Инклинометр

(51) 5 Е 21 В 47/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(46) 30.03,92.Бюл.М 12Э (71) Прикаспийское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов исследования, испытания и контроля нефтегазоразведочных скважин(56) Авторское свидетельство СССР М 1139182, кл. Е 21 В 47/022, 1983.Авторское свидетельство СССР М 1089247, кл. Е 21 В 47/022, 1982.е(57) Использование: промыслово-геофизическая аппаратура, в частности инклинометры для исследования сверхглубоких скважин, Сущность изобретения: инклинометр содержит измерительный блок 1 с преобразователями 2 и 3 угловых перемещений, коммутатор 5, механизм 6 реле обратного действия, выполненный с рычагом 17, зубчатым сектором 14 и мультипликатором 11 на оси 18 вращения, толкатель 23, электромагнит 7, арретирующий узел 4, заключенный в электромагнит 7 якорь 24, кинематически связанный через толкатель 23 с коммутатором 5, механизмом реле 6 обратного действия и арретирующим1723317 узлом 4,два контакта 8 и 9 с подпружиненным контактным элементом 10, контакт 8 последовательно соединен с обмоткой электромагнита, а контакт 9 включен в цепь измерительного блока 1. При этом на торце толкателя 23 последовательно закреплены хвостовик 29 и электроизоляционный наконечник 20, установленный с воэможностью взаимодействия с контактным элементом 10, Коммутатор выполнен с щеткодержатеИзобретение относится к геофизическим скважинным приборам для измерения зенитных углов и азимутов искривления сверхглубоких скважин,Известен инклинометр, предназначенный для работы, в условиях высоких температур и давлений.,Наиболее близким к предлагаемому является инклинометр, содержащий измерительный блок с преобразователями угловых перемещений, коммутатор, механизм реле обратного действия, выполненный с рычагом, зубчатым сектором и мультипликатором на оси вращения, толкатель, электромагнит, арретирующий узел, заключенный в электромагнит якорь, кинематически связанный через толкатель с коммутатором, механизмом реле обратного действия и арретирующим узлом, два контакта с подпружиненным контактным элементом, один из контактов последовательно соединен с обмоткой электромагнита, а другой - включен в цепь измерительного блока,Известный инклинометр не обеспечивает возможности последовательного опро. са всех преобразователей измерительного блока в течение промежутка времени, задаваемого механизмом реле обратного действия после срабатывания электромагнита в режиме бестоковой коммутации, Следствием этого является необходимость использования сложной кинематической схемы управления процессом измерения угловых величин. В частности, усложняются требования к функциональным воэможностям арретирующега узла, который в известном инклинометре кроме двух основных операций, заключающихся в осуществлении поочередного арретирования и разарретирования преобразователей угловых перемещений, должен сохранять заарретированное состояние последних при подаче на обмотку электромагнита промежуточных импульсов напряжения, управляющих одновременно работой коммутатора, Это и приводит к большим затратам времелем 21 на оси 18 вращения, соединенный с осью вращения мультипликатора 11, Якорь 24 выполнен с ограничителями его осевого перемещения и осевым отверстием, через которое пропущен подпружиненный относительно торца электромагнита 7 толкатель 23, При этом толкатель 23 связан с рычагом 17 через узел синхронизации их перемещения, 6 з.п,ф-лы, 1 ил. ни на коммутацию преобразователей, снижая в конечном счете производительностьинклинометрических исследований скважин. Кроме того, необходимость увеличения5 в известном инклинометре числа срабатывания инклинометра на ипо сравнению сидеальной конструкцией (и - число коммутируемых позиций) приводит к снижению надежности инклинометра за счет более10 интенсивного износа контактов и ухудшения упругих свойств пружин при воздействии повышенных температур в условияхсверхглубоких скважин.Целью изобретения является повыше 15 ние производительнссти и надежности в работе,Поставленная цель достигается тем, чтоизвестный инклинометр снабжен последовательно закрепленными на торце толкате 20 ля хвостовиком и электроизоляционнымнаконечником, установленным с возможностью взаимодействия с контактным элементом, коммутатор выполнен сщеткодержателем на оси вращения, соеди 25 ненной с осью вращения мультипликатора,якорь выполнен с ограничителями его осевого перемещения и осевым отверстием, через которого пропущен подпружиненныйотносительно торца электромагнита толка 30 теля, при этом толкатель связан с рычагомчерез узел синхронизации их помещения,Причем, щеткодержатель и мультипликатор установлены на одной оси вращения.Кроме того, узел синхронизации толка 35 теля и рычага выполнен в виде закрепленной на толкателе двухпальцевой вилки ирасположенного внутри нее рамка. установленного с воэможностью попеременногоупора на каждый из пальцев.40 Кроме того, осевое отверстие в якоревыполнено двухступенчатым, при этом вучастке меньшего диаметра размещен хвостовик, а в участке большего диаметра -толкатель.45 Причем один ограничитель осевого перемещения якоря выполнен в виде верхне1723317 10 20 25 50 55 го торца тол кателя, а другой - в виде шайбы, установленной на электромагните.Кроме того, он снабжен полым цилиндром, охватываемым пружиной, соосно закрепленным на якоре, при этом наконечник 5 установлен с возможностью осевого перемещения внутри цилиндра, шайба охватывает цилиндр с зазором, а внутренний диаметр цилиндра меньше диаметра якоря,При этом инклинометр снабжен основанием с размещенными на нем контактами и контактным элементом, нижний торец которого размещен на цилиндре.На чертеже представлена электрокинематическая схема предлагаемого инклинометра.Инклинометр содержит скважинный прибор, включающий измерительный блок 1 с преобразователями 2 и 3 угловых перемещений чувствительных элементов, например магнитной стрелки и отвеса в электрические сигналы, арретирующий узел 4, коммутатор 5, механизм 6 реле обратного действия, прямоходовой электромагнит 7, а также размыкающий контакт 8, последовательно соединенный с обмоткой электромагнита 7 и замыкающий контакт 9,включенный в цепь измерительного блока 1,имеющие общий подпружиненный в сторону контакта 9 подвижный контактный эле мент 10, Механизм 6 реле обратного действия аналогичен конструкциям известных инклинометров и состоит из кинематически связанных между собой баланса возвратного анкерного хода, обгонной муфты (не показано), мультипликатора с ведущим зубчатым колесом 1,1 (показано частично), пружины-двигателя 12 (показано частично) и зубчатой пары, включающей зубчатое колесо 13 (показано частично) и зубчатый сектор 14, несущий жестко присоединенный к нему рычаг 15 с роликом 16 на конце, и рычаг 17 для закрепления пружины-двигателя 12. При этом зубчатое колесо 13 с одной стороны жестко связано с выходной исполнительной осью 18 вращения упомянутого механизма, а с другой через обгонную муфту - с зубчатым колесом 11 с возможностью совместного вращения с последним как одно целое против часовой стрелки и самостоятельного вращения по часовой стрелке за.счет расцепления полу- муфт укаэанной муфты. Выходная исполнительная ось 18 вращения механизма 6 реле обратного действия соединена с входной осью вращения коммутатора 5 и в наиболее простом варианте конструктивной реализации выполнена с последней как одно целое, При этом коммутатор 5 выполнен в виде печатной платы с печатными контактными 6элементами 19 и проводниками 20, к которым припаяны выводы преобразователей 2 и 3, Щеткодержатель 21 коммутатора 5 жестко закреплен на оси 18 вращения и несет на своем конце щетку 22 типа "мухолапка", выходящую в исходном состоянии за пределы контактного элемента 19 последней коммутируемой позиции. Щетка 22 посредством гибкого пружинного проводника, например спирального волоска (не показано), электрически соединена с центральной жилой геофизического кабеля(ЦЖК), обеспечивая возможность поочередного подключения к последней обоих выводов каждого из преобразователя 2 и 3 измерительной системы 1, Конструктивно измерительный блок 1 выполнен, например, в виде типовой системы, в которой преобразователи 2 и 3 включают в себя резистивные проводящие элементы (реохорды), обеспечивающие соответственно возможность измерения азимута и зенитного угла при фиксации на них контактов чувствительных элементов (магнитной стрелки и отвеса), осуществляемой с помощью арретирующего узла 4. Арретирующий узел 4 имеет возможность взаимодействия через толкатель 23 с якорем 24 электромагнита 7 и выполнен, например, на основе известной конструкции с треугольным фиксирующим кулачком, имеющим скругленные вершины. При этом толкатель 23 подпружинен относительно корпусов арретирующего механизма 4 и электромагнита 7 с помощью пружины 25 в направлении, противоположном направлению втягивания якоря 24, Для обеспечения этого толкатель 23 имеет жестко закрепленное на нем упорное кольцо 26, Причем упорное кольцо 26 через кронштейн 27 связано с узлом синхронизации перемещений рычага 15 и толкателя 23, выполненным в виде двухпальцевой вилки 28, охватывающей с зазором ролик 16 и имеющей воэможность попеременного контактирования с ним встречными поверхностями пальцев. При этом величина упомянутого зазора может составлять, например,0,05-0,5 мм, а вилка 28 и кронштейн 27 могут быть выполнены как одно целое. Толкатель 23 снабжен хвостовиком 29 с наконечником 20 из электроизоляционного материала и благодаря осевому отверстию, предусмотренному в теле якоря 24, образует с последним одноподвижную поступательную кинематическую пару, При этом якорь 24 снабжен собственной возвратной пружиной 31, а наконечник 30 в исходном состоянии электромагнита 7, взаимодействуя с контактным элементом 10, обеспечивает подключение контакта 8 к оплетке геофизического кабеля(ОК). Для ограничения возможности перемещения якоря 24 вдоль толкателя 23 он снабжен верхним и нижним ограничителями. При этом верхний ограничитель выполнен в виде жестко закрепленной на корпусе электромагнита 7 кольцевой шайбы 32, а нижним ограничителем служит торец толкателя 23, для чего осевое отверстие в якоре выполнено двухступенчатым, Кроме того, контакты 8 и 9 совместно с контактным элементом 10 закреплены на основании 33, выполненном из электроизоляционного материала. Основание 33 посредством полого цилиндра 34 с фланцем 35 смонтировано на якоре 24, При этом цилиндр 34 соосно присоединен к якорю 24, например, с помощью резьбы, имеет внутренний диаметр, обеспечивающий свободное осевое перемещение наконечника 30 и наружный диаметр, меньший диаметра якоря 24 и внутреннего диаметра шайбы 32, Причем пружина 31 размещена между шайбой 32 и фланцем 35, который может быть выполнен с цилиндром 34 как одно целое,Наземная аппаратура предлагаемого инклинометра включает в себя стабилизированный источник 36 постоянного тока, блок 37 управления, подключенный через клеммы ЦЖК и ОК к геофизическому кабелю, и аналоговый каротажный регистратор 38. Стабилизированный источник 36 постоянного тока предназначен для питания измерительной системы 1 с преобразователями 2 и 3, Блок 37 управления служит для органиэации совместной работы стабилизированного источника 36 постоянного тока, регистратора 38 и скважинного прибора. При этом он обеспечивает в ручном, либо автоматическом режиме подачу управляющих импульсов напряжения иа обмотку электромагнита 7, а также включает в себя устройство индикации цепи управления и коммутируемых позиций измерительной цепи.Инкли "ометр работает следующим образом.Исходное положение звеньев инклинометра такое, как изображено на чертеже, Условимся считать измерительный блок 1 заарретированным при спуско-подъеме скважинного прибора. Тогда после остановки скважинного прибора в исследуемой точке ствола и подачи управляющего импульса напряжения на обмотку электромагнита 7 происходит раэарретирование измерительного блока 1. При этом якорь 24, преодолевая упругое сопротивление пружин 31 и 25 и пружины-двигателя 12, втягивается в обмотку электромагнита 7 до достижения своего стопа. Совместно с якорем 24 перемещаются полый цилиндр 34 с фланцем 35, основанием 33 с контактами 8 и 9 и контактным элементом 10 при сохранении исходного состояния последних, обеспечивающем подачу напряжения на обмотку электромагнита 7 от блока 37 управления, При этом толкатель 23, взаимодействуя с арретирующим узлом 4, обеспечивает с его помощью освобождение чувствительных элементов преобразователей 2 и 3 от фиксации в ранее принятых положениях, Перемещающееся совместно с толкателем 23 упорное кольцо 26 через хвостовик 27, вилку 28 и ролик 16 воздействует на рычаг 15, Ролик 16 перекатываясь.по встречной поверхности верхнего зуба вилки 28, обеспечивает с наименьшими потерями на трение завод (растяжение) пружины- двигателя 12 механизма 6 временного реле обратного действия. При этом зубчатый сектор 14, совершая совместно с рычагом 15 поворот относительно своей оси против часовой стрелки (в плоскости чертежа) и взаимодействуя с зубчатым колесом 13, приводит к повороту в противоположном направлении щеткодержателя 21 коммутатора 5 с выбегом щетки 22 за пределы контактного элемента 19 первой коммутируемой позиции. Причем с выбегом щетки 22 якорь 24 электромагнита 7 достигает своего стопа, а все кинематические звенья скважинного прибора прекращают свои перемещения, Такое состояние скважинного прибора может сохраняться сколь угодно долго, пока не будет 35 снято напряжение с обмотки электромагнита 7, После обесточивания последней якорь 24 под воздействием пружины 31, совместно со смонтированными на его торце элементами 8, 9, 10, ЗЗ, 35 и 34, мгновенно переместится в исходное положение, а контактный элемент 10 войдет в соприкосновение с контактом 9, обеспечивая, таким образом, подключение измерительного блока 1 к блоку 37 управления. Это произойдет потому, что освобожденный от воздействия якоря 24 толкатель 23 не сможет мгновенно последовать за ним из-за вхождения ролика 16 в контакт со встречной поверхностью нижнего пальца вилки 28 под действием пружины 25, Отстав от якоря 24, кинематическая система толкатель 23 - хвостовик 29 - наконечник 30 начнет синхронное с рычагом 15 замедленное перемещение в исходное положение под действием пружины 25 и пружины-двигателя 12, При этом щеткодержатель 21 будет совершать угловое перемещение (против часовой стрелки) в исходную позицию, поочередно скользя шеткой 22 по контактам 19. Однако из-за .оазаывов электрических цепей, имеющихместо в измерительном блоке 1 между контактами чувствительных элементови реохордами, аналоговые сигналы с преобразователей 2 и 3 на регистратор 38 в данном случае поступать не будут, И наконец при завершении отработки временного интервала, (например, около 20 с) механизмом 6 реле обратного действия, наконечник 30 войдет в соприкосновение с контактным элементом 10, возвращая его в исходную позицию. Толкатель 23 своим торцом вой. дет в контакт с телом якоря 24, а ролик 16 - со встречной поверхностью верхнего пальца вилки 28. При этом упомянутый временной интервал используется для успокоения чувствительных элементов преобразователей 2 и 3, а исходное положение контактного элемента 10 индицируется блоком 37 управления и служит командой для подачи очередного импульса напряжения на обмотку электромагнита 7, При реализации этой команды происходит арретирование измерительного блока 1, благодаря чему в ее преобразователях 2 и 3 контакты чувствительных элементов прижимаются к реохордам в положениях, соответствующих определяемым пространственным геометрическим характеристикам ствола скважины, После обесточивания обмотки электромагнита 7 и образования электрической цепи контакт 9 - контактный элемент О осуществляется измерение фиксированных угловых положений чувствительных элементов преобразователей 2 и 3 путем поочередного подключения выводов их реохордов к ЦЖК с помощью коммутатора 5 и записи на диаграммной ленте. регистратора 38 четырех аналоговых сигналов. Разность амплитуд первых двух аналоговых сигналов, полученных от преобразователя 2, эквивалентна определяемому азимуту, а разность амплитуд двух других аналоговых сигналов - зенитному углу ствола скважины, При всем этом следует отметить, что в режиме измерения процесс перемещения кинематических звеньев скважинного прибора как по времени, так и по динамике ничем не отличается от описанного вспомогательного процесса. Предлагаемый инклинометр по сравнению с известными позволяет упростить конструкцию скважинного прибора, уменьшить затраты времени на коммутацию преобразователей, а следовательно, сократить простой скважины при проведении инклинометрических исследований, повысить надежность работы скважинного прибора в условиях сверхглубоких скважин.10 20 но закрепленными на торце толкателя 25 30 35 40 45 50 Формула изобретения 1. Инклинометр, содержащий измерительный блок с преобразователями угловых перемещений, коммутатор, механизм реле обратного действия, выполненный с рычагом, зубчатым сектором и мультипликатором на оси вращения, толкатель, электромагнит, арретирующий узел, заключенный в электромагнит якорь, кинематически связанный через толкатель с коммутатором, механизм реле обратного действия и арретирующим узлом, два контакта с подпружиненным контактным элементом, один из контактов последовательно соединен с обмоткой электромагнита, а другой включен в цепь измерительного блока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности и надежности в работе, он снабжен последовательхвостовиком и электроизоляционным наконечником, установленным с возможностьювзаимодействия с контактным элементом,коммутатор выполнен с щеткодержателемна оси вращения, соединенной с осью вращения мультипликатора, якорь выполнен сограничителями его осевого перемещения иосевым отверстием, через которое пропущен подпружиненный относительно торцаэлектромагнита толкатель, при этом толкатель связан с рычагом через узел синхронизации их перемещения,2. Инклинометр по п,1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что щеткодержатель и мультипликатор установлены на одной оси вращения,3, Инклинометр по п.1, о тл ича ю щийс я тем, что узел синхронизации толкателя ирычага выполнен в виде закрепленной на толкателе двухпальцевой вилки и расположенного внутри нее ролика, установленного своэможностью попеременного упора накаждый из пальцев.4. Инклинометр по п.1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что осевое отверстие в якоревыполнено двухступенчатым, при этом вучастке меньшего диаметра размещен хвостовик, а в участке большего диаметра-толкатель.5. Инклинометр по пп,1 и 4, о т л и ч а ющ и й с я тем, что один ограничитель осевогоперемещения якоря выполнен в виде верхнего торца тол кателя. а другой - в виде шайбы, установленной на электромагните,6. Инклинометр по пп.1, 4,5. о т л и ч а ющ и й с я тем, что он снабжен полым цилиндром, охватываемым пружиной, соосно закрепленным на якоре, при этом наконечник установлен с возможностью осевого перемещения внутри цилиндра, шайба охватывает ци1723317 12 Составитель Ю.ЛупичеваРедактор Ю.Середа Техред М,Моргентал Корректор И.Муска Заказ 10 Я Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и.открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 линдр с зазором, а внутренний диаметр цилиндра меньше диаметра якоря.7, Инклинометрпопп.1 и 6,отл ичею щ и й с я тем, что он снабжен основанием с размещенными на нем контактами и контактным элементом, нижний торец которогоразмещен на цилиндре.