多臂機械推靠器和石油測井儀器的製作方法

2023-06-25 01:05:01

本發明總地涉及石油測井儀器，更具體地涉及用於石油測井儀器的多臂機械推靠器，例如六臂機械推靠器。

背景技術：

典型的帶有貼壁測量極板的石油測井儀器是微電阻率掃描成像儀器，此類儀器探頭需要通過多壁推靠器將多個測量極板推至緊貼井壁的位置，測量極板中的傳感器將地層參數信息以耦合的電信號的形式傳送給電子線路部分進行處理，最後由計算機對採集的信號進行插值，復現等處理成直觀的圖像，作為地層地質解釋人員分析的依據。

石油測井行業中應用的多臂推靠器種類很多，較為流行的分類方式為按照驅動方式、推靠執行機構或者推靠器的用途進行區分。按照驅動方式的不同有機械式電機驅動和液壓馬達液力驅動；按照包含的推靠執行機構的不同分為平行四邊形機構推靠和非平行四邊形機構推靠；按照用途分為井徑測量、緊貼井壁和居中測量等幾類。機械式平行四邊形六臂推靠器因其結構簡單，控制容易，維修便利等，是目前一種比較成熟的多臂推靠器。其特點是通過電機驅動推盤，將多個貼壁極板（例如六個）平行於測井儀器軸線推至貼緊井壁進行測量，推靠器本身具有使測井儀器扶正居中的功能。

六臂推靠器的測量極板分為上下兩組，每組三塊。如果極板長度過長，而推靠主臂位於同一儀器高度上，則帶動下面一組極板的平行四邊形機構剛度因為加長連接杆的存在而降低，直接影響推靠力有效傳導到極板上。

常用的六臂機械推靠器使用摩擦係數小，傳動效率高的滾珠絲槓傳動，配有離合器進行反向鎖緊制動保護。但是這種結構只適用於極板組重量不夠大的情況下。當這種結構用在掛接長、大，重的測量極板的工況下，浸泡在液壓油中的離合器容易打滑，反向自鎖功能失效，所有測量極板在失重狀態下砸向儀器主基體，引發安全事故。

常用的推力杆密封結構為密封圈安裝在推力杆上，這樣密封圈會隨著推力杆往復運動而運動，容易磨損，降低可靠性，同時更換密封圈時需將儀器外殼拆卸，然後拆卸推力杆更換密封圈。

因此，需要改進這種多臂機械推靠器。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供一種用於石油測井儀器的多臂機械推靠器，其包括：多個大致平行四邊形臂機構；動力機構；動力轉換機構，用於將來自所述動力機構的旋轉運動轉換為往復直線運動；動力傳動機構，其分別與所述動力轉換機構和所述多個大致平行四邊形臂機構連接，以在展開位置和收起位置之間驅動所述多個大致平行四邊形臂機構；所述動力傳動機構包括推力盤，所述推力盤沿其周向交替地布置沿所述石油測井儀器的軸線延伸的長推力杆和短推力杆，所述長推力杆和短推力杆每一個的上端部安裝到所述推力盤上，並且下端部連接到所述多個大致平行四邊形臂機構的對應一個，從而分別形成長傳動鏈和短傳動鏈。

短傳動鏈驅動位於上部的測量極板，而長傳動鏈驅動位於下部的測量極板。

在一種優選的實施方式中，與所述短傳動鏈相連的平行四邊形臂機構包括：寬主臂，所述寬主臂的一個端部分別鉸接連接所述短推力杆和所述石油測井儀器的主體，形成第一鉸接點；測量極板,所述測量極板的上端部與所述寬主臂的另一端部鉸接連接，形成第二鉸接點；極板連接管，所述極板連接管的上端部連接到所述測量極板的下端部，使得所述極板連接管能夠相對於所述測量極板同軸心地旋轉，但不產生軸向相對位移；以及副臂，所述副臂的一個端部通過副臂掛耳鉸接連接所述極板連接管的下端部，形成第三鉸接點，並且所述副臂的另一個端部鉸接連接到所述石油測井儀器的主體，形成第四鉸接點。

進一步地，所述極板連接管經由螺紋可調節地連接所述副臂掛耳。

在一種優選的實施方式中，與所述長傳動鏈相連的平行四邊形臂機構包括：窄主臂，所述窄主臂的一個端部分別鉸接連接所述長推力杆和所述石油測井儀器的主體，形成第一鉸接點；矩形連杆，所述矩形連杆的上端部鉸接連接所述窄主臂的另一個端部，形成第二鉸接點；極板連接管，所述極板連接管的上端部可調節地連接到所述矩形連杆的下端部；測量極板，所述測量極板的上端部連接到所述極板連接管的下端部，使得所述極板連接管能夠相對於所述測量極板同軸心地旋轉，但不產生軸向相對位移；以及副臂，所述副臂的一個端部通過副臂掛耳鉸接連接所述測量極板的下端部，形成第三鉸接點，並且所述副臂的另一個端部鉸接連接所述石油測井儀器的主體，形成第四鉸接點。

將主臂分為寬窄兩種，交錯排列於測井儀器的兩個高度。這樣下移的窄主臂可以縮短所需要的連接杆長度。

進一步地，所述矩形連杆具有大致矩形截面，沿所述矩形連杆的整個長度在其底部形成矩形槽，所述矩形連杆的上端部設有銷通孔，用於鉸接連接所述窄主臂，所述矩形連杆的下端部設有螺紋，使得連接所述極板連接管的螺紋長度能夠調節。

矩形連接杆代替小徑圓連接杆，增大了橫截面積，從而增強相應的平行四邊形臂機構。

在一種優選的實施方式中，所述動力轉換機構包括梯形絲槓和在所述梯形絲槓上可直線移動的螺母，所述推力盤固定連接到所述螺母。

進一步地，所述梯形絲槓具有低螺旋角。

這種梯形絲槓傳動具有自鎖功能，反向制動可靠，傳動更加平穩。

在一種優選的實施方式中，所述長推力杆和短推力杆每一個的下端部均設有密封組件，所述密封組件包括密封套，所述密封套套在所述下端部上，位於每個推力杆與所述石油測井儀器的主體之間；固定蓋，所述固定蓋將所述密封套軸向固定在每個推力杆與所述石油測井儀器的主體之間；內密封圈，用於在每個推力杆與所述密封套之間形成密封；以及外密封圈，用於在所述密封套與所述石油測井儀器的主體之間形成密封。

這種推力杆密封結構便於安裝拆卸和維修。另外，在推力杆運動的時候，密封圈是靜止的，因此減少了往復運動造成的磨損損傷，提高了密封的可靠性。

進一步地，所述密封套朝外的一端設有用於拆卸的環形槽。

在一種優選的實施方式中，所述螺母通過三根徑向均勻分布的連杆固定連接所述推力盤。

優選地，在所述推力盤與每個推力杆之間均設有緩衝裝置。

優選地，所述動力機構包括電機，例如直流電機。

優選地，所述多個大致平行四邊形臂機構為六個大致平行四邊形臂機構。

優選地，所述短推力杆經由中間連接杆鉸接連接所述寬主臂。

優選地，所述長推力杆經由中間連接杆鉸接連接所述窄主臂。

附圖說明

參考附圖，下面將更詳細地描述本發明的優選實施方式，其中：

圖1為根據本發明的一個優選實施例的多臂機械推靠器的剖面示意圖；

圖2為根據本發明的一個優選實施例的動力傳動機構的剖面示意圖；

圖3為本發明的一個優選實施例的推力杆密封結構的剖面示意圖；

圖4為圖3所示的推力杆密封結構的局部放大剖面示意圖；

圖5為根據本發明的一個優選實施例的平行四邊形臂機構的剖面示意圖；

圖6為根據本發明的一個優選實施例的矩形連杆的立體示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的實施方式作進一步詳細的描述，其中，相同的附圖標記表示相同或相似的元件。

圖1為用於石油測井儀器的多臂推靠器的結構示意圖，多臂推靠器總地由附圖標記1表示。

該多臂推靠器1包括外殼11，優選地是空心的金屬管，內部絕大部分空間充滿液壓油實現壓力平衡，主要是保護其它關鍵零件不受井下環境的侵蝕和影響。

在該外殼11內設有動力機構，動力轉換機構和動力傳動機構。

參考圖1，在一個優選實施例中，動力機構為電機12，例如直流電機。動力轉換機構是由螺母16和梯形絲槓17組成的螺旋副。動力傳動機構包括推力盤110，推力盤110沿其周向交替地布置沿石油測井儀器的軸線延伸的多個長推力杆112和多個短推力杆111，例如三個長推力杆112和三個短推力杆111，該長推力杆和短推力杆每一個的上端部安裝到推力盤110上，並且下端部連接到所述多個大致平行四邊形臂機構的對應一個，從而形成短傳動鏈和長傳動鏈。

相應地，推力盤110上面開有六個推力杆孔，用於接納相應的三個短推力杆111和三個長推力杆112。因此，存在六個平行四邊形臂機構，與三個短推力杆111連接的平行四邊形臂機構形成上組，而與三個長推力杆112連接的平行四邊形臂機構形成下組，上組平行四邊形臂機構和下組平行四邊形臂機構沿著石油測井儀器的軸線處於不同的高度。

電機12經由連接軸13、扭矩限制器14和軸承15連接到梯形絲槓17。電機能夠通過連接軸13驅動梯形絲槓17旋轉，而梯形絲槓17的旋轉則驅動螺母16在梯形絲槓17上進行直線移動。具有自鎖功能的低螺旋角的絲槓17和螺母16組成的螺旋副代替滾珠絲槓與離合器的組合，提高了石油測井儀器的安全可靠性。絲槓17的螺紋選擇為高強度的梯形螺紋，大大提高絲槓17的強度。

如圖2所示，螺母16與推力盤110之間通過三根徑向均勻分布的連杆18剛性地固定在一起，例如利用螺釘21，使得兩者具有同步的往復直線運動。

推力杆111，112和推力盤110之間均裝有緩衝裝置，例如碟簧組19，碟簧組19中的碟簧除了緩衝電機傳動過來的動力外還可以允許推力杆在測量過程中隨著井徑的大小前移或者後退。

如圖3所示，推力杆111，112每一個的下端部都設有密封組件31。

如圖4所示，密封組件包括密封套41，該密封套套在每個推力杆111，112的下端部上，位於每個推力杆與石油測井儀器的主體之間；固定蓋44，該固定蓋44頂住密封環41的下端面，從而將密封套41軸向固定在每個推力杆與石油測井儀器的主體之間；內密封圈42，用於在每個推力杆與密封套41之間形成密封；以及外密封圈43，用於在密封套41與石油測井儀器的主體之間形成密封。相應地，密封套41的外表面和內表面上均設有環形槽，分別用於容納外密封圈43和內密封圈42。

優選地，密封套41朝外的一端設有用於拆卸的環形槽46。

優選地，固定蓋44可以方便地單獨從石油測井儀器上拆卸下來的。更換密封圈的時候只要拆卸該固定蓋，用工具卡住密封套41的尾部的環形槽46向外拉，就可以將密封套41拆下。這種結構在推力杆做往復運動的工況下，密封套41與其上面的密封圈42和43保持靜止狀態，減少了摩擦磨損，提高了密封圈的壽命。

返回參考圖1，短推力杆111的下端部通過銷子與中間連接杆113a的上端部連接。中間連接杆113a的下端部則連接到相應的平行四邊形臂結構。

相應地，長推力杆112的下端部通過銷子與中間連接杆113b的上端部連接，而中間連接杆113b的下端部則連接到相應的平行四邊形臂結構。

圖5示出分別與短傳動鏈和長傳動鏈相連的上平行四邊形臂結構10a和下平行四邊形臂結構10b。

如圖5所示，上平行四邊形臂結構10a與中間連接杆113a的下端部相連。

在一個優選實施方式中，上平行四邊形機構10a包括寬主臂115，測量極板117a，極板連接管119a，副臂掛耳121和副臂120a。

寬主臂115的一個端部通過銷子32a（見圖3）與石油測井儀器的主體連接，同時，該端部上還設有剛性固定的主臂螺釘114a，中間連接杆113a的下端部通過銷子與該主臂螺釘114a連接，從而形成第一鉸接點32。寬主臂115的另一個端部通過銷子51a（見圖5）與測量極板117a的上端部連接，從而形成第二鉸接點51。極板連接管119a的上端部連接到測量極板117a的下端部，其中，該極板連接管119a能夠相對於測量極板117a繞相同軸心旋轉，但不產生軸向相對位移。極板連接管119a的下端部通過螺紋與副臂掛耳121連接，並且與副臂掛耳121的連接螺紋長度能夠調節。副臂120a的一個端部通過副臂掛耳121鉸接連接極板連接管119a的下端部，形成第三鉸接點52，並且副臂120a的另一個端部鉸接連接到石油測井儀器的主體，形成第四鉸接點53。

在使用的時候通過活動扳手能夠調節極板連接管119a與副臂掛耳121的螺紋連接長度，直到第二、第三鉸接點51，52之間的距離與第一、第四鉸接點32、53之間的距離相等時，這樣就變成一個平行四邊形臂結構。

當推力盤110沿著石油測井儀器的軸線向下運動時，碟簧組19的位於推力盤110下部的碟簧被壓縮產生推力，碟簧推力推動短推力杆111向下運動，而短推力杆111則帶動中間連接杆113a下移，中間連接杆113a接著帶動主臂螺釘114a和寬主臂115繞著銷子32a向外翻轉，與寬主臂115相連接的測量極板117a被推向井壁進行測量。

反之，當推力盤110沿著石油測井儀器的軸線向上運動時，碟簧組19的位於推力盤110上部的碟簧被壓縮產生拉力，碟簧拉力拉動短推力杆111向上運動，短推力杆111帶動中間連接杆113a上移，中間連接杆113a接著帶動主臂螺釘114a和寬主臂115繞著銷子32a向內翻轉，與寬主臂相連接的測量極板117a被拉回至石油測井儀器的主體上，收緊後停止測量。

繼續參考圖5，在一個優選實施方式中，下平行四邊形臂結構10b包括窄主臂116，矩形連杆118，極板連接管119b，測量極板117b，副臂掛耳122和副臂120b。

窄主臂116的一個端部通過銷子33b（見圖3）與石油測井儀器的主體連接，同時，該端部上還設有剛性固定的主臂螺釘114b，中間連接杆113b的下端部通過銷子與該主臂螺釘114b連接，從而形成第一鉸接點33。矩形連杆118的上端部通過銷子54b（圖5）鉸接連接窄主臂116的另一個端部，形成第二鉸接點54。矩形連杆118通過螺紋與極板連接管119b的上端部連接。測量極板117b的上端部固定地連接到極板連接管119b的下端部，使得極板連接管119b能夠相對於測量極板117b同軸心地旋轉，但不產生軸向相對位移。副臂120b的一個端部通過副臂掛耳122鉸接連接測量極板117b的下端部，形成第三鉸接點55，並且副臂120b的另一個端部鉸接連接石油測井儀器的主體，形成第四鉸接點56。

在使用時，通過活動扳手調節極板連接管119b與矩形連杆118的螺紋連接的長度，直到第二、第三接點54，55之間的距離與第一、第四鉸接點33、56之間的距離相等，這樣就變成一個平行四邊形臂機構。

當推力盤110沿著石油測井儀器的軸線向下運動時，碟簧組19的位於推力盤110下部的碟簧被壓縮產生推力，碟簧推力推動長推力杆112向下運動，長推力杆112帶動中間連接杆113b下移，中間連接杆113b接著帶動主臂螺釘114b和窄主臂116繞著銷子33b向外翻轉，窄主臂116的另一端部通過固接的矩形連杆118和極板連接管119b將測量極板117b推向井壁進行測量。

反之，當推力盤110沿著石油測井儀器的軸線向上運動時，碟簧組19的位於推力盤110上部的碟簧被壓縮產生拉力，碟簧拉力拉動長推力杆112向上運動，長推力杆112帶動中間連接杆113b上移，中間連接杆113b接著帶動主臂螺釘114b和窄主臂116繞著銷子33b向內翻轉，窄主臂116的另一端部通過固接的矩形連杆118和極板連接管119b將測量極板117b拉向儀器主體，停止測量。

圖6示出矩形連杆118的一個優選實施例。如圖所示，矩形連杆118具有大致矩形橫截面65。沿該矩形連杆的整個長度在其底部形成矩形槽62。矩形連杆118的上端部設有銷通孔63，用於鉸接連接窄主臂116，而下端部則設有螺紋61，使得連接極板連接管119b的螺紋長度能夠被調節。另外，在矩形連杆118的側面，位於螺紋61的末端還設有沉頭螺釘槽64，用於接納沉頭螺釘，固定確定的螺紋連接長度。這種矩形橫截面在狹窄空間內在儀器的鏡像方向延長了連接杆的尺寸，提高了抗彎強度，從而提供增強的平行四邊形臂結構。

作為本發明的另一方面，還公開一種石油測井儀器，其結合了上述的多臂推靠器，例如六臂推靠器。

記住這些示例以及本文所公開的其他實施方式之後，本領域技術人員將認識到本發明的其他特徵和優勢。因此，要理解的是，本發明不局限於所公開的具體實施方式，並且所述修改和其他實施方式旨在被包括在本發明的範圍內。當然，本發明不由前述公開限制，相反僅由所附權利要求書及其法律等同物來限制。