Многоприборный трехкомпонентный ориентируемый зонд

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцнапнстнчесинхРеспублик(23) Приоритет СССР дв делан наабретеннй н открытийДата опубликования описания 17.05.82 А.А. Меньтюков и В.А. Куликов у(72) Авторы изобретенияИнститут геологии и геофизики Сибирского отделения АН СССР(7 ) Заявитель,(54) МНОГОПРИБОРНЫЙ ТРЕХКОМПОНЕРТНЫЙ ОРИЕНТИРУЕМЫЙ ЗОНДИзобретение относится к сеисмическим исследованиям и предназначено для ориентации сейсмоприемников в обсаженных скважинах с целью получения сейсмических записей, ориентированных по азимуту.3Для ориентации сейсмоприемников в обсаженных скважинах можно применять устройства, основанные на использовании данных инклинометрии скважины В 3,Устройства ориентации сейсмоприем- тф ников, основанные на использовании данных инклинометрии, могут работать только в наклонных скважинах, При этом с уменьшением угла наклона точность ориентации резко падает.Известны устройства, основанные на использовании гироскопов 2 3.Использование гироскопической системы ориентации связано с уменьшением20 надежности, так как горископ - это элек-. тромеханическая система с большим количеством элементов высокой сложности; с увеличением стоимости скважинных приборов, так как стоимость гиросйо= пов, отвечающих техническим требованиям разрабатываемой скважинной сейсмической аппаратуры, исчисляется десятками тысяч рублей, а также со снижением производительности, связанной с затратами времени на разгон и торможение гиромотора.Известенмногоприборный трехкомпонентный зонд, состоящий из нескольких соединенных кабелем приборов, каждый из которых содержит контейнер с сейсмоприемниками, систему дистанционной передачи угла и принудитель" ной ориентации контейнеров по азимуту относительно корпуса прибора. 8 этом зонде гироскопическую систему имеет только один из приборов, а ориентация остальных осуществляется по поляризованному лучу света34.Эта конструкция, оснащеннаф слож" ной дорогостоящей гироскопической системой, имеет низкую точноеФь ориентации, так как в ней применен ги 3 92828 роскоп типа СГ-6 с,собственным дрейфом 45-60 в час.Цель изобретения - повышение надежности, упрощение конструкции и уменьшение стоимости многоприборного трех- компонентного ориентируемого зонда,Для достижения указанной цели многоприборный трехкомпонентный зонд, состоящий из нескольких соединенных кабелей приборов, каждый из которых 10 содержит контейнер с сейсмоприемниками, систему дистанционной передачи угла и принудительной ориентации контейнеров по азимуту относительно корпуса прибора, снабжен развязывающими 15 устройствами с датчиками угла, соединяющими приборы посредством металлорукава, а корпуса приборов снабжены не менее чем тремя группами направляющих колес, имеющих две сте- рр пени свободы.На Фиг. 1 приведена блок-схема многоприборного трехкомпонентного ориентируемого зонда, состоящего из двух приборов; на фиг. 2 - эскиз раз вязывающего устройства.Зонд 1,фиг. 1) состоит из двух приборов 1 и 2, соединенных между собой кабелем 3 и металлорукавом 4. В верхней и нижней части прибора 1, а также в нижней части прибора 2 установлены развязывающие устройства 5 с токосъемниками не показаны). Приборы 1 и 2 содержат контейнеры 6 с сейсмоприемниками, вращающиеся на опорах 7, и системы дистанционной передачи угла и принудительной ориентации 8. В нижнем развяэывающем устройстве приборов установлены датчики угла 9, статор которых закреплен неподвижно относительно верхней части развязывающего устройства, а ротор - относительно нижней, Приборы передвигаются по стволу скважины на колесах 10.Эскиз развязывающего устройства фиг, 2 ) представляет собой подвижное сопряжение, состоящее из корпуса полу- муфты 11 с крышкой 12 и заглушкой 13 и из трубчатого вала-полумуфты 14. Между собой полумуфты сочленены посредством упорного 15 и радиально- упорного 16 подшипников. Подшипники в корпусе и на валу удерживаются гайками 17 и 18, Для герметизации внутренней полости поставлены уплотне 55 ния 19 и 20. В полость заливается не- проводящая электрический ток жидкость, например грансформаторное или конденсаторное масло. В полости развязывающего устройства установлен кольцевой токосъемник 21 и датчик угла 9. Кроме того, на фиг, 2 показаны кабельный наконечник 22, накидная гайка-стакан 23 и головка скважинного прибора 24.Корпуса всех скважинных приборов зонда для беспрепятственного передвижения по стволу скважины снабжены не менее чем тремя группами направляющих колес 10, расположенных симметрично относительно продольной оси корпусов. Плоскости вращения колес, пересекаясь, образуют линию, расположенную по продольной оси скважины, что исключает поворот корпуса относительно стенки скважины в азимутальной плоскости при его поступательном движении по стволу скважины, Колеса 10 должны прижиматься к стенке скважины, например, пружинами. При этом сила прижима должна быть такой, чтобы трение скольжения колес в азимутальной плоскости было намного больше тре- - ния качения в направлении движения- прибора по стволу скважины.Металлорукав 4 представляет собой гибкий, гофрированный, герметичный трубопровод, заключенный в оплетку и снабженный присоединительной концевой арматурой. Тип рукава 4603 А-20-3 ОСТ 100697-74, Данный металлорукав используется в качестве стабилизирующей связи, удерживающей ориентацию приборов зонда в одном направлении,Для развязки от механических напряжений, накапливающихся на кабеле 3 во время его смотки и размотки с барабана лебедки и приводящих каротажный зонд при спускоподъемных операциях во вращение, между кабелем и верхним прибором зонда размещено развяэывающее устройство 5 с токосъемником.Такие же развязывающие устройства установлены на нижнем конце всех скважинных приборов. Через развязывающее устройство разворот прибора в азимутальной плоскости, относительно соответствующего ему верхнего прибора, посредством металлорукава 4 передается на ось ротора угла системы ориентации верхнего прибора. При этом датчик угла 9 системы ориентации верхнего прибора показывает на первой верхней точке наблюдения 1, при каротаже скважины сверху вниз) азимутальный угол, на который развернут корпус нижнего прибора относительно соответ928285 ствующего ему корпуса верхнего прибора, т.еФиксирует ориентацию нижнего п.рибора,На следующей точке наблюдения верхний прибор принимает .ориентацию нижнего на предыдущей точке, поэтому истинный угол ориентации нижнего прибора находится суммированием данногопоказания датчика угла 9 и угла ориентации этого прибора на предыдущей 10точке. На последующих точках - суммированием показаний датчика угла 9на каждой данной точке и всех предыдущих. При этом истинный угол ориентации каждого нижестоящего прибора 15зонда определяется суммированием углов всех верхних приборов на всехточках наблюдений.Многоприборный трехкомпонентныйориентируемый зонд работает в скважи- гоне следующим образом.Корпус каждого прибора обеспеченне менее чем тремя группами направляющих, опирающихся на стенки скважинырядом колес, плоскости вращения которых,пересекаясь, совпадают с продольной осью скважины.При каротаже наклонных скважинтриборы должны двигаться например,под воздействием силы тяжести), по- зовторяя все изгибы скважины. Гсли быплоскости вращения колес были фиксированы и, пересекаясь, совпадали бытолько с продольной осью корпусаприбора, то прибор по изгибу наклонной скважины не смог бы двигаться,так как скважина, имея поворот впространстве, диктует поворот и прибору в том же направлении, а он неможет повернуться, так как плоскости 40вращения колес Фиксированы и совпадают только .с продольной осью прибора,а трение скольжения колес в азиму,тальной плоскости велико и не позво ляет прибору развернуться относительно стенки скважины.Поэтому, цтобы прибор двигался поизгибу скважины, не отрываясь колесами от стенки, необходимо, чтобы плоскости вращения колес, пересекаясь,50совпадали бы на изгибе с продольнойосью скважины, Для этого необходимо,цтобы каждое колесо при движении поизгибу скважины меняло наклон своейплоскости вращения относительно про 55дольной оси прибора до совпадения спродольной осью скважины, т.е. чтобыколеса имели степень свободы по углунаклона плоскости вращения,6Необходимым для данного устройства является условие повторения приборами всех изгибов при движении зонда по стволу наклонных скважин и движение всех приборов по одной траектории, так как только в этом случае верхний прибор при передвижении на следующую точку наблюдения принимает ориентацию нижнего. Из-за различий в изготовлении приборов и неправильностей в геометрии скважин накапливается ошибка в ориентации. Увеличение числа колес по длине окружности увеличивает точность ориентации в этом случае. Ошибка в ориентации на-. капливается и за счет того, насколько точно ориентация нижнего прибора передается на датчик угла верхнего по металлорукаву через развяэывающее устройство, которое также имеет трение вращения. В качестве датчика угла можно использовать сельсин или датчик угол-код, например типа ДПМ.Самой точной, но более сложной в осуществлении, является система передачи угла ориентации от прибора к прибору по поляризованному лучу света, которую здесь также можно применить.По сравнению с гироскопическим устройством ориентации сейсмоприемников данный зонд проще, надежнее и экономичней. Для того, чтобы подготовить к спуску в скважину многоточечный зонд с гироскопической системой ори- ентации, требуется подать не менее 9 команд: обращение к прибору, контроль ориентации, включение гиромотора и др. Кроме того, при подаче команд обязательно нужно соблюдать их очередность. Все это требует высокой собранности оператора, неослабного его внимания. Затраты времени при этом составляют не мене 30 мин, при переходе от точки к точке - не менее 10 мин. Это при условии безошибочной работы оператора. А так как применяемые гироскопы обладают высоким собственным дрейфом и уходы их несистематические (так как зависят от множества факторов: трение в подшипниках, изменение температуры, ударные нагрузки и др.), то большие затраты времени при спуске прибора в скважину и при переходах на точки наблюдения вносят значительные погрешности в ориентировании сейсмоприемников и подвергают сомнению результаты геоФизических наблюдений.При эксплуатации многоточечноготрехкомпонентного гироскопическогозонда знаний геофизика-оператора (аэто, как правило, техники-геофизики)совершенно недостаточно, Таких операторов необходимо специально обучатьлибо вводить дополнительно в штатгеофизического отряда инженера, хорошо разбирающегося в радиоэлектронике, Предлагаемый же способ и устройство просты по своей сути и приэксплуатации не требуют подготовкикадров. Ремонт и настройка такихблоков гироскопического зонда каксистема ориентации и система управления в полевых условиях невозможны,так как требуют привлечения специальной аппаратуры, которой геофизические подразделения не обеспечиваются.Например, аппаратуры для просверкиработы гироскопа. Устройство можетработать без помех в условиях йовышенных (более +120 ОС) температур. Гироскопицеские же зонды без термостабилизирующих устройств могут работатьтолько до (+60). - (+80) С.Зонд предпочтительно использоватьдля работы в новых скважинах, в которых обсадные трубы незначительно изменены коррозией,Каротаж скважины можно проводитькак традиционным способом снизу вверх,так и сверху вниз,Приборы зонда рекомендуется оснастить центрирующим прижимным устройством. Можно предусмотреть, чтобы присрабатывании прижима колеса отжимались от стенки скважины и фиксировались в корпусе прибора Конструкциюможно выполнить так, цтобы колесарибора, расположенные на разных уровнях ( глубины скважины), отжимались, автономно. Такое устройство припоочередном отжимании колес поэволяе 1переходить приборам зонда с одногодиаметра обсадной трубы на другойбеэ потери ориентации,Формула изобретения1 О Многоприборный трехкомпонентныйориентируемый зонд, состоящий иэ нескольких соединенных кабелем приборов, каждый из которых содержит контейнер с сейсмоприемниками, систему1 дистанционной передачи угла и принудительной ориентации контейнеровпо азимуту относительно корпуса прибора, а т л и ц а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения надежности,упрощения конструкции и уменьшениястоимости многоприборного трехкомпонентного ориентируемого зонда, онснабжен развязывающими устройствамис датчиками угла, соединяющими приборы посредством металлорукава, акорпуса приборов снабжены не менеечем тремя группами направляющих колес, имеющих две степени свободы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРН 314165, кл. С 01 Ч 1/16, 1968.2. Виноградов Ф.В, Некоторые резуль" таты опробования скважинного трехкомпонентного сейсмоприемника с автома 35тической ориентировкой в сб, "Поперечные и обменные волны в сейсморазведке", И., "Недра", 1967, 141- 145.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ю 2771935/18-25,кл. 6 01 Ч 1/40, 1979 (прототип),Э 28285 0 2.2 Соста Техое орректор М,одписное ик ета СССРрытий б. ПП "Патент , г. Ужгород, ул ли ктная Редактор Т, Парфенова ж е 4 Й Юж Заказ 3232/58 ВНИИПИ Го по дел 113035 Мосно го коми т ений и отк Раущская