Устройство для измерения искривления скважины

(19) (1 И А 1 1511 4 Е 21 В 47/022 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71, Ижевский механический институт(56) Авторское свидетельство СССРНф 872739, кл. Е 21 В 47/022, 1979.Авторское свидетельство СССРВ 1239290, кл. Е 21 В 47/022, 1984.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ(57) Изобретение относится к геологоразведочной технике и позволяет повысить точность измерения искривле-,ния скважин. Устройство включает цилиндрические цанги 1 и 2, соединенные гибкой связью 3, В цанге 1 соосно закреплены корпус (К) 5 с источником (И) 14 света, модулятор 4 икольцевой отражатель 7, в фокусе которого размещен фотоприемник (ФП) б.Модулятор 4 выполнен в.виде непрозрачного диска с равномерно располо-женными по окружности диафрагмами 8.Цанга 2 связана с К 5 сферическимшарниром 13, центр вращения которого совпадает с центром сферической поверхности 11. Внутри К 5 размещенблок сканирования в виде электродвигателя 15, вал которого имеет наклонное зеркало 16 и расположен соосноходу светового луча. Посредством зеркала 16 И 14 оптически связан с измерительным растром в виде чередующихся отражающих и светопоглощающихсекторов на поверхности 11. Напротивсветопоглощающего сектора на К 5 установлена контрольная оптическая система в виде ФП 18 и полупрозрачногозеркала 19,оптически связанного сИ 14. При вращении электродвигателя.15 луч И 14, отразившись от зеркала 16, сканирует па поверхности 11. ЯОтражающие сектора поверхности 11 направляют луч через молуятор 4 на отражатель 7 и ФП 6, который вырабаты- Сввает последовательность импульсов,Величина и направление искривленияскважины определяются соотношениемчисла импульсов в каждой последовательности и очередностью следованияпоследовательностей относительно кон-.трольного импульса, вырабатываемогоФП 18. 5 ил.Изобретение относится к геологоразведочной технике и может быть использовано для контроля искривленийскважин различного назначения.Цель изобретения - повышение. точности измерений.,На Фиг.1 представлено устройство,общий вид; на фиг,2 - сечение А-Ана фиг. 1," на фиг.3 - сечение Б-Б на 10фиг,1 на фиг,4 - вид на измерительный растр и схема сканирования светового луча по его поверхности; нафиг.5 - временные диаграммы сигналовна выходе фотоприемников. 15Устройство содержит цилиндрическиецанги 1 и 2, соединенные гибкой связью 3. В цанге 1 жестко закрепленымодулятор 4 и соосно корпус 5, а также размещен основной фотоприемник 6, 20фоточувствительная поверхность которого расположена в фокусе кольцевогосферического отражателя 7, укрепленного на торцовой поверхности цанги 1.Отражатель 7 через диафрагмы 8 модулятора 4, равномерно расположенныепо окружности радиуса сканированиясветового луча В, оптически взаимо"действует с измерительным растром,выполненным в виде чередующихся отражающих 9 и светопоглощающих 10 секторов, размещенных на торцовой сферической поверхности 11 цанги 2, которая связана с корпусом 5 с помощьюжестких связей 12 и сферического шарнира 13, центр вращения которого совпадает с центром сферической поверхности 11, а жесткие связи 12 выполне-ны в виде радиальных ребер, расположенных таким образом, что их продольные оси и оси симметрии светопоглощающих секторов 10-лежат в одной плоскости. Внутри корпуса 5 размещеныисточник 14 коллимированного светового излучения и блок сканирования светового луча, выполненный в виде электродвигателя 15, вал которого расположен соосно и навстречу ходу светового луча,. причем на валу установленонаклонное зеркало 16, посредством которого источник 14 оптически связанс измерительным растром. Для этогоцилиндрический участок 17 корпуса 5,расположенный между электродвигателем15 и источником 14, выполнен прозрачным. Наклонное зеркало 16 расположено таким образом, что точка пересечения поверхности зеркала и оптической оси источника 14 совпадает с фо-,кусом сферической поверхности 11,т,е. ее фокусное расстояние оптически согласовано с поверхностью зеркала 16. На корпусе 5 установлена также контрольная оптическая система ввиде дополнительного фотоприемника 18и полупрозрачного зеркала 19, оптически связанных между собой, причемдополнительный фотоприемник 18 и полупрозрачное зеркало 19 установленынапротив одного из светопоглощающихсекторов 10. Полупрозрачное зеркало19 оптически связано с источником 14.Устройство работает следующим образом,Луч от источника 14 поступает нанаклонное зеркало 16, отражается отнего и пройдя сквозь прозрачныйучасток 17 корпуса 5, попадает насферическую поверхность 11 измерительного растра. При вращении валаэлектродвигателя 15 вместе с ним вращается и наклонное зеркало 16, в результате чего луч сканирует по поверхности .11, описывая на ней окружность радиуса К. При отсутствии искривления на исследуемом участкескважины цанги 1 и 2 располагаютсясоосно друг другу и при этом световой луч описывает по сферической поверхности окружность, центр которойсовпадает с центром О иэмерительногорастра (Фиг,4, окружность АСДЕВБ),Вследствие этого световой луч отражается по направлению к модулятору 4при сканировании его по поверхностямотражающих секторов 9 на дугах равнойдлины, т.е, АБ = СД = ЕВ. Вследствиетого, что фокус сферической поверхности 11 совпадает с точкой отражениясветового луча на поверхности наклонного зеркала 16, то отраженный отсферической поверхности 11 луч пойдет по направлению к модулятору 4параллельно оси корпуса 5. Вращающийся световой луч последовательно проходит через диафрагмы 8. При этомформируются М последовательностейсветовых импульсов, где М - число отражающих секторов 9, а в каждой последовательности содержится М; световых,импульсов, причем И зависит лишьот длины дуги, на которой луч отражаетея от сферической поверхности 11.При отсутствии искривления скважиныМ последовательностей будут равнымежду собой и основной фотоприемник6, на который световые импульсы по145654810 15 20 2530 35 40 45 50 падают -после отражения от кольцевого сферического отражателя 7, выработает М последовательностей электрических сигналов, равных между собой, т,е. И = И = Иь (фиг.5 а).При наличии на исследуемом участке скважины искривления цанга 2 повернется на сферическом шарнире 13 относительно цанги 1. При этом вследствие того, что центр сферической поверхности 11 совпадает с центром вращения шарнира 13, световой луч сканирует по измерительному растру по окружности того же радиуса К, что и при соосном положении цанг 1 и 2, . но со смещением 1 (Фиг.4) относительно центра растра. Причем величинаи направление 1 зависят только от величины и направления искривления,Вследствиеповорота растра световой луч проходит отражающие сектора 9 по дугам разной длины, т.е. в общем случае А Б = С Д = Е В , что при прохождении луча через модулятор 4 приведет к тому, что в каждой из М последователь ностей импульсов содержится разное число световых импульсов. В результате основной фотоприемник 6 выработает М последовательностей электрических сигналов с разным числом сигналов, т.е. И, = И = Из (Фиг.5 б).Один раз за оборот световой луч попадает на полупрозрачное зеркало 19 контрольной оптической системы, а от него на дополнительный фотоприемник 18, который вырабатывает электрический сигнал (фиг,5 в) для привязки каждой последовательности импульсов к конкретному отражающему сектору 9, что необходимо для определения направления искривления относительно положения зеркала 19.Величина и направление искривления скважины однозначно определяются при такой конструкции устройства соотношением числа сигналов в каждой последовательности и очередностью следования последовательностей относительно контрольного сигнала. При этом разрешающая способность и точность устройств зависят лишь от размеров диафрагм 8 и расстояния между ними, а такие факторы, как стабильность излучения источника света, дрейф фотоприемников, нестабильность вращения электродвигателя сканирующего блока, не оказывают на них никакого влияния, что, кроме повышения точности, улучшает и надежность работы устройства.Формула изобретенияУстройство для измерения искривления скважины, содержащее цилиндрические цанги, соединенные гибкой связью, в одной из которых соосно за креплен корпус с источником света и кольцевой отражатель, в Фокусе которого размещен основной фотоприемник, а вторая цанга связана с корпусом сферическим шарниром, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерения, оно снабжено блоком сканирования, измерительным растром, модулятором и контрольной оптической системой, при этом блок сканирования размещен внутри корпуса и выполнен в виде электродвигателя, вал которого расположен соосно ходу светового луча и имеет наклонное зеркало, посредством которого источник света оптически связан с измерительным растром, выполненным в виде чередующихся отражающих и светопоглощающих секторов, расположенных на торцовой сферической поверхности цанги, связанной с корпусом сферическим шарниром, центр вращения которого совпадает с центром сферической поверхности, фокусное расстояние которой оптически согласовано с поверхностью наклонного зеркала, а модулятор выполнен в виде непрозрачногодиска, который имеет равномерно расположенные по окружности диафрагмыи жестко связан с корпусом и цангой,а контрольная оптическая система выполнена в виде полупрозрачного зерка"ла и дополнительного фотоприемника,установленных на корпусе напротивсветопоглощающего сектора, причем полупрозрачное зеркало оптически связано с источником света и дополнительным фотоприемником,