Автономный инклинометр

1559132 установлен с возможностью, взаимодействия с гидротолкателями 7, размещенными вце К 1, Нижняя поверхностьП 4 выполнена в виде сферическогосегмента, а шкала 8 установлена внижней части П 4. При этом К 1 заполнен двумя несмешивающимися жидкостями с разной плотностью, В эти жидкости погружен Н 4 и размещен между Э 6и шкалой 8 с возможностью свободногоперемещения относительно нити 3, МагИзобретение относится к бурениюнефтяных, газовых и геологоразведочных глубоких и сверхглубоких скважин, а именно к техническим средствам контроля пространственного положения ствола скважины в процессе бурения,Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности работы,На фиг. показан автономный инклинометр; на фиг.2 - шкала, вид состороны нижней части поплавка,Автономный ицклинометр содержит корпус 1, в котором размещены измеригельный элемент в виде шарика 2, съемного носителя информации и магнитной отрелки, стальная нить 3 с поплавком 4 и подпружиненный относительно корпуса 1 пружиной 5 прижимной элемент б, установленный с возможно"тью взаимодействия с гидротолкателями 7, размещенными вне корпуса 1 (показан один гидротолкатель). Нижняя поверхность поплавка 4 выполнена в виде выпуклого сферического сегмента а носитель информации - в виде сферической шкалы 8, изготовленной из мягкого тонколистового материала (например, алюминия) и установленной в нижней части поплавка 4, Корпус 1 заполнен двумя несмешивающимися жидкостями с разной плотностью, а поплавок, в котором выполнено коническое отверстие А, погружен в эти две жидкости и размещен между принщмцым элементом б и носителем информации (шкалой 8) с возможностью свободного перемещения относительно нити 3, Магнитная сгрелка выполнена в виде двух постоянных магнитов 9, диаметрально противоположниты 9 диаметрально противоположнозакреплены по П 4, а нить 3 размещена соосно с К 1 и связана с ним посредством пружины 11. В гидротолкателях 7 выполнены разные по площадипроходные отверстия Б, тарированныена различный расход бурового раствора. В момент измерения Э 6 прижимаетП 4 к шарику 2, По отпечаткам на шкале 8 определяют азимут и зенитныйугол. 2 з,п, ф-лы, 2 ил,1 но закрепленных на поплавке 4, Шарик2 выполнен из немагнитного материалаи размещен с возможностью свободного20 перемещения на вогнутой сферическойповерхности диска 10, Нить 3, выполненная, например, из вольфрама, размещена соосно в корпусе 1 и связанас ним посредством пружины 11, С при 25 жимным элементом 6 жестко связаншток 12 с уплотнительной манжетой13. В гидротолкателях 7 выполненыразные по площади проходные отверстия Б, тарированные на различныйрасход бурового раствораДля посадки гидротолкателя 7 на шток 12 служит втулка-ловитель 14, Для присоединения автономного инклинометра к низу бурильной колонки служит контейнер 15 и переводник 16. Метки 17 и18 на шкале 8 (фиг,2) соответствуютрасположению магнитов 9 на поплавке 4,Вес детали и элементы автономного40 инклинометра изготовлены из немагнитных материалов.Масса поплавка 4 в сборе и плотности жидкостей рассчитываются так,чтобы граница В раздела жидкостей45 совпала или была близка к горизонтальной плоскости, делящей поплавокна две половины,Масса погруженного в жидкости поплавка 4 равна сумме масс вытесненных5 О им жидкостей, каждая из которых имеет объем, равный.или близкий половине объема поплавка 4, т,е,Чп ЧМ =М +М = - м+и ж 1 ж551559132 М .= М- М,- М,133 г; Чмит Чд - Чм- Ч,= 145 см, Следовательно плотность5 материала поплавка должна быть равМ ,М, - массы соответственно легкойи тяжелой жидкостей, вытес-;ненных поплавком;Чп - объем поплавка;и г - плотности соответственноУ 1 Юлегкой и тяжелой жидкостей,При выполнении условия (1) гарантируется устойчивая плавучесть поплавка 4 и среднее его положение относительно границы В раздела жидкостей.при изменениях плотностей как самогоматериала поплавка 4, так и жидКостей, вызванных изменяющимися в широком диапазоне термобарическими условиями работы инклинометра в скважине.В качестве легкой и тяжелой жидкостей могут быть использованы, например, трансформаторное масло плотностью 0,88 г/см и глицерин плотностью 1,25 г/смДля принятой конструкции поплавка4 диаметром 100 мм, высотой 25 мм пооси и радиусом 50 мм сферических поверхностей, рассчитанным на измерение зенитного угла до 20 , объем поплавка 4 равен 150 ем,,Учитывая, что поплавок долженбыть погружен в глицерин на половинусвоего объема в соответствии с формулой (1), масса поплавка равнаи =160 гМасса М ги объем Ч-, поплавка складываются из масс и объемов материала,из кторго изготовлен оак, магнитов 9 и шкалы 8 (фиг 1)= М.,+М,+М,;йЧп = Ч маг+ Чм+ Чщкв на К = г/в 3.п с где М , М и М - массы соответст-. 40венно материала,магнитов и шкалы;Ч , Ч и Чщк объемы соответственно материала,магнитов и шкалы. 45 В качестве магнитов предлагаетсяиспользовать термостойкие постоянныемагниты из редкоземельного металлаЗшСО (самарийкобальт пять) с высокой 50магнитной энергией, диаметром 10 мм,высотой 6 мм, массой 8 г и объемам0,5 см каждый, Шкала 8, изготовЬленная из листового алюминия толщиной0,5 мм,при выбранных размерах будет 55Ъиметь массу 11 г .и объем 4 смТаким образом, масса и объем материала поплавка должны быть равны: у М /Ч = 0,92 г/см С такой плотностью предлагаетсявыбрать полиэтилен, а для повышениятермомеханических свойств его необходимо обработать радиационным методом,Автономный инклинометр работаетследующим образом,При наклоне прибора шарик 2 поддействием силы тяжести откатываетсяот оси на расстояние, соответствующее углу наклона (зенитному углуискривления скважины), при этом центршарика лежит на вертикали, проходящей через центр сферической поверхности диска 10,Радиус К этой поверхности определяется из условия где г - радиус диска О;о - верхний предел измерениязенитного угла искривленияскважины,Такой же радиус должна иметь сферическая шкала 8, установленная напоплавке 4,Поплавок 4 находится на границе В раздела жидкостей в горизонтальном положении под углом к оси корпуса 1 (нити 3), равным углу наклона инклинометра (зенитному углу искривления скважины). Нить 3, предназначенная для центрирования поплавка в корпусе 1, свободно продета через отверстие А в поплавке, Это отверстие выполнено коническим, чтобы при наклоне инклинометра нить не мешала свободному перемещению (вращению) поплавка по отношению к ней при установке его по горизонту и азимуту, а также при проведении измерений, Диаметр отверстия А в вершине конуса (в шкале 8) должен быть несколько больше диаметра нити, Например, если диаметр нити равен 0,3 мм, то от верстие в шкале следует выбрать рав ным 0,5 мм, Таким образом, в данной конструкции центр шкалы 8 всегда сов" падает с осью корпуса, 155913251 О показаны). 20 прототипом,25 30 35 40 45 50 55 Поплавок 4, находясь в горизонтальном положении, при взаимодействии земного магнитного поля с полями постоянных магнитов 9 ориентируется по азимуту, т.е, ведет себя подобно магнитной стрелке компаса,Регистрация параметроВ в автономном инклинометре осуществляется слеДфующим образом, В момент, когда необходимо зафиксировать зенитный уголи азимут искривления скважины, вколонну бурильных труб опускаетсягидротолкатель 7 и затем восстанавливается циркуляция бурового раствора, Гидротолкатель под собственнымвесом и увлекаемый потоком буровогораствора транспортируется к установленному в нижней части колонны бурильных труб автономному инклинометру, входит в отверстие втулки-ловителя 14 и упирается своим нижнимконцом в торец штока 12,Так как площадь проходных отверстий Б в гидротолкателе 7 меньше площади проходного отверстия бурильныхтруб, то при посадке гидротолкателяво втулку-ловитель 14 образуется гидроудар, вызывающий появление силы,под действием которой шток 12 опускается, преодолевая усилие сжатияпружины 5Прижимной элемент 6, связанный со штоком 12, увлекает за собой поплавок 4 и прижимает его к шарику 2, На шкале 8 образуется меткав виде вмятины Г (фиг,2) от шарика 2,по расположению которой определяютзенитный угол ( ь,) и азимут 3 )искривления скважины,Глубина (площадь) вмятины зависитот усилия прижатия поплавка 4 к ша рику 2, т,е, от площади проходныхотверстий Б, расхода бурового раствора и усилия сжатия пружины 5,Когда действие гидроудара прекратится, пружина 5 возвращает шток 12с прижимным элементом 6 в исходноеположение, поплавок 4 освобождаетсяи всплывает, так как он был погруженв тяжелую жидкость с плотностью узинклинометр готов к следующему измерению,В,случае необходимости измеренияв другой точке ствола скважины операцию повторяют, опуская второй гидротолкатель с отверстиями Б, имеющи-.ми большую или меньшую, чем у перво"го гидротолкателя, площадь,При этом вторая метка Д, соответствующая зенитному углуи азимугту р на шкале 8 (фиг.2), отличается от первой глубиной (площадью) вмятиныеДля второго гидротолкателя в конструкции инклинометра предусмотрена своя втулка-ловитель, и он при посадке упирается в верхний торец первого гидротолкателя 7 (второй гидротолкатель со своей втулкой-ловителем не Считывание показаний производится после подъема с забоя скважины и разборки инклинометра, В очередном рейсе бурильного инструмента устанавливается новая сменная шкала 8 на поплавке 4.Изобретение позволяет повысить точность измерения и надежность работы инклинометра по соавнению с Формула изобретения 1, Автономный инклинометр, содержащий заполненный жидкостью корпус,в котором размещены измерительныйэлемент в виде шарика, съемного носителя информации и магнитной стрелки, стальная нить с поплавком, и подпружиненный относительно корпуса прижимной элемент, установленный с возможностью взаимодействия с. гидротолкателями, размещенными вне корпуса,о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что,с целью повышения точиости измеренияи надежности работы, корпус заполнендвумя несмешивающимися жидкостями сразной плотностью, а поплавок, нижняя поверхность которого выполненав виде выпуклого сферического сегмента, погружен в две несмешивающиесяжидкости и размещен между прижимнымэлементом и носителем информации свозможностью свободного перемещенияотносительно нити, размещенной соосно в корпусе и связанной с ним, приэтом магнитная стрелка выполнена ввиде двух постоянных магни.".ов, диаметрально противоположно закрепленных на поплавке, носитель информации - в виде сферической шкалы, установленной в нижней части поплавка,а в гидротолкателях выполнены разныепо площади проходные отверстия, тарированные на различный расход бурового раствора,5593 ный или близкий половине объема Седер Фиг Составитель А,Цветковедактор О,Юрковецкая Техред М.Моргентал Коррект учеряваПодписное раж 4 Зака з 1859ВНИИПИ Государс нного комитета по 3035, Москва, Жизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарин 2, Инклинометр по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что масса погруженного в жидкости поплавка равна сумме масс вытесненных им жидкостей, каждая из которых имеет объем, равпоплавка,3, Инклинометр по и,1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что нить связана с корпусом посредством пружины,обретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., д. 4/5