Инклинометр

(54) ИНКЛ еоло ьз ляе иви о эа3 и иепьн опл чном од у Май ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ П 1 НТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследоватеский институт методики и техники рведки Всесоюзного производственногобъединения "Союзгеотехника"(56) Авторское свидетельство СССРУ 861567, кл. Е 21 В 47/02, 1981,Авторское свидетельство СССРУ 1425310, кл. Е 21 В 47/02, 1986.(57) Изобретение относится к го-разведочной технике и позв повысить точность измерения к скважин. В кожухе (К) 1 соосн реплены между источниками 2, емниками 4-7 света два корпус заполненные демпфирующей жидк В корпусе 8 размещен чувствит элемент (ЧЭ) азимута в виде п 11, закрепленного на непроэра диске (Д) 12. В поплавке 11 п14902 лом к Д 12 в плоскостях, параллельных оси К 1, расположены магниты 13, При этом Д 12 имеет отверстие 14 и установлен с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной оси К 1. В корпусе 9 размещен ЧЭ зенитного угла в виде двух соосно установленных маятников, которые образованы двумя Д 17 с закрепленными на них грузами 18, При этом Д 17 установлены с возможностью вращения в плоскостях, перпендикулярных оси К 1, и связаны между собой упругим элементом в виде спиральной пружины. Установка в 15 К 1 оптико-механическая система кругового одновременного опроса ЧЭ световым лучом. Эта система выполнена в виде соосно закрепленных в К 1 двух 644кольцевых призм 25 и 26, двух подвижных призм 27 и двигателя 28, кинематически связанного с валом 30, Вал 30 соосно установлен в К 1 и имеет на своих концах обоймы 3 1. Призмы 27 размещены в обоймах 31 с воэможностью равномерного синхронного вращения относительно оси К 1 и оптического взаимодействия с ЧЭ, источниками 2, 3 и приемниками 4-7, При вращении призм 27 одновременно опрашиваются световым лучом ЧЭ азимута и зенитного угла. Приемники 4, 6 формируют измерительные импульсы, а приемники 5, 7 - опорные импульсы. По величине временного интервала между импульсами определяют азимут и зенитный угол. 2 з.п,ф-лы, 4 ил,расположения при измерениях в скважине в плоскости, перпендикулярной магнитным силовым линиям. Диск 12 имеет отверстие 14 и установлен в корпусе 8 с возможностью вращения в подпятниках 15 в плоскости, перпендикулярной оси кожуха 1.В корпусе 9, который имеет два прозрачных кольцевых окна 16, размещен чувствительный элемент зенит 50 55 Изобретение относится к геолого- разведочной технике и предназначено 25 для измерения искривления скважин.Цель изобретения - повышение точности измерения.На фиг. 1 приведена принципиальная схема инклинометра; на фиг. 2 - вид 30 А на фиг, 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг, 1; на фиг. 4 - временные диаграммы опорных и измерительных импульсов.Инклинометр содержит цилиндрический кожух 1 и соосно закрепленные в нем между источниками 2, 3 и приемни- . ками 4-7 света два корпуса 8 и 9, заполненные демпфирующей жидкостью. В корпусе 8, который имеет два проз рачных кольцевых окна 10, размещен чувствительный элемент азимута, выполненный в виде поплавка 11, закрепленного на непрозрачном диске 12, В поплавке под углом к диску 12 в 45 плоскостях, параллельных оси кожуха 1, расположены основной и дополнительный магниты 13. Такая установка магнитов 13 исключает возможность их ного угла, выполненный в виде двухсоосно установленных маятников, которые образованы двумя непрозрачнымидисками 17 с закрепленными на нихгрузами 18. Диски 17 имеют вырезы 19 (фиг. 3),закреплены на осях и установлены с возможностью вращения в плоскостях, перпендикулярных оси кожуха 1, При этом ось одного из дисков 17 установлена в подпятниках 20, закрепленных в корпусе 9, а ось другого диска - в подпятниках 21, закрепленных на оси первого диска. Диски 17 связаны между собой упругим элементом, выполненным, например, в виде спиральной пружины 22, Внутренний конец пружины 22 закреплен на оси одного из дисков 17, а наружный - на стойке 23, установленной на другом диске, Грузы 18 имеют отверстия 24В кожухе 1 установлена оптико-механическая система кругового одновременного опроса чувствительных элементов, азимута и зенитного угла световым лучом. Эта система выполнена в виде двух кольцевых призм 25 и 26, соосно закрепленных в кожухе 1, двух подвижных призм 27 и двигателя 28, кинематически связанного посредством зубчатой пары 29 с валом 30, На концах вала 30 соосно установленного в кожухе 1, закреплены обоймы 31,1в которых размещены призмы 27 с воэможностью равномерного синхронного14902 б 4 6бора, жесткости пружины 22, а такжеот веса грузов 18 и расстояния ихцентров тяжести от оси вращения дисков 17.Уравнение равновесия для такойсистемы имеет вид:С= Рг з 1 п 2 з 1 пВ (1) К В = агсз 1 п в - --Ы К зп ф 2(2) вращения относительно оси кожуха 1и оптического взаимодействия с чувствительными элементами, источниками2, 3 и приемниками 4-7 света.Инклинометр работает следующимобразом.Магниты 13, взаимодействуя с магнитным полем Земли, устанавливают поплавок 11 с диском 12 в плоскостимагнитного меридиана, При этом поплавок 11, компенсируя вес магнитов13 и диска 12, снимает нагрузку сподпятников 15, обеспечивая ударопрочность и минимальное трение в подпятниках 15,Луч света от источника света 2 попадает на призму 27, где поворачивается на 90 , затем разделяется надва луча, которые поворачиваются на90 параллельно оси кожуха 1.При вращении обоймы 31 с призмами27 два световых луча также вращаются. Один луч вращается по окружностис радиусом, на котором расположен 25приемник 5 света, а второй - по окружности с радиусом, на котором расположено отверстие 14 на диске 12,При совмещении луча с приемником 5света образуется опорный импульс О,(фиг. 4). При совмещении второго светового луча с отверстием 14 на диске12 луч попадает на кольцевую призму25 и на приемник 4 света, образуя измерительный импульс Б 1,1ЗВПри синхронном вращении призм 27одновременно опрашивается световымлучом чувствительный элемент занитного угла. При наклоне кожуха 1, например, на угол 6 , грузы 18 маятников стремятся совместиться с плоскостью наклона и, поворачивая диски17 при движении один навстречу другому, закручивают пружину 22 до техпор, пока противодействующий момент 45пружины 22 не уравновесит вращающиемоменты грузов 18. Вместе с тем, система из двух маятников займет положение, при котором равнодействующаявеса грузов 18 совместится .с плоскос Отью наклона скважины.Таким образом, в положении равновесия при равных массах грузов 18отверстия 24 в них займут симметричное положение относительно плоскости наклона, т.е. будут определятьположение апсидалъной плоскости,Угол раствора маятников с (фиг. 3)зависит от угла 8 наклона оси пригде С - жесткость пружины;у - угол закручивания пружины;Р - вес груза;г - расстояние центра тяжестигруза от оси вращения;с - угол раствора маятников;В - угол наклона оси прибора(зенитный угол) .Обозначив величины, зависящие от С, у, Р и г, коэффициентами К, и К , и решив уравнение (1) относительно 8, получают выражение для угла наклона Определение значения угла с и его положения относительно корпуса, т.е. положения апсидальной плоскости, производится следующим образом.Луч света от источника 3 преобразуется призмой 27 в два вращающихся луча. Первый луч вращается по окружности с радиусом, на котором установлен приемник 7 света, а второй - по окружности с радиусом, на котором расположены отверстия 24. При совмещении луча с приемником 7 образуется опорный импульс О, При совмещении второго луча с отверстиями 24 образуются последовательно два измерительных импульса П и П от приемника 6.При вращении вала 30 с постоянной угловой скоростью о 3 = сопзг измеряют время между опорным импульсом О и измерительными импульсами 0 и Бэ и определяют положение системы магнитов 13 относительно корпуса, а также положение системы из двух маятников относительно корпуса и угол Ы между ними.Например, на фиг. 4 представлено положение импульсов во времени в предположении совпадения опорных импульсов О , Очувствительных элементов азимута и зенитного угла. Угол определяют по времени г между импульсами П и П в виде с( = мг.Затем, с учетом известных для прибора постоянных С, , Р и г , по формуле (2) вычисляют зенитный угол 0Азимут Црб, т.е, положение магнитной системы относительно апсидальной плоскости, определяют по времени з+ 4 2 между измеритель 10 ным импульсом Ц и серединой временного промежутка между измерительными импульсами У и У в вице Ч 1 р 6=СЮ аЗначение полученного азимута Ч пагиб будет соответствовать истинному значению азимута 4 р скважины только при значениях ц 6, равных 0 , 90 , 180 , 270 о, так как угол Ч 6 между плоскостью магнитногопрцбмеридиана и апсидальной плоскостью измерен в нормальной плоскости по отношению к оси скважины.В остальных случаях возникает ошибка, аналогичная карданной ошибке авиационных курсовых гироскопических приборов при кренах, кабрировании и пикировании самолета.Истинное значение азимута Чг скважины в плоскости горизонта при зенитном угле О определяется вы- ражением агам ( -"- -- -), (3) СК Ч при 6 рст соз 8формула и з о б р е т е н и я 1. Инклинометр, содержащий цилинд рический кожух и соосно закрепленные в нем между источниками и приемниками света два корпуса, заполненные демпфирукщей жидкостью, в одном из Данная конструкция инклинометра 35 обеспечивает возможность импульсно- временной системы измерения, что позволяет повысить точность определения пространственных характеристик скважины и получить информацию, удобную для 40 дальнейшей обработки в ЭВМ. которых размещен чувствительный эле"мент азимута в виде поплавка с основным магнитом, а в другом - чувствительный элемент зенитного угла,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измерения, он снабжен установленной в кожухе оптико-механической системойкругового одновременного опросачувствительных элементов световымлучом, а чувствительный элемент азимута имеет дополнительный магнит инепрозрачный диск с отверстием, установленный в корпусе с воэможностьювращения в плоскости, перпендикулярной оси кожуха, поплавок закрепленна диске, а магниты в поплавке расположены под углом к диску в плоскостях, параллельных оси кожуха, приэтом чувствительный элемент занитного угла выполнен в виде двух соосноустановленных в корпусе маятников,которые образованы двумя дисками сзакрепленными на них грузами, причемдиски связаны между собой упругимэлементом и установлены с воэможностью вращения в плоскостях, перпендикулярных оси кожуха,2. Инклинометр по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что оптикомеханическая система кругового одновременного опроса чувствительных элементов световым лучом выполнена ввиде двух кольцевых призм, сооснозакрепленных в кожухе, двух подвижных призм и двигателя, кинематическисвязанного с валом, который установлен соосно в кожухе, и имеет на своих концах обоймы, при этом призмыразмещены в обоймах с возможностьюравномерного синхронного вращенияотносительно оси ко)куха и оптическоговзаимодействия с чувствительными элементами, источниками и приемникамисвета,3. Инклинометр по п. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что упругийэлемент выполнен в виде спиральнойпружины.1490264 г Составитель А.Цветковедактор М.Товтин Техред И Ходанич Корректор В.Гир аз 3677/ аа 514 Подписи ГКНТ СССР НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уагород, ул. Гагарина,Оид 4 8 ид 6