Устройство для определения азимутального и зенитного углов скважины

.5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(46) 07.09.87, Бюл. Ф 33 (71) Центральная геолого-поисковая экспедиция Казахского научно-исследовательского института минеральног сырья(56) Авторское. свидетельство СССР У 1132002, кл, Е 21 В 47/022, 1983.Авторское свидетельство СССР Ф 1090863, кл, Е 21 В 47/02, 1982. СТРОИСТВО ДЛЯ ОПРГДГЛЕНИЯ АЗ НОГО И ЗЕНИТНОГО УГЛОВ СКВА(54) ИМУТАЛЬЖИНЫ(57) Изобретение относится к техникеразведочного бурения и предназначенодпя измерения кривизны геолого-разведочных скважин. Цель изобретенияповышение производительности и расширение области применения за счетобеспечения определения направлениядействия отклонителя в скважине. Вкорпусе основного измерительного узла размещена сФерическая камера (СК)заполненная слабозлектропроводнойжидкостью, например водой. В СК раз 13 мещен сферический поплавок с датчиками азимутального и зенитного углов, выполненными в виде магнитной стрелки 25 и отвеса. На поверхности нижней полусферы СК установлены концевые электроды 32 и 33 в плоскостях, перпендикулярных оси корпуса, и подключены к входам преобразователя (П), На поверхности верхней полусферы СК размещены дополнительные электроды в виде отдельных полосок, Концы стрелок 25 связаны с проводником 27,установленным в поплавке по линии действия отвеса. На наружной поверхности проводника 27 выполнена риска. 35686В нижней части бурильной колонны(БК) 3 установлен электромагнит 15с подпружиненным якорем и подключенк П, В верхней части БК 3 установлен акустоэлектрический П 41 и соединен с усилителем 42, выход которого подключен к входу индикатора 43В угломерном приспособлении 44 установлен дополнительный измерительныйузел 45, П которого связан с индикатором 43. Устройство позволяет снижать значения зенитного и азимутального углов скважины и передавать ихна поверхность без подъема БК 3,2 з.пф-лы, 6 ил, Изобретение относится к техникеразведочного бурения и предназначенодля измерения кривизны геолого-разведочных скважин и ориентирования отклонителей в процессе бурения, 5Цель изобретения - повышение производительности и расширение областиприменения за счет обеспечения определения направления действия отклонителя в скважине,На фиг, 1 представлен передатчикустройства, общий вид; на фиг. 2сферический поплавок общий вид; нафиг, 3 - сечение А-А на фиг, 2; нафиг. 4 - корпус со сферической камерой,15общий вид; на фиг, 5 - электрическаяфункциональная схема устройства; нафиг, 6 - временная диаграмма работыустройства,Устройство содержит передатчик 1и приемник 2, Линией связи между нимиявляется бурильная колонна 3. Передатчик состоит из переходников 4 и5, наружной трубы 6, внутри которой25между переходниками неподвижнО установлены заглушки 7 и 8, перегородка9 и кожухи 10 и 11, соединенные между собой герметично неподвижными,например резьбовыми, соединениями.В заглушке 7 установлен подпружиненный поршень 12, жестко связанныйсо штоком 13, Внутри кожухов установлен нормально замкнутый контакт14, а электромагнит 15 с подпружиненным якорем 16 установлен в нижней 35 части бурильной колонны с возможностью взаимодействия с бурильной колонной через перегородку,Основной измерительный узел содержит преобразователь 17, корпус 18 со сферической камерой, заполненной слабоэлектропроводной жидкостью, например водой, в которой свободно плавает сферический поплавок 19, и источник 20 питания. Между корпусом и электромагнитом установлен защитный магнитный экран 21. В переходниках имеются каналы 22 и 23 для прохода промывочной жидкости, сообщающиеся с поршнем. Поплавок содержит полую оболочку 24, внутри которой вмонтироваиы датчики азимутального и зенитного углов, выполненные в виде магнитной стрелки 25, установленной в экваториальнойплоскости поплавка, и отвеса 26, линия действия которого перпендикулярна экваториальной плоскости поплавка, и проводник 27, установленный по линии действия отвеса и соединенный с магнитной стрелкой, Концы магнитнойстрелки и проводника выведены на наружную поверхность поплавка и закреплены в виде электродов 28-31, причем электрод 29 южного полюса магнитной стрелки выполнен шире электрода 28 северного полюса магнитной стрелки. Средняя плотность поплавка устанавливается равной плотности жидкости, в которой он плавает.На внутренней поверхности сферической камеры корпуса размещены основные кольцевые электроды 32, расположенные в нижней части полусферы в плоскостях, перпендикулярных оси корпуса, и дополнительные электроды 33, расположенные в верхней части полусферы в плоскостях, которые содержат ось корпуса. Дополнительные 10 электроды не соединяются между собой и выполнены в виде отдельных полосок, сужающихся по мере приближения их к оси корпуса так, что расстояние между ними равно ширине полосок. 15 Преобразователь соединен с источником питания через нормально замкнутый контакт и состоит из трех групп резисторов 34-36, электронного регистра 37 сдвига, стабильного, напри мер кварцевого, генератора 38 импульсов и усилителя 39. Первая группа резисторов .34 одними своими концами соединена с основными кольцевыми электродами и с входом регистра, 25 а вторыми своими концами - с одним полюсом источника питания. Вторая группа резисторов 35 одними своими концами соединена с дополнительными электродами и с входом регистра, а З 0 вторыми своими концами - с другим полюсом источника питания. Третья группа резисторов 36 состоит из двух последовательно соединенных резисторов, средняя точка которых соединена с входом регистра, а крайние точки соединены с источником питания,Тактовый вход регистра соединен с генератором 38 импульсов, а выход соединен с усилителем 39, выход кото рого является выходом преобразователя и соединен с электромагнитом.Один из дополнительных электродов принят за нулевой и его положение отмечено риской 40, лежащей в одной с ним плоскости и нанесенной на наружной поверхности переходника 4Приемник состоит иэ акустоэлектрического преобразователя 41, установленного в верхней части бурильной колонны, усилителя 42, многоканального индикатора 43, например двух- лучевого осциллографа, угломерного приспособления 44, например гониометра, имеющего шкалы зенитного и. 55 азимутального углов, и дополнительного измерительного узла 45, аналогично измерительному узлу в передат- . чике, Акустоэлектрический преобразователь соединен с усилителем 42, выход которого подключен к одному пэ входов индикатора. Дополнительный измерительный узел установлен в угломерном приспособлении, а выход его преобразователя связан с вторым входом индикатора.Устройство работает следующим образом.Передатчик устанавливают в нижней части бурильной колонны непосредственно за буровым снарядом, опускают в скважину, подают промывочную жидкость и производят бурение обычным способом. При этом промывочная жидкость воздействует на поршень 12, который, преодолевая сопротивление пружины, перемещается вниз и, воздействуя через шток 13 на контакт 14, разрывает цепь питания передатчика, т.е. во время бурения передатчик не работает. При необходимости измерения пространственного положения скважины бурение прекращают и прекращают подачу промывочной жидкости. При этом ,поплавок 19 занимает строго определенное положение относительно сторон света и оси скважины, а магнитная стрелка 25 и проводник 27 занимают строго определенное положение отно сительно электродов 32 и 33 и замыкают цепь источника 20 питания через соответствующие этому положению резисторы 34 и 35. Поршень 12 под воздействием пружины преодолевает сопротивление столба промывочной жидкости, перемещается вверх и тянет за собой шток 13, в результате чего контакт 14 замыкается и преобразователь 17 подключается к источнику 20 питанияРегистр 37 по тактовому входу от генератора 38 поочередно подключается к резисторам 34-36 и, если при подключении к резистору на нем есть падение напряжения, то на выходе регистра появляется импульс тока, который усиливается в усилителе 39 и приводит к срабатыванию якоря 16 электромагнита 15. Количество резисторов в группах 34 и 35 зависит от требуемой точности измерения зенитного и азимутального углов. Прио точности измерения зенитного угла 5 требуется 18 резисторов в группе 34 и 18 электродов 32. При точностиоизмерения азимута 10 требуется 36 резисторов в группе 35 и 36 электро 1335686дов 33. Через резисторы 36 протекает ток при любом положении поплавка, Возникающие при подключении к ним регистра импульсы являются синхроимпульсами и служат для определения начала цикла передачи и синхронизации приемника 2.Цикл передачи при указанной точности состоит из 56 импульсов и содержит синхроимпульсы 46 и информационные импульсы для передачи значения азимута 41 и для передачи значения зенитного .угла 48. При периоде следования импульсов 0,5 с длительность цикла составляет 28 с. При поступлении импульса тока в обмотку электромагнита его якорь бьет по бурильной колонне 3, Возникающие акустические колебания распространяются вдоль бурильной колонны и попадают в акустоэлектрический преобразователь 41, прикрепленный к верхней части бурильной колонны, где превращаются в электрические импульсы, которые усиливаются в усилителе 42 и поступают на один из, входов двухлучевого осциллографа 43, частота развертки которого синхронизируется по синхроимпульсам 46. На второй вход осциллографа поступают импульсы от дополнительного измерительного узла 45. Изменяя пространственное положение дополнительного измерительного узла в угломерном приспособлении 44, добиваются что обе комбинации импульсов на экране осциллографа одинаковые.Для облегчения этой операции вначале добиваются одинаковой комбинации импульсов по зенитному углу, а затем вращением дополнительного измерительного узла по образующей конуса добиваются одинаковой комбинации импульсов по азимуту. После этого по шкалам угломерного приспособления считывают величины зенитногои аэимутального углов, которые равны соответствующим углам бурового инструмента в скважине, Поскольку один из торцов магнитной стрелки 25 выполнен шире другого и замыкает одновременно несколько электродов 33, то это позволяет, отличить северное направление от южного. Заполнение сферической камеры корпуса слабоэлектропроводной жидкостью позволяет создать цепь электрического тока только через те электроды 32 и 33, напротив которых расположены в данном положении поплавка концы магнитной стрелки и проводника. Наличие проводника, 5электрически соединенного с магнитной стрелкой, позволяет однозначно определять положение поплавка относительно корпуса.При использовании устройства с от клонителем последний соединяется спередатчиком 1 так, что направлениеего отклонения совпадает с риской 40.Положение информационного импульса47 от электрода 33, совпадающего с 15 риской, на экране осциллографа известноПоэтому известно и направлениедействия отклонителя относительномагнитной стрелки, а вращением бурильной колонны можно устанавливать от клонитель в заданное положение,Наличие в устройстве дополнительных электродов, размещенных на сферической поверхности корпуса, проводника, установленного в поплавке,элек тромагнита с подпружиненным якорем,взаимодействующим с бурильной колонной, специального преобразователя,содержащего три группы резисторов,электронный регистр сдвига, генера-30 тор импульсов и усилитель, акустоэлектрического преобразователя, установленного в верхней части бурильнойколонны, усилителя, многоканальногоиндикатора и дополнительного измерительного узла, аналогичного измерительному узлу в передатчике и установленного в угломерном приспособлении, позволяет снимать значения зенитного и азимутального углов скважины и передавать их на поверхностьбез подъема бурильной колонны, чтоповышает производительность.Наличие на наружной поверхностипереходника риски, лежащей в одной 45 плоскости с Одним из дополнительныхэлектродов, позволяет использоватьустройство в качестве ориентаторадля ориентирования отклонителей практически любого типа, поскольку егоработа не оказывается нй работе отклонителя, что существенно расширяетобласть его применения.55 Формула изобретения1, Устройство для определения азимутального и зенитного углов скважины, содержащее установленные в ниж1335686 ней части бурильной колонны переходник и измерительный узел, включающий в себя корпус, выпопненный изэлектроизоляционного материала и имеющий сферическую камеру, заполненнуюжидкостью, в которой свободно плавает сферический поплавок с вмонтированными в нем датчиками азимутального и зенитного углов, выполненными в виде магнитной стрелки и отвеса,преобразователь, источник питания иосновные кольцевые электроды, размещенные на поверхности нижней полусферы сферической камеры в плоскостях,2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в качествемногоканального индикатора использован двухлучевой осциллограф, угломерное приспособление выполнено в видегониометра, в качестве слабоэлектропроводной жидкости использована вода.3. Устройство по п. 1, о т л и 25 ч а ю щ е е с я тем, что преобразователь выполнен в виде трех групп резисторов, электронного регистра сдвига,генератора импульсов и услителя, приэтом первая группа резисторов соединена одними концами с основными кольцевыми электродами, а другими - с одним из полюсов источника питания, вто.рая группа резисторов соединена од ними концами с дополнительными элекЗ 5 тродами, а другими - с вторым полюсомисточника питания, точки соединениярезисторов с электродами соединеныс входом регистра сдвига,. тактовыйвход которого подключен к генератору4 О импульсов, а выход соединен с усилителем, выход которого служит выходомпреобразователя, причем третья группа резисторов имеет два последовательно соединенных резистора, средняяточка которых соединена с входом. регистра сдвига, а крайние точки соединены с источником питания,перпендикулярных оси корпуса, и подсоединенные к входу преобразователя,подключенного к источнику питания,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения производительностии расширения области применения засчет обеспечения определения направления действия отклонителя в скважине, оно снабжено дополнительнымиэлектродами, проводником, электромагнитом с подпружиненным якорем,акустоэлектрическим преобразователем,усилителем, многоканальным индикатором, дополнительным измерительнымузлом и угломерным приспособлением,при этом сферическая камера заполнена слабоэлектропроводной жидкостью,дополнительные электроды выполненыв виде отдельных полосок и размещенына поверхности верхней полусферысферической камеры в плоскостях, которые содержат ось корпуса, причемна наружной поверхности переходникавыполнена риска, которая расположенав одной плоскости с одним из дополнительных электродов, проводник установлен в сферическом поплавке по линии действия отвеса и соединен с магнитной стрелкой, концы магнитнойстрелки и проводника выведены на наружную поверхность поплавка и закреплены в виде электродов, электромагнит с подпружиненным якорем установлен в нижней части бурильной колонны с возможностью взаимодействия 5якоря с бурильной колонной и подключен к выходу преобразователя, акустоэлектрический преобразователь установлен в верхней части бурильной колонны и соединен с усилителем, выход 10 которого подключен к одному иэ входов многоканального индикатора, второй вход которого связан с выходомпреобразователя дополнительного измерительного узла, который установ,лен вугломерном приспособлении, 133568 б1335 б 8 б З 2 Фиг.л Составитель А. ЦветковТехред Б. Кадар Редактор М, Бланар Корректор И, Муска Подписное Заказ 4027/28 Тираж 532 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5