Гироскопический инклинометр

(54) ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ к промысло"овыситьс ы инкли ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ Св(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофи зики(56) Авторское свидетельство СССР В 290112, кп. Е 21 В 47/12, 1969.Авторское свидетельство СССР В 642473, кл. Е 21 В 47/022, 1977.Исаченко В.Х, Инклинометрия скважин. - М,: Недра, 1987, с. 78-83.(57) Изобретение относитс вой геофизике и позволяет точность и надежность раб нометра при измерении углов искривления скважины. Гироскопический инклинометр содержит наземный блок 24 и скважинный прибор 23, блок 22 переда чи информации которого связан с блоком 24. В основном корпусе прибора 23 .размещен дополнительный корпус, подпружиненный в осевом направлении относительно основного корпусаВнутри дополнительного корпуса установлены трехстепенной гироскоп с системой горизонтирования его главной оси, индукционные датчики (Д) 4 и 14 азимутального и зенитного углов, индукционный Д 3 определения приборного азимута,вертикальный маятник и блок 22. Блок й 24 выполнен в виде двух фазометров (Ф)е 29,30 и регистратора 32, а блок 22 - в виде трех фазосдвигающих КС-цепей 25, 26, 27 и телеизмерительной системы (ТС) 28. Индукционные Д 3 и 141548423 размещены в герметичных камерах, заполненных демпфирующей ящцкостью.Выходы Д 3, 4 и 14 через КС-цепи 25, 26, 27 связаны с ТС 28, выход которой соединен с входами Ф 295 и 30. Сигналы Ы,. с Д 4 и о с Д 3 поступают через ЕС-цепи 26 и 25 в ТС 28 и Ф 29. С выхода ф 29 сигнал, Ы - Ы , пропорциональный гироскопи15Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано для измерения азимута и зенитногоугла скважин, обсаженных стальнымиколоннами или пробуренных в породах смагнитной восприимчивостью.Цель изобретения - повьппение точности и надежности работы инклинометра,На фиг. 1 приведен скважинный прибор инклинометра; на фиг. 2 - блоксхема инклинометра.Гироскопический инклинометр содержит скважинньп прибор (фиг. 1), внутри основного герметичного корпуса 1которого размещен дополнительныйкорпус 2, В корпусе 1 внутри дополнительного корпуса 2 установлены свободный трехстепенной гироскоп с системой горизонтирования его главной оси,датчик 3 определения приборного ази 35мута, датчик 4 азимутального угла ивертикальный маятник 5. Датчики 3 и4 выполнены индукционными в виде, например, бесконтактных синусно-косинусных трансформаторов (БСКТ). Вертикальный маятник 5 установлен на роторе датчика 3, а ротор датчика 4 черезмуфту 6 соединен с наружной рамкой 7гироскопа. Система горизонтированияглавной оси гироскопа выполнена в виде установленного на внутренней рамке 8 гироскопа жидкостного маятникового датчика 9, связанного электрическис моментным двигателем, ротор 10 которого закреплен на оси наружной рамки 7, а статор 11 на корпусе 12 гироскопа. Датчик 3 с вертикальным маятником 5 размещен вгерметичной камере13 заполненной демпфирующей жидкос 155тью.Внутри дополнительного корпуса 2установлен также датчик 14 зенитногоугла, который по аналогии с датчиками ческому азимуту, поступает в регистратор 32, Истинньп азимут определяютдобавлением к гироскопическому азимуту разности между истинным и приборнымазимутами, определенной на поверхности Земли. Зенитный угол измеряют Д 14,сигнал с которого через КС-цепь 27,ТС 28 и Ф 30 поступает на регистратор32. 1 з,п. Ф-лы, 2 ил. 3 и 4 выполнен индукционным в виде БСКТ. Датчик 14 закреплен на рамке 15 с эксцентричным грузом 16. На валу датчика 14 установлен груз 17. Датчик 14 размещен в заполненной демпфирующей жидкостью герметичной камере 18.Дополнительный корпус 2 подпружинен в осевом направлении относительно основного корпуса 1 посредством приспособления в виде кольца 19, направляющих 20 и пружин 21. Направляющие 20 размещены с возможностью перемещения в отверстиях кольца 19, за- крепленного в корпусе 1.В основном корпусе 1 расположен также блок 2 передачи информации.Кроме скважинного прибора 23 (Фиг. 2) гироскопический инклинометр содержит наземный бпок 24. Блок 22 передачи информации связан кабелем с на-, земным блоком 24 и выполнен в виде трех фаэосдвигающих КС-цепей 25-27 и телеиэмерительной системы 28. Наземный блок 24 выполнен в виде двух цифровых фазометров 29 и 30. Выход фазометра 29 через преобразователь 31 связан с регистратором 32, а выход фазометра 30 черезпреобразователь 33 связан с регистратором 32.Выходы индукционных датчиков 3, 4 и 14 через фаэосдвигающие цепи 25-27 связаны с телеизмерительной системой 28, выход которой соединен с входами фазометров 29 и 30.В качестве телеизмерительной системы 28 может быть использована известная телеизмерительная система для аппаратуры геофизических исследований скважин, содержащая частотные преобразователи, пассивный сумматор и выходной каскад, выполненный на двух лампах, работающих на общую нагрузку.В качестве регистратора 32 может быть использовано регистрирующее пе 5 15484 чатающее устройство УП,типа "Ортех" выдающее информацию на бумажном носителе в цифровом ниде.Преобразователи 31 и 33 выполняют Функцию блока управления регистрато 5 ром 32, преобразуя параллельньп код фазометров 29 и 30 н последовательно- параллельный код, носпринимаемьп регистратором 32.Гироскопический ичклинометр работает следующим образом.Перед началом измерений на поверхности земли скважинньп прибор.отклоняется от вертикали н направлении, азимут которого точно известен, и снимаются показания прибора. Затем определяется разность между истинным азимутом и приборным с учетом кардановой погрешности. Эта разность запоми кается. Данной операцией определяют угол между вектором кинетического момента гироскопа и истинным азимутом. Затем скважинньп прибор на кабеле опускается в скважину и при его подь еме начинается непрерывное измерение азимута и зенитного угла скважины.При движении свкнажинньп прибор вращается вокруг собстненной оси, а вектор кинетического момента трехсте пенного гироскопа не изменяет своего положения в инерциональном пространстве и, следовательно, не будет изменять своего положения и наружная рамка 7 гироскопа. Сигнал с датчика35 .4, статор которого жестко закреплен на дополнитепьном корпусе 2, а ротор через муфту 6 связан с наружной рамкой 7 гироскопа, будет пропорционален углу между корпусом 2 прибора и вектором кинетического момента гироскопа. Обозначим его через Ы. Этот сигнал поступает на фазосдвигающую КС-цепь 26, а затем подается на вход в телесистему 28. Сигнал с датчика 3, статор которого также жестко закреплен на дополнительном корпусе 2, а на вал ротора установлен вертикальный маятник 5, будет пропорционален углу между дополнительным корпусом 2 прибора и апсидальной плоскостью. Обозначим этот угол через Этот сигнал поступает на фазосдвигающую КС-цепь 25, а затем на соответстВующий вход В телесистему 28, В теле системе 28 эти сигналы преобразуются и по кабелю подаются в наземный блок 24, где поступают в цифровой Фазометр 29. С выхода фазометра 29 сигнал,23пропорциональньп гироскопическому азимуту, который равен разности двух сигналон о - Ы , подается на вход пре-образователя 31, с выхода которого поступает на регистратор 32. Для того, чтобы определить величину истинного азимута необходимо к гироскопическому азимуту, скорретированному на величину карданоной погрешности, добавить разность между истинным и приборным азимутами, определенную на поверхности Земли. При сборке скважинного прибора датчики 3 и 4 устанавливаются таким образом, чтобы при расположении вектора кинетического момента гироскопа н апсидальную плоскость с выходов обоих датчиков шпи нулевые сигналы, а обмотки включены таким образом, что при повороте корпуса 1 их показания изменялись однозначно.Для горизонтирования вектора кинетического момента на ннутрнней рамке 8 гироскопа установлен ящцкостной маятниковый датчик 9, сигнал с которого подается на моментньп двигатель, ротор 10 которого закреплен на валу наружной рамки 7, а статор 11 в корпусе 12 гироскопа.Муфта 6 служит для компенсации несоосностей и перекоса осей вала датчика 4 и вала наружной рамки 7 гироскопа, что уменьшает величину паразитных моментов, действующих на наружную рамку 7 гироскопа.Для увеличения степени демпфирования вертикального маятника 5, закрепленного на валу датчика 3 при движении скважинного прибора, эти элементы помещены в герметичную камеру 13, заполненную демпфирующей жидкостью.Зенитный угол измеряется с помощью датчика 14, который установлен на рамке 15 с эксцентричным грузом 16, на валу ротора датчика 14 закреплен груз 17. Сигнал с датчика 14, пропорциональный зенитному углу, поступает в фазосдвигающую РС-цепь 27, которая соединена с соответствующим входом теле- измерительной системы 28. Далее сигнал по кабелю передается н наземный блок 24, где поступает и фазометр 30. С выхода фазометра 30 сигнал через преобразователь 33 передается на регистратор 32., Для демпфирования колебаний, возникающих при движении прибора по скважине, датчик 14 зенитного угла помещен н герметичную камеру 18, заполненную ющкостью.Для уменьнения осевых возмущающих воздествий, возникающих при движении прибора, на вертикальный маятник 5 и груз 11 датчика 14 зенитного угла а также для повышения надежности5 гироскопиче;кого инклинометра узлы блока датчиков закреплены в корпусе 1 при помощи дополнительного корпуса 2, амортизирующих пружин 21, которые установлены на направляющих 20, перемещающихся в отверстиях кольца 19.Предлагаемый инклинометр по сравнению с известным имеет более высокую точность измерения, так как не содер жит токоподводов, в которых возникают моменты трения действующие на экс 1центричную рамку, Кроме того, повьппается надежность работы инклинометра, так как исключены отказы, обусловлен О ные в известном устройстве износом щеток токоподвода и их загрязнением. Наличие демпфирования элементов позволяВет производить измерения азимута и зенитного угла в процессе движения, 25Применение фазового метода измерения позволило упростить электрическую схему преобразования и передачи измерительных сигналов.ЗОформула изобретения 1. Гироскопический инклинометр, содержащий наземный блок и скважинный прибор, в основном корпусе которого расположены трехстепенной гироскоп с системой горизонтирования его главной оси, датчики азимутального и зенитного углов, вертикальный маятник и блок передачи информации, связанный с наземным блоком, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения точности и надежности работы, он снабжен датчиком определения приборного азимута и размещенным внутри основного корпуса дополнительным корпусом, при этом наземный блок выполнен в виде двух фазометров, блок передачи информации - в виде трех фазосдвигающих ВС-цепей и телеизмерительной системы, а датчики азимутального и зенитного углов и датчик определения приборного азимута выполненЫ индукционными, причем гироскоп с системой горизонтирования, вертикальный маятник и датчики установлены внутри дополнительного корпуса, а выходы датчиков через фазосдвигающие цепи связаны с теле- измерительной системой; выход которой соединен с входами фазометров.2. Инклинометр по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный корпус подпружинен в осевом направлении относительно основного корпуса, а индукционный датчик определения приборного азимута и датчик зенитного угла размещены в герметичных камерах, заполненных демпфирующей ,жидкостью., Бугренкова ороль ректо дписное 2 Зак 86 Т тениям и открытиям при ГКНТ СССР ская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 осударствеиного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Ра П 70