Инклинометр

(5) ) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОР(21) (22) (46) ГОСДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ 3654429/22-0320. 10. 8315.03.85. Бюп. Кф 10 (72) В.О,Галета, А.А.Назарчук, А,Г,Кушнир и О.А.Майер(71) Опытно-конструкторское бюро геофизического приборостроения Объединения "Укргеофизика" (53) 622.241 (088.8)(56) 1. Померанц Л.И., Чукин В.Т. Аппаратура и оборудование Для геофизических методов исследований скважин, М., "Недра", 1978, с. 246-250.2 Авторское свидетельство СССР В 972068, кл. Е 21 В 47/02, 1980 (прототип).(54)(57) ИНКЛИНОМКТР, содержащий наземный измерительный блок, включающий фильтр., делитель напряжения и цифровой индикатор, скважинный прибор, включающий коммутирующий механизм, состоящий из электромагни та, кулачков, контактных щеток,. храпового механизма, содержащего храповик и собачку, измерительное устройство, состоящее из рамки с установленными в ней арретирующими тягами, рычагами, датчиком азимута и датчиком зенитного угла, содержащим ось, отвес и резистивный эле 80 1145124 А мент, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности работы, скважинный прибор снабжен узлом калибровки, состоящим из контрольного сопротивления, выполненного в виде катушки, жестко посаженной на ось храповика, и коллекторного устройства, выполненного, например, в виде контактных секторов, жестко связанных с катушкой, и неподвижных контактов, обеспечивающих подключение контрольного сопротивления к электрической схеме скважинного прибора, при этом отвес в датчике зенитного угла подпружинен в осевом направлении и снабжен опорой, установленной по отношению к оси отвеса с противоположной резистивному элементу стороны, а измерительное устройство снабжено передаточным звеном, выполненным в виде балки, передающей усилие арретирования, приложенное к ее середине, одним концом датчику зенитного угла, а другим - датчику азимута, причем коммутирующий механизм снабжен арретирующей пружиной, которая через систему рычагов, тяг и штока связана с балкой измерительного устройства.1Изобретение относится к геофизиГческим исследованиям в скважинах, в частности к средствам определения пространственного положения стволов скважин, и может быть использовано в условиях нормального геомагнитного поля.Известен инклинометр с резистор- ными преобразователями, включающийЪ наземный блок с мостовой схемой измерения сопротивлений и делителем напряжения и скважинный прибор, со- . стоящий из переключающего механизма, содержащего электромагнит, разрядник, храповой механизм, кулачки, толкатели и контактнущ группу, и измерительного устройства, включающего рамку, в которой установлены датчики зенитного угла и азимута, арретирующие тяги и рычаги 1 .Недостатком данного инклинометра является то, что измерительная цепь подвергается действию повышенного напряжения, необходимого для пробоя разрядника.и срабатывания электромагнита, что нередко приводит к выходу из строя резистивных элементов датчиков или пробою изоляции. Кроме того, фиксация измеряемой угловой величины на поверхности с помощью мостовой схемы с ручным уравновешиванием приводит к существенным потерям времени при каждом замере,Известен также инклинометр, содержащий наземный измерительный блок, включающий фильтр, делитель напряжения и цифровой индикатор, скважинный прибор, включающий коммутирующий механизм, состоящий из электромагнита, кулачков, контактных щеток, храпового механизма, содержащего храповик и собачку, измерительное устройство, состоящее из рамки с установленными в ней арретирующими тягами, рычагами, датчиком азимута и датчиком зенитного угла, содержащим ось, отвес и резистивный элемент Г 2 .Недостатком указанного инклинометра является то, что арретирующий кулачок занимает неустойчивое положение и в результате механических нагрузок при транспортировании или работе в скважине самопроизвольно опрокидывается, измерительная система разарретируется, что является частой причиной поломок и отказов прибора, нижняя шпилевая опора подвергается действию арретирующего145124 3 15 усилия, что приводит к притуплению иглы и снижению чувствительности измерительного устройства к изменению азимута в особенности при малых зенитных углах, а направление усилия арретирования не совпадает с осью отвеса датчика зенитного угла, вследствие чего на ось отвеса дополнительно действует изгибающий момент, что нередко приводит к выходу из строя опор отвеса. Кроме того, в позиции "Контроль, когда щетки переключателя позиций накладываются на коллектор измерительного устройства, датчики неарретированы, рамка под действием щеток может проворачиваться, что вносит погрешность в измерения. Затем контроль питаю-. щего напряжения и компенсация сопротивления кабеля производятся при полностью включенном сопротивлении резистивного элемента датчика, т,е. по концу диапазона измерения, а контроль по "нуль в сигна" отсутствует, что приводит к погрешностям при измерениях величин, соответствующих началу диапазона измерений зенитных углов и азимутов.Цель изобретения - повышение точности измерений и надежности работы.Указанная цель достигается тем, что в инклинометре, содержащем на.земный измерительный блок, включающий фильтр, делитель напряжения и цифровой индикатор, скважинный прибор, включающий коммутирующий механизм, состоящий из электромагнита, кулачков, контактных щеток, храпового механизма, содержащего храповик и собачку, измерительное устройство, состоящее из рамки с установленными в ней арретирующими тягами, рычагами, датчиком азимута и датчиком зенитного угла, содержащим ось, отвес и резистивный элемент, скважинный прибор снабжен узлом калибровки, состоящим из конт,рольного сопротивления, выполненного в виде катушки, жестко посаженной на ось храповика, и коллекторного устройства, выполненного например, в виде контактных секторов, жестко связанных с катушкой, и неподвижных контактов, обеспечивающих подключение контрольного сопротивления к электрической схеме скважинного прибора, при этом отвес в датчике зенитного угла подпружинен в осевом направлении и снабжен опорой, уста3 1145124 4новленной по отношению к оси отвеса с противоположной резистивномуэлементу стороны, а измерительноеустройство снабжено передаточнымзвеном, выполненным в виде балки,передающей усилие арретирования,приложенное к ее середине, однимконцом датчику зенитного угла, адругим - датчику азимута, причемкоммутирующий механизм снабжен арретирующей пружиной, которая черезсистему рычагов, тяг и штока связанас балкой измерительного устройства.На фиг.1 представлена конструктивная схема коммутирующего механизма и измерительного устройстваскважинного прибора, инклинометра;на фиг. 2 - то же, вид сбоку; нафиг. 3 - вид А на фиг, 2; на фиг.4 -вид Б на фиг. 2, схема включенияконтрольного сопротивления; нафиг. 5 - электрическая схема инклинометра, включающего наземный блок искважинный прибор.Коммутирующий механизм состоит изштока 1 с собачкой 2, храповика 3,кулачков 4 и контрольной катушки5, жестко посаженных на ось 6, рычага 7, шарнирно закрепленного на оси8 в корпусе 9 и прижимаемого к кулачкам пружиной 10, тяги 11, пальца 12,штоков 13 и 14, флажков 15. и 16,щеток 17, 18, 19 и 20, закрепленныхна штоках 13 и 14, контактов 21, 22и 23, установленных в изоляционномкорпусе 24, контактных секторов 25и 26, жестко связанных с катушкой,выступа 27. 20 Измерительное устройство содержит датчик зенитного угла, включаю щий ось 28, отвес 29, жестко связанный с втулкой 30 и контактной стрелкой 31, пружину 32 и резистивный элемент 33, установленный в корпусе 34, и датчик азимута, включающий 45 корпус 35, резистивный элемент 36, обойму 37, иглу 38, на который установлена магнитная система, состоящая из корпуса 39, магнитных стержней 40 и контактной стрелки 41, ры чаг 42 и захват 43. Ось датчика зенитного угла установлена в рамке 44 на полуосях 45 и 46, датчик азимута установлен на полуосях 47 и 48. Измерительное устройство включает 55 также коллектор, состоящий из колец 49, 50, 51 и 52, арретирующий меха-низм, состоящий иэ балки 53, рычага 55 с запрессованным в него штиф. том 56, груз 57 и опору 58, рамка установлена на полуосях 59 и 60Скважинный прибор также содержит трансформатор 61, выпрямитель 62, питающий электромагнит 63, реле 64, нормально замкнутый контакт 65 которого расположен в цепи питания электромагнита, а нормально разомкнутый контакт 66 - в цепи питания самого реле, дроссель 67, выпрямитель 68 и конденсатор 69.Наземный блок инклинометра включает кнопку 70, конденсаторы 71 и 72, дроссель 73, делитель напряжения 74 цифровой индикатор 75. Наземный блок связан со скважинным прибором одножильным бронированным кабелем 76.Инклинометр работает следующим образом.Переменное напряжение подается в скважинный прибор, а именно в первичную обмотку трансформатора 61, через контакт 70, конденсатор 71, кабель 76. Электромагнит 63 и реле 64 подключены к выпрямителю 62, причем реле включено по схеме с временной задержкой. При подаче напряжения в скважинный прибор срабатывает электромагнит, а через некоторое время, соответствующее времени задержки, срабатывает реле 64, разрывает контакт 65, отключая тем самым электромагнит, и самоблокируется через контакт 66.Электромагнит приводит в действие шток 1, который через собачку 2 поворачивает храповик 3 на один зуб. При отключении питания скважин- ного прибора с помощью контакта 70 реле 64 возвращается в исходноесостояние, при последующем замыкании контакта 70 электромагнит сновасрабатывает и цикл повторяется.При каждом включении питания храповик 3 поворачивается на один зубвместе с осью 6 и закрепленнымина ней кулачками 4, катушкой 5 ивыступом 27, обеспечивая определеннуюпоследовательность арретированияизмерительной системы, а также подключения контрольной катушки илирезистивных элементов датчиков. Полный цикл работы коммутирующего механизма соответствует одному обороту оси б и включает пять позиций по числу зубьев храповика 4.ходится в арретированном состоянии, контрольная катушка 5 отключена (контактные секторы 25 и 26 уходят от контактов 21-23), а выступ 27 оси 6, упираясь поочередно во флажки 15 и 16, поворачивает сначала шток 13, замыкая при этом щетки 17 и 18 на коллекторные кольца 49 и 51 (третья позиция), а затем шток14, замыкая тем самым контактные щетки 19 и 20 на коллекторные кольца 50 и 52 (четвертая позиция). К источнику питания 68 оказывается подключенным резистивный элемент датчика зенитного угла или датчика азимута, а снимаемое напряжение пропорционально измеряемой угловойвеличине.Таким образом, в третьей позиции коммутирующего механизма происходит измерение зенитного угла, а в четвертой - азимута.В пятой позиции выступ кулачка 4 снова отжимает рычаг 7; пружина 10 взводится, измерительная система разарретируется, щетки 17-20 не имеют контакта с коллекторными кольцами 49-52, источник питания 68 отключен, происходит разрыв цепи по постоянному току. Пятая позиция "свободная".Постоянное напряжение, снимаемое с контрольной катушки 5 или резистивных элементов 33 и 36 через дроссель 67 и кабель 76, поступает в наземный блок, где через дроссель 73 и делитель 74 подается на вольтметр 75,Разделение цепей переменного и постоянного тока обеспечивается в наземном блоке конденсаторами 71 и 72 и дросселем 73, а в скважинном приборе - дросселем 67 и конденсатором 69. Введение арретирующей пружины, связанной через систему рычагов и тяг с измерительным устройством, позволило исключить разарретирование в процессе механических нагрузок на скважинный прибор, а введение подпружиненного в осевом направлении отвеса и дополнительной опоры, воспринимающей усилие арретирования, позволило разгрузить опоры оси отвеса от осевых перегрузок и изгибающего момента. Кроме того, введение контрольного сопротивления позволило осуществить контроль ра 3 1145124В первой позиции (фиг.1-5) кулачок 4 своим выступом отжимает рычаг7, пружина 10 взведена (растянута),измерительное устройство разарретировано, Щетки 17-20 не имеют контакта с.коллекторными кольцами 49,52, измерительная система полностьюсвободна. Контакт 21 замкнут на сектор 25, а контакты 22 и 23 - насектор 26, контрольная катушка под Оключена к источнику питания черезконтакты 21 и 23, а снимаемое напряжение равно нулю, посколькуконтакты 22 и 23 замкнуть 1 между собой. 15Таким образом, в первой позицииосуществляется контроль работы инклинометра по нуль-сигналу" иуспокоение датчиков.Во второй позиции, когда храповик 3 повернется на один зуб, выступкулачка 4 уходит от контакта с рычагом 7 и под действием пружины10 рычаг 7 через палец 12, тягу 11,штифт 56, шток 55 и рычаг 54 воздействует на балку 53, один конец которойупирается во втулку 30, а другой -в рычаг 42. При перемещении втулки30 относительно оси 28 контактнаястрелка 31 длинным концом прижимает- ЗОся к контактной дорожке резистивногоэлемента 33, а коротким ложится наопору 58.При повороте рычага 42 коническийзахват 43 через корпус 39 прижимаетконтактную стрелку 41 к контактнойдорожке резистивного элемента 36,Таким образом, измерительное устройство во второй позиции арретировано, но щетки 17-20 не имеют контакта с коллекторными кольцами 4952, следовательно, резистивные элементы датчиков не включены в схему.Поскольку катушка 5 повернется на1/5 оборота (на фиг.4 направлениеповорота показано стрелкой), контакты .21 и 22 замкнутся на сектор 25,а контакт 23 - на сектор 26.В этой (второй) позиции снимаемоес катушки 5 через контакты 22 и 23напряжение равно напряжению источника 68, таким образом, осуществляется контроль работы инклинометра посигналу, соответствующему концудиапазона измерения зенитных углов 55или азимутов.В третьей и четвертой позицияхизмерительное устройство также наботы прибора как в конце, так и вначале диапазона, а также сократитьвремя, затрачиваемое на измерениев скважине, так как контроль работы прибора и переключение с позиции Измерение зенитного угла впозицию Измерение азимута" осуществляется при арретированном состоянии измерительного устройства, т,е, измерения могут выполняться во время перемещения прибора на следующую точку замера.5 Повышение точности измеренийи надежности работы обуславливают экономический эффект от применения данного инклинометра.