Инклинометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК В 47/022( .,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУВаваее имо- неьшой ди ку- меж- елью2и А, С. Клконструктских аппар рское бюро тов г. Грозо СССР21 В 47/022,СССР1979. видетельст 9/03, кл. Е ин идетельство 1 В 47/022,ате- разе и жащии датчик ичным тнико- аятнирны д и с ф ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54) (57) ИНКЛИНОМЕТР, соде корпус, шарнирно связанный с ним азимута, рамку-маятник с эксцент грузом, в которой расположены ма вый датчик больших углов и блок,80,1134705 А ковых датчиков малых углов, включаю два реостатных преобразователя, вза действующих с заключенными между подвижными упорами маятниками бол длины, оси качания которых перпен лярны оси вращения рамки-маятника и ду собой, отличающийся тем, что, с ц повышения точности измерения угло скважинах с высокими температурой и лением, блок маятниковых датчиков ма углов снабжен двумя дополнительн маятниками, длина которых больше дл его основных, а каждый из преобразов лей выполнен в виде двух параллельно несенных секций, при этом дополнител маятники установлены между упорам оси качания их взаимно перпендикул и соосно совмещены в единой плоскос осями качания основных маятников.Изобретение относится к геофизическим скважинным приборам для измеренияпараметров искривления нефтяных и газовых скважин.Известен инклинометр, содержащий множительно-передаточные механизмы, осуществляющие преобразование масштабауглов, задаваемых маятниками большойдлины 11.Однако такое выполнение конструкцииинклинометра вследствие кинематическихособенностей кулисных механизмов одновременно с повышением чувствительностии уменьшением осевых габаритов датчиковмалых углов приводит к возникновению иувеличению нелинейности теоретическиххарактеристик последних. Это требует введения поправок в результаты измеренийлибо использования специальных средствавтоматической линеаризации упомянутыххарактеристик, что связано с большими затратами времени на обработку полезной 2 Оинформации, либо с усложнением измерительной схемы инклинометра. Кроме того, измерительная система инклинометра, включающая рамку-маятник с размешеннымивдоль нее датчиками, имеет недостаточновысокую плотность компоновки датчиков,что отрицательно сказывается на работеприборов в комценсированном охрачномкожухе при высоких температурах и давлениях скважинной среды. Заполнение жепустот металлическими фигурными болван- ЗОками, служащими для уменыпения объемакомпенсирующей жидкости, приводит кусложнению ориентирующей способностирамки-маятника.Известен также инклинометр, содержащий корпус, в котором размещена и шарнирно связана с ним рамка-маятник с эксцентричным грузом, в которой расположенымаятниковый датчик больших углов и блокмаятниковых датчиков малых углов, включающий два реостатных преобразователя, 40взаимодействующих с заключенными междунеподвижными упорами маятниками большой длины, оси качания которых перпендикулярны оси вращения рамки маятника имежду собой 12.Недостатками этого инклинометра являются значительный осевой габарит рамкнмаятника вследствие последовательногоразмещения вдоль ее оси маятников большой длины и невысокая чувствительностькинематически связанных с последними параметрических преобразователей вследствиеограничения длины их параметрических элементов (реохордов) диаметром рамки-маятника,Цель изобретения - повышение точности измерения углов в скважинах с высокимитемпературой и давлением.Укаэанная цель достигается тем, что винклинометре, содержащем корпус, шарнирно связанный с ним датчик азимута, рамку-маятник с эксцентричным грузом, в которой расположены маятниковый датчик больших углов и блок маятниковых датчиков малых углов, включающий два реостатных преобразователя, взаимодействуюгцих с заключенными между неподвижными упорами маятниками большой длины, оси качания которых перпендикулярны оси вращения рамки-маятника и между собой, блок маятниковых датчиков малых углов снабжен двумя дополнительными маятниками, длина которых больше длины его основных, а каждый из преобразователей выполнен в виде двух параллельно разнесенных секций, при этом дополнительные маятники установлены между упорами и оси качания их взаимно перпендикулярны и соосно совмещены в единой плоскости с осями качания основных маятников.На фиг, 1 изображен инклинометр, общий вид, разрез;на фиг, 2 - разрез А - Л на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б - Б на фиг. 1; на фиг, 4 - разрез Б - В на фиг. 1.Инклинометр содержит корпус 1, имеющий вид полого цилиндра, внутри которого сооснс с ним между верхним 2 и нижним 3 мостами размещена рамка-маятник 4 с эксцентрично закрепленным на ней грузом 5. Фаусты жестко соединены с корпусом 1 и при помощи шарикоподшипников 6 и 7 и полуосей рамки-маятника 4 образуют с последней одноподвижную вращательную кинематическую пару карданового подвеса, Внутри рамки-маятника 4 в верхней ее части расположен датчик азимута (не показан), который может иметь различное конел руктивное исполнение. При этом непременным атрибутом кинематической связи датчика азимута с рамкой-маятником 4 является кольцо карданового подвеса (не показано), внутренняя пара полуосей,которого служит для шарнирного соединения с кожухом упомянутого датчика, имеющим центр тяжести ниже указанных полуосей, а внешняя - для шарнирного закрепления на внутренних стенках рамки- маятника 4, причем одна из пар полуосей совмещена с плоскостью ориентации рамки- маятника 4, проходящей через продольную ось й центр тяжести груза 5. Под, датчиком азимута в рамке-маятнике 4 последовательно размещены датчик больших углов и блок маятниковых датчиков малых углов.Датчик больших углов включает в себя жестко связанный с рамкой-маятником 4 фигурный мост 8 с винтовыми упорами 9 и 10, маятник 11, шарнирно подвешенный к мосту 8 и несущий токосъемную щетку 12, контактирующую с контактной дорожкой реохорда 13,размещенного на электроизоляционной плаРасстояние между осью подвеса каждого из маятников 16, 17, 8 и 19 и кон. тактной дорожкой каждого из реохордов 27, 28, 31 и 32 определяется диаметром рамки-маятника 4 и максимальным зенитным уг;юм, при котором происходит совмещение плоскости ориентации упомянутой рамки с плоскостью искривления скважины. Обычно величина этого угла, определяемая - конструктивными особенностями инклинометра, не превышает 5. Исходя из этого угол качания каждого из маятников 16, 17, 18 и 19 принят равным 8 = =5. При этом угол качания маятника1, обеспечивающий измерение максимально возможного для скважины зенитного угла о, уменьшен до величины Бг=8 - 81. Таким образом, диапазон измерения зенитных углов скважины от 0 до 8 разбивается на два поддиапазона: отОдо 81 нот , дод Оценивая компоновку преобразователей блока датчиков малых углов (см. фиг. 4)Ф нетрудно убедиться в том, что суммарная длина параллельных между собой реохордов 27, 28 и 31, 32 больше максимальной длины диаметрально расположенного в рамке-маятнике 4 реохорда. Благодаря этому в предлагаемом инклинометре по сравнению с известным при одном и том же значении угла б 1 и одинаковом диаметре рамки-маятника 4 расстояние между осью подвеса каж- и дого из маятников оольшои длины и кони тактнои дорожкои каждоГо из реохордов блока маятниковых датчиков малых углов превышает ранее допустимое значение. Это при значительно меньшем осевом габарите блока маятниковых датчиков малых углов приводит к повышению чувствительности последних, а следовательно, и к повышению точности измерения инклинометра в целом. При этом идеальные выходные характеристики упомянутых датчиков остаются неизменными, сохранив вид линейной функции.Инклинометр работает следующим образом.При отклонении корпуса 1 от вертикали на малый зенитный угол, при котором момент, вращающий рамку-маятник 4, недостаточен для установления плоскости ее ориентации в плоскости искривления скважины, измерение геометрических характеристик последней осуществляют с помощью датчика азимута и блока маятниковых датчиков малых углов. При этом датчик азимута горизонтируется с помощью кольца карданового подвеса, а одна пара маятников большой длины со взаимно перпендикулярными осями подвеса (16 и7, 17 и 18;18 и 19 либо 19 и 16) в отличие от трех других отклоняет свои токосъемные щетки от нулевых положений на соответствующих контактных дорожках реохордов (27 и 31;31 и 28; 28 и 32 либо 32 и 27). Получаемые в этом случае выходные сигналы 1134705 те 14, установленной на поверхности моста 15. При этом ось качания маятника 11 перпендикулярна плоскости ориентации рамки-маятника 4. Щетка 12 смещена относительно центра тяжести маятника 11, жестко соединена с последним и при вертикальном положении продольной оси рамки-маятника 4 указывает своим токосъемным концом на начало контактной дорожки реохорда 13, как показано на фиг. 1. Упор 10 контактирует с телом маятника 11, а 10 упор 9 служит для ограничения углового перемещения последнего с целью предотвращения выхода с контактной дорожки реохорда 13 щетки 12 и защиты ее от удара о стенку рамки-маятника 4. Мост 15 жестко связан с рамкой-маятником 4 и имеет вид15 соосно ориентированного с ней цилиндра с четырьмя взаимно перпендикулярно размещенными в единой плоскости радиальными отверстиями, в которых с помощью осей и шарикоподшипников подвешены маят ники 16 - 19 большой длины, входягцие в состав блока маятниковых датчиков малых углов, Для обеспечения монтажно-демонтажных работ и свободного качания маятников 16 - 19 в заданном для них диапазоне углов в нижнем торце моста 15 предусмотрены четыре Т-образные прорези, сообщающиеся с вышеупомянутыми радиальными отверстиями (фиг. 2). Каждый из маятников 16 - 19 для ограничения углового перемещения заключен между двумя упорами, З 0 фиксированными в теле фигурного моста 20, жестко соединенного с рамкой-маятником 4 (фиг. 3). Свободные концы маятников 16 - 19 жестко связаны с соответствую-.щими токосъемными щетками 21 - 24 двух пар параллельно разнесенных секций рео статных преобразователей. При этом одна пара параллельно разнесенных секций состоит из смонтированных на электроизоляционных платах 25 и 26 реохордов 27 и 28 и контактирующих с их контактными до рожками щеток 21 и 23, а другая - из смонтированных на электроизоляционных платах 29 и 30 реохордов 31 и 32 и контактирующих с их контактными дорожками щеток 22 и 24 (фиг. 4). Платы 25, 26, 29 и 30 жестко закреплены на основании 33 рамки маятника 4. При вертикальном положении продольной оси последней щетки 21, 22, 23 и 24 своими токосъемными концами указывают на начало контактных дорожек реохордов 27, 28, 31 и 32. Установку щеток 21, 22, 23 и 24 в такое положение обеспечивают с помощью маятниковых грузов 34, 35, 36 и 37, смонтированных на маятниках 16, 17, 18 и 19 с возможностью поворота и фиксации, например, нри помощи осевых винтов. Для обеспечения возмож 55 ности настройки инклинометра в стенках рамки-маятника 4 предусмотрены технологические и смотровые окна.инклинометра эквивалентны азимуту рамки- маятника 4 (или иначе азимуту ее плоскос. ти ориентации) и двум составляющим зенитного угла скважины во взаимно перпендикулярных плоскостях. Зная величины этих углов, можно с помощью известных в инклинометрии формул или номограмм с достаточной точностью определить зенитный угол скважины и направление плоскости ее искривления относительно географического меридиана Земли. При этом следует иметь ввиду что благодаря смещенному от продольной оси рамки-маятника 4 центру тяжести маятника 1.1 последний остается в соприкосновении с упором 10, а его щетка, 12 по-прежнему указывает на начало контактной дорожки реохорда 13, обеспечивая, таким образом, получение от датчика больших углов выходного сигнала, эквивалентного углу 8,. Причем этот сигнал не принимается во внимание до тех пор, пока сигналы, получаемые от блока маятниковых датчиков малых углов, не будут соответствовать результирующему углу, равному зенитному углу Р . Это позволяет исключить из результатов измерений погрешности, связанные с несовмещением плос-кости ориентации рамки-маятника 4 с плоскостью искривления скважины при малых зенитных углах (до 5). При дальнейшем отклонении корпуса 1 от вертикали на зенитный угол, равный или больший угла 6, плоскость ориентации рамки-маятника . 4, как указано выше, достаточно точно совмешается с плоскостью искривления скважины. В этом случае положение щетки 12 на контактной дорожке реохорда 13 датчика больших углов соответствует зенитному углу скважины, а выходной сигнал датчика азимута эквивалентен азимуту плоскости искривления скважины. При этом маятник 17 одного из датчиков малых углов находится в положении, соответствующем его максимально допустимому отклонению (при соприкосновении со своим упором) от исходной позиции. Причем выходной сигнал этого датчика в данном случае (как не несущий полезной информации) во внимание не принимается. Маятники 16, 18 и 19 остальных датчиков малых углов находятся в исходном состоянии, обеспечивающем получение нулевых выходных сигналов. Причем получение отличных от нуля выходных сигналов датчиков малых углов с маятниками 16 и 18 позволяет, как и в известных инклинометрах, судить о точности совпадения плоскости ориентации рамки- маятника 4 с плоскостью искривления скважины и при необходимости вводить в результаты измерений соответствуюгцие поправки. Описываемая конструкция инклинометра не исключает возможности использования в его датчиках параметрических преобразователей иного типа, например индуктивных. Однако достаточно высокая термобаростойкость, простота конструкции и технологии изготовления, малые габаритные размеры, возможность работы как на постоянном, так и переменном токе, возможность получения выходных сигналов без предварительного усилия позволяют считачь применение реостатных преобразователей предпочтительным в инклинометрах для исследования сверхглубоких скважин с малым заканчиваемым диаметром ствола.Использование изобретения повышает эксплуатационные качества инклинометра и достоверность получаемой с его помощью информации о пространственном искривлении стволов скважин,Розман Редактор И. РыбченкоЗаказ 10052/30 ВНИИПИ по де 113035, Мос Филиал ПНПСоставитель И.Техред И, ВереТираж 540осударственного ам изобретений ва, Ж - 35, Рау Патент, г. Ужго арбачинскаяКорректорПоднисноекомитета СССРи открытийская наб. д, 4/5од, ул. Проектная