Преобразователь зенитного угла для измерения искривления скважины

(51)5 Е 21 В Н АВТОРСНО ВИДЕТЕЛЬСТ 0 СССР1977.ССР1980 льство7/02,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ(71) Днепропетровский инженерстроительный институт(56) Авторское свидете9 628296, кл, Е 21 В 4Авторское свидетельство СВ 933967, кл. Е 21 В 47/02,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗЕНИТНОГО УГЛА ДЛЯ ИЗКЕРЕНИЯ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к промыс ловой геофизике и предназначено для определения зенитного угла скважины в процессе бурения. Цель - повышени надежности в работе за счет виброус тойчивости, Преобразователь содержи корпус (К) 1 с грузом 2, центр тяже ти которого смещен относительно оси К 1, Внутри К 1 размещен жидкостный: Ы о 8 Я 1,чувствительный элемент в виде сообщающихся между собой цилиндрической спиральной трубки (Т) 5 и тороидальной полости (П), выполненной иэ двух половинок 6 и 7 разного сечения, Над Т 5 размещена П в вертикальной плоскости, проходящей через ось К 1 и центр тяжести груза 2. Площади 8, и Я радиального сечения половинок 6 и 7 и площадь Бо поперечного сечения Т 5 выбраны из условия Ь, (Ы,с 8 Половинка 6 расположена относительно ,оси К 1 по направлению смещения центИзобретение относится к промыс,ловой геофизике и может быть использовано для определения зенитного угла скважины в процессе бурения.Цель изобретения - повышение на;дежности работы эа счет виброустойчивости.На чертеже приведен преобразователь зенитного угла для измерения искривления скважины.Преобразователь содержит корпус 1,связанный с грузом 2, центр тяжести Которого смещен относительно оси корпуса 1, центрируемого опорными под щипниками 3 и 4, Внутри корпуса 1 размещен жидкостный чувствительный элемент в виде сообщающихся между соФбой цилиндрической спиральной трубки 5 и тороидальной полости, выполненой йз двух половинок 6 и 7 разного сечения в корпусе 1 над трубкой 5 в вертикальной плоскости, проходящей через ось корпуса 1 и центр тяжести груза 2.Площади Ы и Б радиального сечения половинок 6 и 7 тороидальной по" лости и площадь Ы поперечного сечения трубки 5 выбраны из условия 8 сЯ сЯ , 1 оловинка Ь с площадью Ь, ра 1 2диального сечения расположена относительно оси корпуса 1 по направлению смещения центра тяжести груза 2. Тороидальная полость в виде половинок 6 и заполнена двумя несмешивающимися жидкостями 8 и 9 с различной диэлектрической проницаемостью и различными удельными весами, В поповинках 6 и 7 тороидальной полости установлены электроды 10 и 11 емкостного датчика зенитного угла, В нижней части тороидальной полости размещена радиальная перегородка 12, по разные сторора тяжести груза 2, В половинках 6и 7 П, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями 8 и 9, установленыэлектроды 10 и 11. В нижней части Празмещена радиальная перегородка 12,по разные стороны от которой выведены концы Т 5. Под действием груза 2К 1 поворачивается, а П устанавливается в плоскость наклона скважины.Величина перемещения границ разделажидкостей 8 и 9 определяется величиной зенитного угла, измеряемого посигналу с электродов 10 и 11. 1 ил,ны от которой выведены концы трубки 5.Перегородка 12 предназначена для того, чтобы перемещение жидкости происходило по всему объему чувствительного элемента.Преобразователь работает следующимобразом.11 ри отключении скважины от вертикали корпус 1 под действием эксцентричного груза 2 поворачивается, ичувствительный элемент устанавливается в плоскость наклона скважины, приэтом происходит перемещение жидкостей в чувствительном элементе, а половинка Ь тороидальной полости с пло"щадью Б радиального сечения отклоняется в сторону наклона скважины. Таккак величина перемещения границ раздела жидкостей 8 и 9 определяется ве-личиной зенитного угла, то электрический сигнал, снимаемый с емкостного 40 датчика, пРямо пропорционально зависит от значения зенитного угла,Предлагаемый преобразователь зенитного угла может использоваться дляизмерения без остановки бурового инструмента. Известно, что максимальныеперегрузки от вибраций приходятся наспектр частот 20-30 Гц. Для стабильной работы преобразователя в процессебурения необходимо, чтобы частота Г.50его собственных колебаний была бы значительно ниже частоты вынужденных колебаний при бурении. В преобразователях зенитного угла, гдеприменен жидкостный чувствительныйэлемент, частота определяется по фор муле63 6Бмым 1(1+-2) в Формуле (3), получаем2сокращенную формулу частоты собственных колебаний:В(1+-2 )БрБг(4)о Б ф4 О 1 -БоИз Формулы (4) видно, что уменьшить частоту собственных колебанийможно не только изменением длины 1цилиндрической спиральной трубки, нои подбором площадей сечений (Б,(Б,Бг) трубки и половинок тороидальнойполости,Подбирая площади Б ,Б, и Б г так,Б,что - ,-=0 25 а -,-=2 частоту 0 25 ГцБ Ф У Б У12 фсобственных колебаний можно получитьпри длине спиральной трубки всего1,8 м, в то время как у известногопреобразователя при равных сеченияхдлина спиральной трубки 1 О м. 25 Выполнение чувствительного элемента в виде сообщающихся между собой двух половинок тороидальной полости разных сечений с перегородкой и ци- линдрической спиральной трубки с наи О меньшим сечением позволяет без увеличения диаметра преобразователя уменьшить длину цилиндрической спиральной трубки и уменьшить частоту собственных колебаний, что приводит к снижению ошибки при воздействии вынужденных вибраций при бурении и повышению виброустойчивости преобразователя. 5 15449где- ускорение свободного падения;длина чувствительного элемента.При прокладывании наклонно напран"ч5леннои скважины от вибрациИ буровогоинструмента граница раздела несмешивающихся жидкостей отклоняется на некоторую постоянную величину д и колеблется относительно этого нового10равновесного положения,Значение величины этого отклонения можно определить по следующейформулеп 2 ( - ) 2 з 2 п 26о151 =щю.е- в (2)4(4- - )огде и - коэффициент перегрузок;частота собственных колебаний; 2 Очастота вынужденных колебаний16 - зенитный угол,Снизить дополнительную ошибку сРможно лишь уменьшением величины отношения частоты собственных колебанийк частоте вынужденных колебаний, Каквидно из формулы (1), частоту собственных колебаний можно уменьшить путем увеличения длины Е чувствительного элемента, что достигается увеличением длины цилиндрической спиральной трубки, но это связано с увеличением габаритов преобразователя.Для жидкостного чувствительногоэлемента при отношении частот собственных и вынужденных колебаний, равном 1 О , и частоте 0,25 Гц собст 2венных колебаний ошибка от вибрацийоколо одного градуса. Но для достижения такой частоты собственных коле Обаний необходимо применить дополнительную спиральную трубку длиной около 10 м, что приводит к увеличениюгабаритов преобразователя и невозможности его использования при бурении 45скважин малого диаметра.Для чувствительного элемента формула (1) принимает вид:я(1+-,-)ББг2 (3)50е Б Б49 1 (1+ - )+1-дБг Бфгде 1, - длина жидкости в тороидальной полости;1 - длина цилиндрической спиральной трубки.Если учесть., что длина 1, значительно меньше длины цилиндрическойспиральной трубки и пренебречь слагаеформула и з обре т е н и я Преобразователь зенитного угла для измерения искривления скважиы, содержащий корпус, связанцый с грузом, центр тяжести которого смещен относительно оси корпуса, и размещенный внутри корпуса жидкостный чувствительный элемент в виде сообщающихся между собой цилиндрической спиральной трубки и выполненной в корпусе над трубкой в вертикальной .плоскости, проходящей через ось корпуса и центр тяжести груза, тороидальной полости, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями, с установленными в полости электродами и размещенной в ее нижней части радиальной перегородкой, по разные стороны от которой выведены концы трубки, о т л и ч а ю щ и й с я тем что, с целью повышения надежносЗаказ 479 Тираж 483 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,01 ти рабоы за счет виброустойчивости, тороидальная полость выполнена иэ двух половинок разного сечения, площади Ы и 8 радиального сечения которых и площадь 8 поперечного сечения трубки выбраны из условия 8 (8,с 8 д,при этом половинка с площадью 8,радиального сечения расположена относительно оси корпуса по направлениюсмещения центра тяжести груза.