Инклинометр

(72) А.Г.Малюга, И,Б.Шнейдман, В.Н.Есауленко и В.Н.Болдырев (71) Специальное конструкторское.: бюро электрофотографических аппара" тов Государственного промышленного объединения по производству средств оргтехники(56) 1, Авторское свидетельство СССР Р 636380,кл. Е 21 В 47/022, 1975.2. Авторское свидетельство СССР 9 798279, кл. Е 21 В 47/022, 1979. (54)(57) 1. ИНКЛИНОМЕТР, содержащий датчик азимута, соединенный с внутренней рамкой и внешней рамкой-маятником карданового поднеса, преобразователи углов, кинематически связанные с размещенными на рамке-маятнике тремя маятниками, два из которых. имеют разную длину и параллельны оси вращения, а третий маятник с осью вращения, перпендикулярной осям вращения первых двух, имеет длину, равную длине большего маятника,фо тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения осевого габарита, Повышения чувствительности, точности измерения, кннематическая связь между преобразователями углов и большими маятниками выполнена в виде, двух дополнительно введенных маятнил иточв иью р роляиками рычага- ектри ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТ ков с ведомыми звеньями, причем дли- на дополнительных маятников равна длине меньшего маятника, а оси вращения их параллельны осям вращения . больших маятников, при этом последние выполнены в ниде рычагов, с передаточными звеньями, которые установлены встречно и с возможностью взаимодействия с ведомыми звеньями дополнительньцс маятников .2. Инклинометр по п. 1, о т л ич а ю щ и й ся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности работы в услониях сверхглубоких скважин, дополнительные маятники выполнены в виде неуравновешенных тел. е Ф 3. Инклинометр по п. 2 , о т ч а ю щ и и с я тем, что переда ные и ведомые звенья выполнены виде поводков С:4. Инклинометр по и. 3, о т л ч а ю щ и й с я тем, что, с цел осуществления возможности конт отработки дополнительными маятн углов отклонения, задаваемых ми, поводки выполнены в виде эл ческих контактов.5. Инклинометр по и, 4, .о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции электрические контакты подключены к преобразователям углов дополнительных маятников.Цель изобретения - уменьшение осевого габарита, повышение чувствительности и точности измерения. 65 Изобретение относится к геофизическим скважинным приборам для измерения параметров искривления скважин.Известен инклинометр, обеспечивающий возможность измерения азимутальных и зенитных углов как в наклоннонаправленных, так и в условно вертикальных стволах буровых скважин Я .Известен инклинометр, содержащийдатчик азимута, горизонтируемый посредством внутренней рамки и внешнейрамки-маятника карданового подвеса,преобразователи углов, кинематически связанные с размещенными на рам. ке-маятнике тремя маятниками, два из 15которых имеют разную длину и параллельные оси вращения, а третий маятник а осью вращения, перпендикулярной осям вращения первых двух, имеет.длину, равную длине большего маятни пка 2 Д,В известном иннлинометре точностьизмерения параметров искривленияскважин при малых зенитных углах(менее 5 ) повышена в результате увеличения чувствительности размещенныхво взаимно перпендикулярных плоскостях преобразователей углов путемувеличения длины кинематически связанных с ними маятников; Это привело ЗОк значительному увеличению обевогагабарита рамки-маятника, а.следовательно, к увеличению ее веса, повышению момента трения в ее опорахи более интенсивному износу последних. При этом дальнейшее повышениечувствительности и точности измеренияинклинометра в случае ограниченногодиаметра рамки-маятника может бытьосуществлено лишь путем повышенияразрешающей способности упомянутых 40преобразователейОднако повышениеразрешающей способности преобразователей сверх. уровня, достигнутого вусловиях серийного производства,приводит к низкому качеству конструк 45ций и чрезмерно высокой их стоимостиЭто.относится прежде всего к наиболее простым .по конструкция и широкоприменяемым в инклинометрах реостатиым преобразователям, повышение раз" 5решающей сопосбности которых достигается уменьшением диаметра проводаобмотки. При этом, помимо ужесточения требований к изготовлению и увеличения трудоемкости, происходитснижение перегрузочной способностии износоустойчивости преобразователей, что приводит к уменьшению на-дежности работы инклиномера, особенно в условиях повышенных температур,имеющих место в сверхглубоких сквазинах,Поставленная цель достигается тем, что кинематическая связь между преобразователями углов и большими маятниками выполнена в виде двух дополнительно введенных маятников с ведомыми звеньями, причем длина дополнительных маятников равна длине меньшего маятника, а оси вращения их параллельны осям вращения больших маятников, при этом последние выполнены в виде рычагов с передаточными звеньями, которые установлены встречно и с возможностью взаимодействия с ведомыми звеньями дополнительных маятников.Кроме того, с целью упрощения конструкции и повышения надежности работы в условиях сверхглубоких скважин дополнительные маятники выполнены в виде неуравновешенных тел.Причем передаточные и ведомые звенья выполнены в виде поводков.Для осуществления возможности контроля отработки дополнительными маятниками углов отклонения, задаваемых рычагами, поводки выполнены в виде электрических контактов.Причем с целью упрощения конструкции электрические контакты подключены к преобразователям углов дополнительных маятников.На чертеже представлена схема ин" клинометра (наиболее простой вариант выполнения)Инклинометр содержит свободно вращающуюся в опорах 1 и 2 корпуса рамку-маятник 3 с эксцентрично за" крепленным грузом 4. При этом рамка- маятник 3 является внешней рамкой карданового подвеса. Внутренняя рамка карданового подвеса и горизонтируемый с помощью обеих рамок датчик азимута размещены в верхней части рамки-маятника 3 (не показаны) . Ниже датчика азимута во взаимно перпендикулярных плоскостях чувствительности, одна из которых совпадает с плоскостью ориентации рамки-маятника 3, расположены два датчика углОв. Йижний датчик угла является двухсекционным и рассчитан на измерение углов с разной точностью в двух диапазонах, например 0-5 и 5-50 , Верхний датчик угла предназначен для измерения углщв -в диапазоне 0-5. Оба датчика содер-. жат одинаковые по конструкции и раз", мерам реостатные преобразователи, включающие в себя реохорды 5, б и 7 и взаимодействующие с ними щетки 8,9 и 10; маятники 11 - 13 малой длины, жестко связанные с щеткамиумаятники 14 и 15 большой длины, выполненные в виде рычагов, взаимодействующих смаятниками 11 и 13.При этом основной маятник 12 малой длины уменьшения осевого габарита рамки-маятника 3 подвешен соосно с маятником 15 большойдлины,а оси вращения дополнительных маятников 11 и 13 малой длины размет щены параллельно осям маятников 14 и 15 большой длины. Причем каждый из указанных маятников для ограничения их углового перемещения и предохранения щеток 8,9 и 10 от повреждений снабжен упорами, жестко связанными с рамкой-маятником З.для осуществления возможности последовательного реагирования на возрастание зенитного угла 10 маятников 15 и 12 последний соединен с щеткой 9, смещенной относительно/центра его тяжести в сторону, противоположную размещению груза 4. При этом маятник 12 благодаря наличию . 15 упоров 16 и 17 имеет возможность углового перемещения в диапазоне 0-50 . Маятники 14 и 15 имеют воэможность отклонения от вертикали в обе стороны до соприкосновения со своими идентично уста" новленными упорами (показаны упоры 18 и 19 для маятника 15). Маятники 11 и 13 с помощью своих идентично установленных упоров (показаны упоры 25 20 и 21 для маятника 13) ограничены во вращении на максимально возможный для реостатных преобразователей угол равный 50 . Причем реохорды 5 и 7 реостатных преобразователей установлены так, что при совмещении оси рамки-маятника 3 и центров тяжести маятников 14 и 15 с вертикалью, щетки 8 и 10 делят их пополам и имеют возможность отклонения от вертикали в обе стороны на угол равный 25 д. При .этом щетки 8 и 10, жестко связанные с маятниками 11 и 13, взаимодействуют с маятниками 14 и 15 посредством постоянно введенных в соприкосновение рабочих поверхностей последних. Для 40 упрощения конструкции и повышения надежности работы ее в условиях высоких температур и давлений путем исключения устройств для выборки мерт вого хода, например, основанных на 45 использовании маломоментных спираль. ных пружин (обычно применяемых при использовании кулисных или зубчатых передач), а также уменьшения трения взаимно соприкасающихся рабочих по верхностей маятники 11 и 13 выполнены в виде неуравновешенных тел, само-: произвольно входящих в одностороннее соприкосновение с маятниками 14 и 15 посредством жестко закрепленных на 55 каждом из них кинематических звеньев, выполненных в виде поводков 22-25, имеющих, например, формуцилиндров. Причем для осуществлениявозможности контроля отработки маят .никами 11 и 13 углов поворота, задаваемых маятниками 14 и 15, поводки могут быть выполнены в виде электрических контактов, размыкание которых будет свидетельствовать о рас согласовании задаваемых и отрабатываемых углов, например, по причине засорения опор маятников 11 и 13. Кроме того, для упрощения конструкции, например, путем устранения необходимости использования дополнительных каналов связи указанные контакты могут быть подключены через щетки 8 и 10 к соответствующим преобразователям углов,что позволит по разрыву обраэозанной таким образом электрической измерительной цепи судитьо налии неисправности, инклинометра, Для исключения влияйия маятников 11 и 13 на истинные значения определяемых с помощью маятников 14 и 15 угловых величин масса последних должна быть как можно больше массы первых, однако не должна при этом достигать значений, превышающих допустимые нагрузки в опорах маятников 14 и 15. Варьируя формой и размерами маятников, требуемое соотношение масс нетрудно получить даже в случае использования .одинаковых по удельному весу материалов, Для обеспечения постоянного койтакта, в точках соприкосновения соответствующими пар поводков 22 и 23, 24 и 25 при любых отклонениях рамки-маятника 3 от вертикали в заданном поддиапаэоне малых . зенитных углов (О-У) центры тяжести маятников 11 и 13 при положениях, показанных на чертеже, должны лежать в плоскостях, проведенных через оси вращения этих маятников и отклоненных в сторону простирания их тел от оси рамки на угол, не меньший углами, который может быть рассчитан по формуле1,б(В6;сОз 9-Сгде 9 " максимальный зенитный угол,который может быть определенс помощью взаимно перпендикулярных преобразователей (длярассматриваемого случая=5 О)щ,д- расстояние от осей вращениямаятников 14 и 15 до соответствующих им осей поводков 23и 25 при максимальном зенитном углев;с - расстояние между осями вращения соответствующих пармаятников 14-Ь 1 и 15-13.Для обеспечения возможности свободного уголового перемещения маятников 14 и 15 в заданном для них диапазоне они снабжены окнами 2 б и 27, охватывающими оси вращения соответствующих маятников 11 и 13.Инклииометр работает следующим образом.При отклонениях инклинометра на малый зенитный угол (до 5), пригде6,котором момент, вращающий внешнюю рамку-маятник,З, недостаточен для.установления ппоскости ее ориентации в плоскости искривления скважины, измерение параметров искривления по следней осуществляют с помощью дат 5 чика азимута и взаимно перпендикуляр- ных преобразователей углов, включающих реохорды 5,7 и щетки 8,10, взаимодействующие с соответствующими маятниковыми системами 14-11 и 15-13.о В этом случае маятники 14 и 15 благодаря своей большей массе при угловом перемещении в направлениях воздейст" вий пододков 22 и 24 на поводки 23 и 25 перемещают с помощью последних 15 соответствующие маятники 11 и 13.При угловом перемещении маятников 14 и 15 в противоположные стороны поводки 23 и 25 самопроизвольно. следу- ют за соответствующими поводками 22 20 и 24, находясь в постоянном с ними соприкосновении, благодаря смещенным центрам тяжести маятников 11 и 13, в результате чего последние имеют возможность углового перемещения 25 в зависимости от положения маятников 14 и 15. Таким образом, обеспечивается передача углового перемещения от маятников 14 и 15 к маятниками 11 и 13. При этом обе рассматриваемые маятниковые системы реализуют опре.- деленную зависимость между углами отклонения больших и малых цо длине соприкасающихся маятников. Эта зависимость 3 = 1 (О ),имеет вид угол отклонения маятника 11или 13 у 40угол отклонения маятника 14или 151расстояние от осей вращениямаятников 11 и 13 до осейповодков 23 и 25;расстояние от осей вращениямаятников 14 и 15 до соответ-.ствующих им осей поводков 23и 25 при угле 8При определенных значениях величин Ь, с и М указанная зависимостьпри малых зенитных углах имеет линейный характер, Причем, варьируя значениями упомянутых величия, можнодобиться того, чтобы для рассматриваемого примера на каждый 10 изменения угла Оприращение угласоставляло 5 с точностью до нескольких уг-а/ловых минут. Прн этом передаточноеотношение маятниковых систем будетх=.5,Предлагаемый инклинометр по сравнению с известным при измерении малыхзенитных углов обладает более высокой чувствительностьюопределяемойпрежде всего величиной передаточногоотношения, которое в зависимостиот конструктивногО исполнения преоб-.разователей углов маятниковых систем, а также местоположения передаточных и ведомых звеньев, формы иразмеров их соприкасающихся поверхностей может иметь значения )1. Этопозволяет обеспечить получение электрических выходных сигналов, пропорциональных составляющим зенитногоугла во взаимно перпендикулярныхплоскостях, при более высоком значении сношения сигнал/шум, а следовательно, осуществить измерение параметров искривления скважин с болеевысокой точностью. Причем достижениеэтого эффекта может происходить приодновременном уменьшении осевогогабарита рамки-маятника 3,При больших зенитных углах (более5 О), когда плоскость ориентации рамки-маятника 3 совпадает .с плоскостьюискривления скважины, в действиевключается маятник 12, и работа пред(лагаемого инклинометра аналогичнаработе известной конструкции. Использование изобретения Позволит повысить точность измерения параметров искривления сверхглубоких скважин, а также упростить изготовление и повысить надежность инклинометров.краж 564 сидарств ам изобр осква, Ж нлиал ППП ффПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная Ю ЮЮ 4 Вювш щтетта Заказ )704/30 Т ВНИИПИ Го по дел 113035, М