Гироскопический инклинометр

Союз СоветскнкСоцналнстнческнаРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11) 1002551(22) Заявлено 110931 (21) 3336885/22-03с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -Опубликовано 07.03 р 3, Бюллетень Йо 9 11 М Кп 3 Е 21 В 47/022 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 070383(72) Авторы изобретения Салов, Р.И, Кривоносов, В,П И.А. Сеэемов и С,К. Пока йлов Всесоюзный научно-исследовател ски нефтепромысловой геофизики. 71) Заявите ИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИНКЛИНОИЕТР ениясвойятьение Изобретение относится к горной промааленности, конкретно к устройствам, позволяющим определить величину аэимутальных и зенитных углов в глубоких скважинах малого диаметра, где невозможно наблюдение за проведением чувствительных элементов приборов, и может быть применено при бурении нефтяных; .газовых и геологоразведочных скважин.Известен гироскопический инклинометр, состоящий из трехстепенного двухроторного гироскопа, датчиков углов и датчиков моментов, в который, с целью уменьшения диаметра и повышения точности, введен дополнительный двухроторный трехстепенный гироскоп, установленный вдоль вертикальной осй инклинометра 13Недостатками данного устройства являются невысокая точность нескси 1- пенсированная скорость уходов оси кинетического момента гироскопа эа счет возмущающих моментов и суточного вращения Земли ) и продолжительное время измерений.Известно устройство для измер кривизны скважин, основанное наЮстве свободного гироскопа сохран неизменными в пространстве полож оси кинетического момента, в которомдля измерения азимутальных и зенитныхуглов используются два индуктивныхдатчика, заполненных инертным газомпод давлением 2 .Недостатком этого устройства является невысокая точность измерений(нескомпенсированная погрешность эасчет смещения центра тяжести, внешнихмоментов и суточного вращения Земли).Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является гироскопическийинклинометр, содержащий корпус, трехстепенной гироскоп, два датчика углаповорота, закрепленных на подвижнойэксцентричной рамке, измерительныйдатчик угловой скорости, момвнтныйдвигатель, преобразовательный блок идва цифровых фазометра 3,Недостатками известного устройстваявляются: корректирующее устройствосодержит два датчика угловой скоростисо строго идентичными характеристиками преобразования и высокой чувствительностью; сложная иэмерительно-преобразовательная электронная схема,расположенная в скважинном приборе,что снижает надежность инклинометра;О датчики угловой скорости должны бытьна порядок точнее, чем один датчик угловой скорости в описываемом устройстве, так как он работает в компенсационном режиме на уровне сигнала, хараКТеризующего порог чувствительности, и линейность датчика не играет 5 роли; сложность конструкции; недостаточная точностьЦелью изобретения является повышение точности и надежности измерений и упрощение конструкции. 10Поставленная цель достигается тем,что в гироскопическом инклинометре,содержащем корпус, трехстепенной гироскоп, два датчика угла поворота, за 5крепленных на подвижной эксцентричной рамке, измерительный датчик угловой скорости, моментный двигатель,преобразовательный блок и два цифровых фазометра, датчик угловой скорости установлен на наружной рамке трех-.степенного гироскопа, причем ось чувствительности датчика угловой скорости расположена перпендикулярно вектору кинетического момента трехстепенного гироскопа, выход датчика угловойскорости соединен с моментным двигателем, статор которого размещен нанаружной рамке гироскопа, а роторна внутренней.При этом цифровые фаэометры распо ложены в наземной части инклинометра, выходыкоторых соединены с регистратором.На Фиг. 1 изображена принципиальная схема устройсТва; на фиг. 2 - 35 Функциональная.В корпусе 1 помещен свободный трех- степенной гироскоп 2 ( фиг. 1). На наружной рамке трехстепенного гироскопа жестко закреплены измерительный дат чик угловой скорости 3, моментный двигатель 4,датчик угла поворота БСКТ 5, статор которого соединен с эксцентричной рамкой б. Эксцентричнаярамка состоит иэ корпуса и груза 7, 45 смещенного относительно оси поворота. С корпусом эксцентричной рамки жестко связан корпус второго датчика угла поворота БСКТ 8, на валу ротора которого закреплен маятник 9. БСКТ расположен в плоскости, перпендикулярной относительно смещенного груза эксцентричной рамки. Сигналы с БСКТ 5 и СБКТ 8 поступают в преобразовательный блок 10.На Функциональной схеме устройства 55 показана взаимосвязь измерительных и. преобразовательных элементов, которые включены в следующей последовательности: сигнал с измерительного датчика угловой скорости 3 поступает 60 на усилитель 11 и с усилителя на моментный двигатель 4. С БСКТ 5 сигнал поступает в Фазосдвигающую цепь 12, которая связана через преобразователь 13 с блоком измерения азимута назем ной панели. С БСКТ 8 сигнал поступаьт в фазосдвигающую цепь 14, которая связана через преобразователь 15 и соединительный кабель 16 с блоком измерения зенитного угла наземной панели. Блок измерения аэимутального угла наземной панели представляет собой преобразователь 17 и цифровой фаэометр 18, а блок измерения зенитного угла - преобразователь. 19 и цифровой фаэометр 20. С цифровых Фазометров сигналы поступают в регистратор 21 и в виде цифры фиксируются цифропечатающим устройством 22.Преобразователи азимутального изенитнбго углов, цифровые фазометры, регистратор и цифропечатающее устройство заключены в наземной панели 23.При измерении кривизны скважиныпродольная ось прибора устанавливается параллельно оси скважины, которая характеризуется азимутальным углом о и зенитным углом О Дя измерения азимутального угла используется трех- степенной гироскоп 2, датчик угловой скорости 3, моментный двигатель 4 и датчик угла поворота БСКТ 5 (фиг. 1).Так как ротор БСКТ 5 связан с наружной рамкой трехстепенного гироскопа, а корпус с корпусом эксцентричной рамки б,то с него поступает сигнал, пропорциональный углу между плоскостью наклона эксцентричная рамка установится в плоскость наклона) и некоторым направлением, которое задает" ся трехстепенным гироскопом. Трехстепенной гироскоп под действием возмущающих моментов прецессирует вокруг вертикальной оси вращения наружной рамки, а датчик угловой скорости не реагирует на угловую скорость прецессии, так как вектор угловой скорости прецессии направлен по оси вращения наружной рамки трехстепенного гироскопа и совпацает с направлением вектора кинетического момента гироскопического датчика угловой скорости. Ось чувствительности датчика угловой скорости составляет некоторый угол с плоскостью меридиана и с него на усилитель поступает сигнал, пропорциональный углу рассогласования В, между проекцией вектора угловой скорости вращения Земли Яи вектором кинетического момента трехстепенного гироскопа (фиг. 1) . С усилителя сигнал поступает на моментный двигатель, который заставляет прецессировать трехстепенной гироскоп до тех пор, пока он установится в плоскость меридиана и сигнал с датчика угловой скорости не будет равен нулю.Вектор кинетического момента. Н трехстепенного гироскопа устанавливается по направлению на север. Вектор. кинетического момента Й датчика угловой скорости направлей по оси вращения наружной рамки с трехстепенного гироскопа. Скважинный прибор во время коррекции останавливается, чтобы на него не оказывал влияния сигнал с датчика угловой скорости, возникающий при движении прибора по искривленному участку скважины. С БСКТ 5 сигнал поступает в фаэосдвигающую цепь 12, которая связана через преобразователь 13 и соединительный кабель 16 с блоком измерения азимута наземной панели, который состоит из преобразова- о теля 17 и цифрового фаэометра 18, сигнал с которого поступает в регистратор 21 и в виде цифры фиксируется цифропечатающим устройством 22.Зенитный угол измеряется с помощью 15 БСКТ 8, на валу ротора которого закреплен маятник 9. При измерении зенитного угла ротор БСКТ под действием маятника поворачивается на величину этого угла, Сигнал с БСКТ, пропорци ональный синусу и косинусу зенитного угла, поступает в фазосдвигающуюцепь 14 и через преобразователь 15 и соединительный кабель 16 в наземную панель 23. В наземной панели сиг нал через преобразователь 19 и цифровой фазометр 20 поступает в регистратор 21 и в виде цифры фиксируется цифропечатающим устройством 22.Азимутальный и зенитный углы изме О ряются инклинометром непрерывно без остановки скважинного прибора, а для коррекции трехстепенного гироскопа скважинный прибор останавливается на время коррекции, затем измерения продолжаются.В СССР гироскопические инклинометры серийно не выпускаются, поэтому технико-экономическое обоснование может быть проведено в сравнении в 4 серийно выпускаемыми в нашей стране инклинометрами, в которых для определения азимута используется магнитное поле Земли КИТ, ИК). Гироскопический инклинометр по сравнению с базовым образцом характеризуется на дежным определением азимутальных и зенитных углов в скважинах, где невозможно непосредственное наблюдение за чувствительными элементами, так как изза влияния магнитных масс инклиномет ры, которые используют магнитное поле Земли, дают неверный результат; непосредственным измерением кривизны скважины внутри колонны стальных и легкосплавных бурильных труб без 55 подъема их на поверхность, что позволяет резко сократить объем спускоподъемных операций при проводке скважины; непрерывностью измерений с коррекцией азимута во время остановки.Вследствие этого резко сокращается время на инклинометрические измерения и непроизводительные спускоподъемные операции бурильного инструмента. Это позволяет повысить производительность буровых работ, особенно при наклонно направленном бурении. Так наклонно направленным способом в Западной Сибири проводится более 90 всех скважин, а инклинометрические измерения при проводке этих скважин составляют 30 от общего объема всех геофизических работ. На основании этого экономическая эффективность от внедрения одного гироинклинометра составляет 48 тыс. руб. в год.Формула изобретения1. Гироскопический инклинометр, содержащий корпус, трехстепенной гироскоп, два датчика угла поворота, закрепленных на подвижной эксцентричнойрамке, измерительный датчик угловой,скорости, моментный двигатель, пре-образовательный блок и два цифровыхфаэометра, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности и надежности измерений и упрощенияконструкции, датчик угловой скоростиустановлен на наружной рамке трехстепенного гироскопа, причем ось чувст-.вительности датчика угловой скоростирасположена перпендикулярно векторукинетического момента трехстейенногогироскопа, выход датчика угловой скорости соединен с моментным двягателем, статор которого размещен на наружной рамке гироскопа, а ротор - навнутренней.2. Инклинометр по п, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что цифровые фаэометры расположены в наземной частиинклинометра, выходы которых соединены с регистратором.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 282223 /03,кл. Е 21 В 47/022, 1970.2, Авторское свидетельство СССРР 450883, кл. Е 21 В 47/022, 1974,3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2938961/03,кл. Е. 21 В 47/022, 1980.1002551 ВНИИПИ Заказ Тираж 601 Подпис илиал ППП "Патент", ,Ужгород, ул.Проектная,4