一种环形可拆卸橡胶探头推靠器的制作方法

1.本发明涉及井下石油测量领域，特别是涉及一种垂直驱动推靠臂与井壁接触以提高支撑力的环形可拆卸橡胶探头推靠器。


背景技术：

2.随着石油行业的发展，石油开采勘探技术也不断更新，地层取样仪器一直是石油勘探领域中勘探设备的一个重要组成部分，其用于测量当前钻井的各种数据，如倾斜度。而地层取样仪器一般安装在能够随时在井下指定位置支撑停留的推靠器上。
3.目前推靠器的推靠臂，无论推靠臂的数量是多少，多是采用由主臂、极板、副臂构成的连杆结构，主臂、极板、副臂在受到推力后，由主基体上展开，与主基体一起形成平行四边行，但受限于其支撑原理，主臂的张开角度一般小于90度，这样才能适应不同井径的油井，展开后的推靠臂将极板挤压支撑在井壁上，然后进行相应的测量或采样工作。
4.但是由于主臂、极板、副臂构成的平行结构是顺着重力方向展开，其与井壁之间的摩擦力不足，这就导致支撑基础不稳定，极板容易在井下液体摩擦力的影响下滑动，影响测量效果。
5.此外，由于主臂、极板、副臂张开后的角度是倾斜的平行四边形，主基体上施加至主臂上的推力不同完全传递至极板上，而是有一个水平的分力，而受限于主基体的体积，其施加的推力也有上限，这样就使极板最终承受的推力下降，进而影响了整个推靠器的支撑稳定性。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种垂直驱动推靠臂与井壁接触以提高支撑力的环形可拆卸橡胶探头推靠器。
7.具体地，本发明提供一种环形可拆卸橡胶探头推靠器，包括：
8.机体，为柱状，内部设置有高压输出油路和高压收缩油路；
9.推靠臂，包括多个对称分布在机体外圆周上的极板，每个极板分别通过垂直于机体的活塞杆活动安装在机体上，在机体上设置有容纳活塞杆的活塞腔，活塞腔分别与高压输出油路和高压收缩油路连通；
10.采样管，一端与极板连接，另一端通过机体内的采样腔与机体内的采样通道连通。
11.本发明通过高压液压油直接推动活塞杆以垂直井壁的方式与井壁接触，能够使高压输出油路中的高压液压油压力直接由所有极板均匀分担后作用到井壁上，不会产生干扰力，能够大大提高支撑推力，使推靠器稳定的地停留在支撑位置，实现更好的采样效果。通过调整高压液压油的压力大小可控制极板与井壁的接触压力大小。
12.整个推靠方式采用活塞杆结构，只需要施加对应的高压液压油即可实现伸缩动作，既减少了连接结构，也使得维护和控制更容易；同时通过施加垂直作用力的方式，不会产生其它分散力，因此施加到井壁上的压力更大，更稳定。利用高压输出油路和高压收缩油
路分别同时控制所有的活塞杆同步动作，使各极板能够均匀承担高压液压油的压力，简化了控制过程，相应减少了故障率，同时也降低了制作成本。
附图说明
13.图1是本发明一个实施方式的推靠器支撑状态示意图；
14.图2是本发明一个实施方式的推靠器侧面展开状态示意图；
15.图3是本发明一个实施方式的采样管采样过程示意图；
16.图4是本发明一个实施方式的推靠器活塞杆错开布置的结构示意图；
17.图5是本发明一个实施方式的推靠器安装四个极板的结构示意图；
18.图6是本发明一个实施方式的推靠器四个极板展开状态侧面示意图；
19.图7是图6中推动活塞杆和收缩活塞杆的剖视图及油路和采样控制原理示意图；
20.图8是本发明一个实施方式的b组极板展开状态的示意图；
21.图9是图8中推动活塞杆和收缩活塞杆的剖视图及油路和采样控制原理示意图；
22.图10是本发明一个实施方式的极板结构示意图。
具体实施方式
23.以下通过具体实施例和附图对本方案的具体结构和实施过程进行详细说明。
24.如图1所示，在本发明的一个实施方式中，公开一种环形可拆卸橡胶探头推靠器，该推靠器可与主基体进行连接，以使推靠器能够在井下实现支撑停留。具体的推靠器包括机体10，推靠臂和采样管40。
25.该机体10为柱状，其可通过一端与主基体的前进端连接，以作为一个独立的可拆卸部件，如图2所示，在机体10内部设置有高压输出油路11和高压收缩油路12，高压输出油路11和高压收缩油路12分别用于输送高压液压油，以驱动推靠臂实现伸缩；机体10与主基体连接后，高压输出油路11和高压收缩油路12可分别与主基体内部的相应油路连通，且工作过程受主基体上的控制系统控制。
26.该推靠臂包括多个对称分布在机体10外圆周上的极板20，每个极板20分别通过垂直于机体10的活塞杆30活动安装在机体10上，在机体10上设置有容纳活塞杆30的活塞腔13，活塞腔13分别与高压输出油路11和高压收缩油路12连通；高压输出油路11通过高压液压油可推动活塞杆30在机体10上实现伸出效果，当活塞杆30伸出时，即可推动极板20与井壁50接触，从而实现支撑目的。而高压收缩油路12则可在极板20完成支撑目的后，通过施加高压液压油而将液压杆30压回机体10内，进而驱动活塞杆30带动极板20缩回机体10上。
27.如图3所示，该采样管40用于采集井下的样品，其一端与极板20连接，另一端通过机体10内的采样腔41与机体10内的采样通道连通；当机体10与主基体连接后，采样通道与主基体连接的采样泵连通，使采样管40具备相应的抽取压力，采样管40在极板20与井壁50接触后，可通过吸力或井下压力对当前位置处的泥样进行吸取并保存在采样管40中，然后在后期推靠器取出井下后进行分析。具体的采样管40的结构可使用现有技术中的任意一种结构。
28.本实施方式的推靠器在工作时，整个推靠器安装在主基体的最下端，即推靠器下行时的前部，该安装方式可以使推靠器直接在主基体的最底部形成支撑，相应的可在井底
最底部形成支撑，方便上部的各测量仪器测量。
29.机体10与主基体连接后，并使内部的高压输出油路11和高压收缩油路12与主基体内部的相应控制油路连通，连接采样管40的采样通道与主基体内的采样通道43连通。
30.当推靠器下到井下预定位置时，马达控制高压油腔60控制电磁阀a打开，利用高压输出油路11向活塞腔13内供入高压液压油，以推动各活塞杆30向机体10外伸出，活塞杆30伸出后带动极板20同步移动，而极板20移动的同时则带动采样管40同步移动，最终极板20与井壁50接触，并将整个推靠器支撑在当前位置；采样管40此时进行采样，马达通过采样通道43对各采样管40进行采样控制，与极板20接触位置处的泥样就进入采样管40，通过电磁阀c、d、e分别控制机械阀a、b、c打开，可控制三个采样管40分别向两个采样筒42内注入采样液体；在电磁阀c、d、e的控制下，可使每个采样管40向一个采样筒42中注入液体，也可以实现一个采样管40分别向两个采样筒42中注入液体，即一个采样管40可以分别采样分别存储。
31.完成采样工作后，关断电磁阀a，停止向高压输出油路11供给高压液压油，同时将高压输出油路11与泄压通道连通，然后马达通过高压油腔60向高压收缩油路12输出高压液压油，此时，电磁阀b打开，各活塞杆30在高压液压油的作用下回缩到机体10内部，电磁阀c、d、e控制机械阀a、b、c关闭，活塞杆30的回缩同时带动极板20和采样管40回缩，最终极板20回到机体10外表面的安装槽17中，至此完成支撑过程，然后再控制推靠器在井筒内上行或下行，继续采样或提离井筒。
32.电磁阀f、g用于控制机械阀d、e的通断，以实现采样筒42中的样品的取出。在整个油路上还设置有高压保护的溢流阀61。
33.在支撑过程中，当高压输出油路11输出高压液压油推动活塞杆30向井壁50移动时，高压收缩油路12与泄压通道连通，对高压液压油进行泄压并将泄压后的液压油通过泄压通道回输到主基体的高压油腔60中，以减少活塞杆30的推动阻力；这里的泄压通道可以是一条独立的管道，高压输出油路11和高压收缩油路12共用一根管道，然后由电磁阀进行转换控制。此外，也可以将高压输出油路11和高压收油路12本身作为泄压通道，即在高压输出油路1工作或是高压收缩油路12工作时，对应的另一方就处于回流状态。
34.在各活塞杆30上设置有相应的密封圈，以防止活塞杆30在活塞腔13内移动时出现液压油泄露现象；采样管40与采样腔41之间同样采用由密封圈形成的动静密封结构，使得采样管40在采样腔41中移动时，不会使采集的样品泄露。
35.本实施方式通过高压液压油直接推动活塞杆以垂直井壁的方式与井壁接触，能够使高压输出油路中的高压液压油压力直接由所有极板均匀分担后作用到井壁上，不会产生干扰力，能够大大提高支撑推力，使推靠器稳定的地停留在支撑位置，实现更好的采样效果。通过调整高压液压油的压力大小可控制极板与井壁的接触压力大小。
36.整个推靠方式采用活塞杆结构，只需要施加对应的高压液压油即可实现伸缩动作，既减少了连接结构，也使得维护和控制更容易；同时通过施加垂直作用力的方式，不会产生其它分散力，因此施加到井壁上的压力更大，更稳定。利用高压输出油路和高压收缩油路分别同时控制所有的活塞杆同步动作，使各极板能够均匀承担高压液压油的压力，简化了控制过程，相应减少了故障率，同时也降低了制作成本。
37.如图1、2所示，在本发明的一个实施方式中，提供一种由三个极板20构成的推靠
器，三个极板20在机体10的外圆周上相互间隔120度分布，在推出后，三个极板20由圆周内120度的位置处分别支撑在井壁50上；在机体10上设置与极板20形状对应的安装槽17，使未推出状态下的极板20嵌于机体10上，整个机体10的外圆周形状可保持为圆柱形，方便下井。
38.如图4所示，每个极板20上的活塞杆30对称设置两根，且各极板20的两根活塞杆30在机体10上的安装位置相互错开，即各活塞杆30的活塞腔13位置相互错开，防止相互影响，同时能够简化机体10内部结构制作，只需要使各活塞杆30能够同步动作即可。
39.以三个极板20分别为极板a22、极板b23、极板c24为例，极板a22连接的两根活塞杆30之间的宽度最大，极板b23次之，极板c24最小，每个极板20的两根活塞杆30之间的距离都是同步缩小，即极板b23的两根活塞杆30可落在极板a22的两根活塞杆30之间，极板c24的两根活塞杆30又可落于极板b23的两根活塞杆30之间，在实际机体10上，各极板20的两根活塞杆30在空间上相互错开。采用中心对称设置的结构可以为各极板20提供稳定的压力输出，同时简化设计结构。降低控制难度和成本。
40.进一步地，安装各活塞杆30的各活塞腔13，在位于机体10内的一端分别设置有输出腔14，各输出腔14分别与高压输出油路11连通，在各活塞腔13靠近机体10外圆周的位置处分别设置有与高压收缩油路12连通的收缩腔15。从简化制作方面考虑，每个活塞腔13都是在机体10上设置的贯穿通道，而活塞杆30的整体长度是小于活塞腔13长度的，因此，输出腔14可是活塞腔13的一部分，而远离活塞杆30伸出一端的开口通过密封堵16进行密封，输出腔14由密封堵16和活塞杆30底部之间的空腔形成；而收缩腔15则是通过在活塞杆30上设置相应的内凹槽形成，在内凹槽的两端分别设置有相应的密封圈，以防止高压液压油泄露；而且内凹槽是设置在活塞杆30最大伸出距离后位于活塞腔13内的位置处，不会影响活塞杆30的正常伸缩。
41.通过输出腔14和收缩腔15可以容纳更多的液压油，因此可更快的控制活塞杆30实现伸缩动作。各活塞杆的驱动原理和采样原理可参见前面对图3的说明，这里不再重复。
42.如图5所示，在本发明的一个实施方式中，公开一种由四个极板20构成的推靠器，四个极板20在机体10的外圆周上相互间隔90度方式布置，在展开后四个极板20以相互垂直的方式将整个推靠器支撑在井下，四个极板20同样是通过活塞杆30的驱动实现伸缩。
43.如图6、8所示，四个极板20中，以两个相对的极板20为一组，将四个极板分为a组极板25和b组极板26，同一组中相对的两个极板20的活塞杆30结构相同且对称布置，而两组的活塞杆30驱动结构不同，布置方式不同。即在本实施方式中，同一组中相对的两个极板20的活塞杆30布置方式和驱动方式相同，而两组之间的活塞杆30结构和驱动结构可以不同。
44.以下给出两组活塞杆30驱动方式不同，布置方式不同的例子。以相对的两个极板20为一组，将四个极板20分成a组极板25和b组极板26；如图6所示，其中a组极板25的活塞杆30包括与极板20中部连接的一根推动活塞杆32，和位于推动活塞杆32两侧分别与极板20连接的两根收缩活塞杆33；在机体10上，安装两个对称极板连接的两根推动活塞杆32的活塞腔13为一个贯穿通道，两根推动活塞杆32分别安装在该活塞腔13的两端。
45.图7分别示出了图6中推动活塞杆32的剖视图和收缩活塞杆的剖视图，以及两者的高压液压油连接示意；在两根推动活塞杆32之间的活塞腔13处设置有与高压输出油路11连通的输出腔14。
46.同一极板20连接的两根收缩活塞杆33位置相互错开，两个相对的极板的两根收缩
活塞杆33同样相互错开，即安装与两个相对极板20连接的四根收缩活塞杆33的活塞腔13分别独立，且在机体10上的位置相互错开；在安装各收缩活塞杆33的活塞腔13靠近机体10外圆周的位置处，分别设置有与高压收缩油路12连通的收缩腔15，安装收缩活塞杆33的活塞腔13的另一端通过密封堵13进行封闭。
47.在工作时，高压输出油路11通过马达将高压油腔60中的高压液压油向输出腔14中注入，以同时推动位于该活塞腔13两端的两根推动活塞杆32向外部伸出，进而推动两个极板20与井壁50接触，然后驱动采样管40进行采样，完成采样后，在回缩时，高压输出油路11泄压，然后通过马达将高压油腔60中的高压液压油通过高压收缩油路12注入收缩活塞杆33的收缩腔15中，以同时推动两个相对极板20连接的四根收缩活塞杆33同时收缩，并带动两根推动活塞杆32同时回缩至机体10内，最终将两个极板20和采样管40也回缩至机体10内部，完成支撑动作。在a组极板25的伸缩过程中，由电磁阀a、b控制高压液压油的输入输出转换，同时利用油路上安装的溢流阀61实现高压保护。
48.在本结构下，推动极板20伸出和回缩的活塞杆30虽然分成相互独立工作的推动活塞杆32和收缩活塞杆33，但具体的供油和泄压过程与前述说明的过程相同，这里不再详细说明。此外，前面仅是为了描述方便，表述同一组中的活塞杆30同步动作，未提及另一组的工作状态，但是实际中是a组极板25和b组极板26中的活塞杆30同步动作。
49.进一步的，如图7所示，b组极板26的活塞杆30中，包括分别与同一极板20底面两端连接的四根推动活塞杆34，每端连接两根，以及位于四根推动活塞根34之间的两根收缩活塞杆35；相对的两个极板20连接的四根推动活塞杆34分别安装在同一活塞腔13的两端。
50.图9中分别示出了图8中推动活塞杆34和收缩活塞杆35的剖视图，以及驱动两者的油路示意。在四个活塞腔13的中部设置有与高压输出油路11分别连通的输出腔14；同一极板20的两根收缩活塞杆35的位置相互错开，且两个相对极板20的两根收缩活塞杆的安装位置相互错开；即安装四根收缩活塞杆35分别采用四个活塞腔13，且各活塞腔13之间相互错开。在安装各收缩活塞杆35的活塞腔13靠近机体10的外圆周处，分别设置有与高压收缩油路12连通的收缩腔15。
51.b组极板26相对于a组极板25，是将推动活塞杆34分散成安装在极板20的两端处，采用多根推动活塞杆34，同样是利用主基体上的高压输出油路11向活塞腔13内的输出腔14中注入高压油后，同时推动两端的推动活塞杆34向外伸出，最终将极板20顶在井壁50上，然后利用采样管40进行采样；当采样管40采样完毕后，使输出腔14泄压，然后利用高压收缩油路12对收缩腔15注入高压油，各极板20的收缩活塞杆35即带动推动活塞杆34同时回缩至机体10内，同时将极板20和采样管40缩回机体10，其具体电磁阀a、b、c、d、e、f、g及机械阀a、b、c、d、e的控制通断过程和采样方式与图3中的工作方式相同，这里不再重复。需要注意的是，这里虽然采用a组极板25和b组极板26分别描述的方式，但在实际工作中，两组极板是同步工作的。
52.在本实施方式中，虽然a组极板25和b组极板26的布置方式不同，但是工作方式都是采用相互独立的两组活塞杆30，分别实现极板20的伸出和回缩动作。而极板20承受的同样是垂直压力，其施加至井壁上的也同样是垂直压力，因此，可以在无分力的情况下使承受的压力完全施加至井壁上，大大提高了推靠器的支撑强度，方便了采样过程。
53.在本实施方式中，在a组极板25和b组极板26中，所有的采样管40位置都是相互错
开的，各采样管40同样是分别通过采样腔41与采样通道连接。
54.如图10所示，在本发明的一个实施方式中，极板20远离机体10的一面为外凸的弧形面，以方便与弧形的井壁50贴合，具体的极板20包括带有内凹空腔271的基座27，在基座27的表面安装有橡胶层28，橡胶层28上设置有与内凹空腔271开口形状对应的条形槽281，橡胶层28通过螺栓282固定在基座27上，在内凹空腔271内安装有过滤杂质的筛网29，筛网通过螺栓291固定在橡胶层28的条形槽281上。
55.在基座27朝向机体10的一面设置有与活塞杆30通过螺纹固定的螺纹杆21，螺纹杆21的数量和位置与各极板20的活塞杆30布置方式对应；采样管40穿过基座27后与内凹空腔271连通，以对通过筛网29后进入内凹空间271内的液体进行取样。
56.基座27一般采用金属制作，需要满足一定的支撑强度。橡胶层28可提高与井壁50接触时的摩擦力，同时提供一定的缓冲能力，缓解极板20接触井壁50时的冲击力。筛网29能够防止一些较大的颗粒进入内凹空腔271，避免堵塞采样管40。各活塞杆30的一端通过内螺纹与螺纹杆21拧接，然后再安装在相应的活塞腔13中，采用螺纹连接能够减少压力损失，提高极板20稳定性的同时，更好的传递推力。通过螺栓282、291安装的橡胶层28和筛网29方便拆卸维护。
57.进一步的，与各极板20连接的采样管40可与不同的采样通道43连接，这样可以通过主基体控制不同的采样管40分别采样，使推靠器一次下井，可进行多个位置的采样，提高采样效率。这里的采样通道43既可以设置成多根独立控制结构，也可以采用一条采样通道43然后通过电磁阀控制与相应的采样管40连通。
58.至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。