齒輪(4)與傳動(dòng)桿(12)間固定連接；所述主動(dòng)齒輪(4)與所述從動(dòng)齒輪(5 )內(nèi)嚙合；所述從動(dòng)齒輪(5 )和所述底座(7 )上對(duì)應(yīng)的部分具有半圓形槽孔，相對(duì)形成圓形槽孔，所述撥桿(6)插入圓形槽孔中；所述撥桿(6)具有與底座(7)外緣弧度相對(duì)應(yīng)的弧形缺口 ；所述撥桿(6)通過所述拉簧(13)與所述底座(7)連接；所述底座(7)與所述扭桿(9)之間固定連接；所述擋塊(8)固定在所述外殼(I)上；所述扭桿(9)穿過擺錘(10)的一端與外殼(I)固定連接，所述擺錘(10)與扭桿(9)固定連接；所述砧桿(11)插入外殼(I)的缺口中與外殼(I)固定連接；所述彈簧偏心器(14)設(shè)置在與站桿(11)相對(duì)的一側(cè)，與外殼(I)固定連接。
2.如權(quán)利要求1所述的適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，其特征在于:所述扭桿(9)外面空套一扭管，通過花鍵將扭桿(9)和扭管緊固相連。
3.如權(quán)利要求1所述的適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，其特征在于:所述底座(7)與所述扭桿(9)之間為鍵連接。
4.如權(quán)利要求1所述的適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，其特征在于:所述扭桿(9)與所述擺錘(10)之間為鍵連接。
5.如權(quán)利要求1所述的適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，其特征在于:所述扭桿(9)直徑為10?12mm,長度為2.5?3.5m。
6.如權(quán)利要求1所述的適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，其特征在于:所述砧桿(11)與外殼(I)之間采用徑向和端面密封。
7.如權(quán)利要求1所述的適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，其特征在于:所述擋塊(8 )安裝在外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)接套上，沿外殼軸向可調(diào)節(jié)位置。
8.如權(quán)利要求1所述的適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，其特征在于:所述電機(jī)(2 )采用單個(gè)直流電機(jī)。
9.如權(quán)利要求1所述的適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，其特征在于:所述砧桿(11)具有環(huán)槽，與所述外殼(I)的缺口上的環(huán)形突起相配合，所述砧桿(11)通過螺栓與所述外殼(I)固定。
10.如權(quán)利要求1所述的適用于任意斜度套管井的扭桿式井下震源，其特征在于:所述彈簧偏心器(14)包括兩個(gè)連接頭(15)和彈性鋼板(16)，所述連接頭(15)與所述外殼(I)固定連接，所述彈性鋼板(16)兩端分別與所述連接頭(15)固定連接。
【文檔編號(hào)】G01V1/143GK103616718SQ201310573286
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】王迎曦 申請(qǐng)人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)測井有限公司