Датчик углов наклона скважины

Номер патента: 1717805

Автор: Тарарков

ZIP архив

Текст

,6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21) 4738615/03 (22) 19.09,89 (46) 07.03.92. Бюл, М 9 (71) Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубОкйх и сверхглубоких скважин (72) А.В,Тарарков (53) 622.242(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Кг 582383, кл, Е 21 В 47/022, 1977,.Авторское свидетельство СССР М". 614321, кл. Е 01 С 9/10, 1978.Авторское свидетельство СССР 1 ч. 597822, кл. В 21 В 47/022, 1978. (54) ДАТЧИК УГЛОВ НАКЛОНА СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для измерения углов, и предназначено для использования преимущественно в бурении скважин. Цель - повышение эффективности измерений путем исключения зон нечувствительности положения чувствительного элемента и обеспечения гальванической развязки чувствительного элемента от измерительной цепи. Датчик углов наклона сКввжины содержит корпус из диэлектрического материала, заполненный рабочей средой, с гравитационным подвижным чувствительным элементом 2. Новым является снабжение датчика вторым гравитационным подвижным чувствительным элементом 2, системами катушек 3 индуктивности, выполнение корпуса в виде двух кольцеобразных немагнитных трубок. расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях и охваченных системами катушек 3 индуктивности, помещение чувствительных элементов 2 внутрь кольцеобразных трубок 1. При этом магнитные и, электрические свойства материала гравитационных подвижных чувствительных элементов и рабочей среды внутренних полостей корпуса удовлетворя ют логической формуле: А 1 л А 2 = 1, где А 1 булева переменная, характеризующая соот ношение электрических проводимостей ве ществ гравитационных подвижны чувствительных элементов и рабочей среды, А 2 - булева переменная, характеризующая соотношение магнитных проницаемостей веществ гравитационных подвижных чувствительных элементов и рабочей среды, 5 ил,10 15 20 Изобретение относится к средствам измерения углов, в частности к приборам дляизмерения уклонов с помощью катящихсятел, и предназначено для определения углов отклонения объектов в пространстве отнекоторого наперед заданного направле. ния в бурении скважин.Известен датчик угла наклона скважины, содержащий корпус, сферически вогнутую подпружиненную направляющуюкрышку с ответной поверхностью, между которыми расположен шарик.Недостатком известного устройства являются низкие технологические возможности измерения. Конструкция датчикадопускает измерение угла наклона лишь 1раз за цикл, В соответствии с углом наклонашарик механически фиксируется междусферически вогнутой подпружиненной направляющей крышкой и ответной поверхностью, в кОнце цикла измерения датчикнеобходимо извлечь на поверхность и снятьпоказания измерения.Наиболее близким к предлагаемому является датчик углов наклона, содержащийкорпус иэ диэлектрического материала,имеющий полость в форме поверхностивращения с расположенными на внутренней поверхности полости электрическимиконтактами в виде пары соосных токопроводных спиралей, одна из которых выполнена в виде резистивного элемента, итокопроводный чувствительный элемент ввиде шара.Этот датчик позволяет расширить технелогические возможности измерения, таккак расположенные на внутренней поверхности полости электрические контакты, выполненные в виде пары соосныхтокопроводных спиралей, одна из которыхвыполнена в виде резистивного элемента, итокопроводный чувствительный элемент ввиде шара позволяют и реобразовать измеряемый угол наклона в напряжение, Результат измерения можно фиксироватьрегистрирующим прибором или передаватьпо каналу связи.Недостатком этого устройства являетсяневысокая эффективность измерениявследствие наличия зон нечувствительности, обусловленных конечностью шага спиралей, а также вследствие сложностиобеспечения надежного гальваническогоконтакта между чувствительным элементоми токопроводными спиралями.Целью изобретения является повышение эффективности измерений,Поставленная цель достигается тем, чтодатчик углов наклона скважины, содержащий корпус из диэлектрического материала,25 30 35 40 45 50 55 заполненный рабочей средой с гравитационным подвижным чувствительным элементом, снабжен вторым гравитационным подвижным чувствительным элементом, системами катушек индуктивности, корпус выполнен в виде двух кольцеобразных немагнитных трубок, расположенных во взаимноперпендикулярнь:х плоскостях и охваченных системами катушек индуктивности, чувствительные элементы помещены внутрь кольцеобразных трубок, а магнитные и электрические свойства материала гравитационных подвижных чувствительных элементов и рабочей среды удовлетворяют логической формулеА 1 ЖА 2 = 1,где А 1 - булева переменная, характеризующая соотношение электрических проводимостей. А 1 = 1 (А 1 = О), когда электрическая проводимость веществ гравитационных подвижных чувствительных элементов больше(меньше или равна) электрической проводимости рабочей среды;А 2- булева переменная, характеризующая соотношение магнитных проводимостей А 2 = 1 (А 2 = О), когда магнитнаяпроницаемость веществ гравитационныхподвижных чувствительных элементовбольше или равна (меньше магнитной проницаемости рабочей среды;СР- знак логического суммирования помодулю два.Выполнение корпуса в виде кольцеобразных трубок позволяет помещенным вних гравитационным подвижным чувствительным элементам занять положение, соответствующее их минимальнойпотенциальной энергии в поле тяготения всоответствии с плотностью их веществ иплотностью рабочей среды, заполняющейполости трубок.Выполнение корпуса в виде системыдвух кольцеобразных трубок, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, .позволяет по положениюгравитационнйх подвижных чувствительных элементов однозначно определить отклонение корпуса в пространстве отнекоторого наперед заданного направления.Подбор веществ гравитационных подвижных чувствительных элементов и рабочей среды внутренних полостей корпуса смагнитными и электрическими свойствами.удовлетворяющими логической формуледел,позволяет изменить индуктивности измерительных катушек при перемещении внутриних гравитационных подвижных чувстви- .тельных элементов,1717805 Выполнение корпуса (трубок) из диэлектрического немагнитного материала позволяет избежать воздействия вещества корпуса на взаимодействие измерительных катушек с гравитационными подвижными чувствительными элементами и рабочей средой, заполняющей полости.Охват диэлектрических немагнитных кольцеобразных трубок, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, системами катушек индуктивности, размещенных вдоль трубок, позволяет движных чувствительных элементов и ртути в качестве рабочей среды: на фиг,4 - основные элементы датчика в проекции на плоскость наклона скважины; на фиг,5 - конструкция датчика, видсверху,Датчик углов содержит корпус 1 в виде двух кольцеобразных немагнитных диэлектрических трубок, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, гравитационные подвижные чувствитель 5 10 ные элементы 2, помещенные в полости корпуса 1, системы измерительных катушек 3 индуктивности, охватывающие трубки 1, а также рабочую среду 4, заполняющую внутренние полости корпуса 1,Датчик работает следующим образом.Чувствительные элементы 2, находящиеся во внутренней полости корпуса 1, наклоненного под углом к местной гравитационной вертикали. перемещаются под действипреобразовать перемещения гравитационных подвижных чувствительных элементов, вещества которых и рабочая среда внутренних полостей корпуса имеют электрические и магнитные свойства, удовлетворяющие 15 20 логической формуле А 1 РА 2 = 1,в электрические сигналы в соответствии суглами отклонения датчика, что позволяет оперативно измерить сколь угодно малые углы отклонения датчика от некоторого наперед заданного направления.Предлагаемый датчик снабжен вторым гравитационным подвижным чувствительным элементом, системами катушек индуктивности, его корпус выполнен в виде двух кольцеобразных немагнитных трубок, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях и охваченных системами катушек индуктивности. чувствительные элементы помещены внутрь кольцеобразных трубок, причем магнитные и электрические свойства веществ гравитационных подвижных чувствительных элементов и рабочей среды удовлетворяют логической фармулегА 1 А 2 = 1,При помещении в полости трубок гравитационных подвижных чувствительных элементов и выполнении трубок криволинейными на рабочих участках перемещения чувствительных элементов устройство позволяет однозначно определить отклонение корпуса в пространстве по совОкупности линейных координат,При размещении катушек на криволинейных участках трубок можно преобразовать в электрический сигнал линейные координаты гравитационных подвижных чувствительных элементов, характеризующие отклонение датчика,На фиг.1 схематически представлена увеличивается. Для эффективного опредеконструкция датчика с ферритовыми шариками в качестве гравитационных подвижных чувствительных элементов и воздухом 55 ления местонахождения пузырьков через измерительные катушки 3 рекомендуется пропускать токи достаточно высокой частов качестве рабочей среды внутренних полостей; на фиг.2 и 3 - конструкция датчика с ты воздушными пузырьками и ферритовыми Для примера на фиг,3 магнитная прони- шариками в качестве гравитационных по- цаемость гравитационных подвижных чув 25 30 35 40 45 50 ем силы тяжести в точки, соответствующие их минимальной потенциальной энергии. При э Ом меняются индуктивности катушек 3,Для примера на фиг.1 магнитная проницаемость гравитационных подвижных чувствительных элементов 2 (ферритовых шариков) значительно превышает магнитную проницаемость рабочей среды 4 (воздуха) (А 2 = 1). При этом как феррит, так и воздух являются практически диэлектриками (А 1 = О), такое сочетание удовлетворяет логической формуле А 1 Г+А 2 = 1. Индуктивность катушек 3, расположенных напротив чувствительных элементов 2, увеличивается, Для эффективного определения местоположения шариков через измерительные катушки рекомендуется пропускать токи достаточно низкОЙ частоты,Для примера на фиг.2 электрическая проводимость гравитационных подвижных чувствительных элементов 2 (воздушных пузырьков) значительно ниже электрической проводимости рабочей среды 4 (ртути), следовательно А 1 = О. В это же время магнитная проницаемость как воздуха, так и ртути практически одинакова, они являются магнитодиэлектриками, следовательно А 2 = 1. Такое сочетание свойств удовлетворяет формулеА 1 ЮА 2 = 1,Индуктивность катушек 3, расположенных напротив чувствительных элементов 2, 1717805тдо= сд у+ад ф;тд/3= -д -,тд фгде р и ф - углы отклонения положенияриков 2 от оси датчика соответственноверхней и нижней трубок 1.Можно выразить д и /3 черекоординаты; для ые 30 з линеи Я Д (9 ( - , )19 ( - ,35 40 где 1 и 12 - линейные координаты положения шариков 3 от оси датчика соответственно для верхней и нижней трубок;В 1 и В 2 - радиусы кривизны соответственно верхней и нижней трубок.Плоскость верхней трубки датчика (фиг.4) повернута относительно плоскости наклона скважины на угол у. Соответственно плоскость нижней трубки повернута относительно плоскости наклона скважины на угол 90 - у, Порядок построения проекций трубок на плоскость наклона скважины подробно приведен на фиг,4. и. Х= Хн созудля верхней соз (90 - у) для нижней ПриэтомЕ =1рубки,2=ЕИ;Х =рубки,(р и ф - провотрубки гравита ции углов отклонения (л ионных подвижных чувс ствительных элементов 2 (ферритовых шариков) значительно превышает магнитную проницаемость рабочей среды 4 (ртути), следовательно А 2 = 1, В это же время электрическая проводимость феррита значительно 5 ниже проводимости ртути, следовательно А 1=0. Такое сочетание свойств удовлетворяет формуле А 1-А 2 = 1 и усиливает изменение индуктивности катушек 3, расположенных вблизи гравитационных по движных чувствительных элементов 2,Индуктивность катушек 3, расположенных напротив чувствительных элементов 2, увеличивается. Для эффективного определения местонахождения шариков через из мерительные катушки рекомендуется пропускать токи достаточно высокой частоты.Для датчика, помещенного в наклонную скважину (фиг.4), зенитный угол д и визир ный угол 3 отклонения скважины можно определить следующим образом:вительных элементов 2 от оси прибора (совпадающего в данном случае с осью скважины), на плоскость наклона скважины1 ю=- - :соз У соз (90 - у) где д - проекция зенитного угла д на плоско сть наклона скважины;ф - проекция визирного угла 3 на плоскость наклона скважины,Изменение индуктивности может быть преобразовано в частотно-модулируемый сигнал, фазо-модулируемый сигнал, цифровой код и т,д, Сигналы можно регистрировать автономным записывающим устройством или передавать по каналу связи к месту дальнейшей обработки,Предлагаемый датчик обладает более высокой эффективностью измерений, так как за счет снабжения его вторым гравитационным подвижным чувствительным элементом, системами катушек индуктивности, выполнения корпуса в виде двух кольцеобразных немагнитнь 1 х трубок, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях и охваченных системами катушек индуктивности, а также подбору материала гравитационных подвижных чувствительных элементов и рабочей среды внутренних полостей с магнитными и электрическими свойствами, удовлетворяющими логической формуле А 1 ;К 2 = 1, он позволяет определить угол отклонения скважины в пространстве от заданного направления через совокупность линейных координат гравитационных подвижных чувствительйых элементов с высокой эффективностью,Предлагаемый датчик обладает более высокой надежностью благодаря бесконтактному взаимодействию измерительных преобразователей с чувствительными элементами, Формула изобретения Датчик углов наклона скважины, содержащий корпус из диэлектрического материала. заполненный рабочей средой, с гравитационным подвижным чувствительным элементом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности измеренийон снабжен вторым гравитационным подвижным чувствительным элементом, системами катушек индуктивности, корпус выполнен в виде двух кольцеобразных немагнитных трубок, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях и охваченных системами катушек индуктивности, чувствительные элементы помещены внутрь кольцеобразных трубок, причем магнитные и электрические свойства материала гравитационных подвижных чувствительных элементов и рабочей среды внутренних полостей корпуса удовлетворяют логической формулеА 17 ВА 2 = 1,где А 1 - булева переменная, характеризующая соотношение электрических проводимостей материала гравитационных подвижных чувствительных элементов и рабочей среды;А 2 - булева переменная, характеризую щая соотношение магнитных проницаемостей материала гравитационных подвижных чувствительных элементов и рабочей среды,1717805 оставитель Ю.Лупичеваехред М.Моргентал . Корректо Редактор А.Мотыл ксимишин ПроизвоДственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина аказ 862 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5

Смотреть

Заявка

4738615, 19.09.1989

КАМСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОМПЛЕКСНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГЛУБОКИХ И СВЕРХГЛУБОКИХ СКВАЖИН

ТАРАРКОВ АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: E21B 47/02, G01C 9/10

Метки: датчик, наклона, скважины, углов

Опубликовано: 07.03.1992

Код ссылки

<a href="https://patents.su/7-1717805-datchik-uglov-naklona-skvazhiny.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Датчик углов наклона скважины</a>

Похожие патенты