ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА СКВАЖИНЫ Российский патент 1995 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к приборам для измерения зенитного угла (угла отклонения от вертикали) скважин.

Известен прибор для определения угла наклона скважины, содержащий поршень, выполненный заодно с направляющей и эластичной оболочкой, которая установлена на корпусе и образует с ним камеру, гидравлически связанную с надпоршневой полостью (авт. св. N 582383. кл. E 21 B 47/22. Бюл. N 44, 1977).

Однако это устройство обладает низкой надежностью и точностью измерений.

Известен также прибор для определения угла наклона скважин, содержащий подпружиненный поршень со сферически вогнутой поверхностью и крышку с ответной поверхностью, между которыми расположен шарик (авт. св. N 638716, кл. E 21 B 47/22. Бюл. N 47, 1978). Перепад давления, возникающий при движении жидкости через отверстие фланца, обеспечивает отжатие подпружиненного поршня, который после прекращения циркуляции фиксирует шарик в положении, соответствующем зенитному углу скважины.

Поскольку прибор устанавливается внутри бурильной колонны происходит повышение гидродинамического сопротивления в процесе бурения, кроме того, под действием скоростного напора промывочной жидкости не исключена возможность повреждения пластичных диафрагм. Все это приводит к низкой надежности и точности измерений прибора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является прибор для определения угла наклона скважины, содержащий корпус, подпружиненный поршень со сферической выпуклой поверхностью, зажимной элемент с ответной поверхностью, между которыми расположен шарик, напорный диск с подпружиненными штоками и направляющим штоком, связанным с корпусом и зажимным элементом.

Недостатками данного прибора являются низкая надежность и точность измерений, возникающие вследствие того, что:
- размещение прибора в бурильных трубах создает дополнительные гидравлические сопротивления в процессе бурения;
- угол наклона скважины определяется лишь после окончания бурения и подъема долота;
- циркуляция бурового раствора, содержащего абразивные частицы и химически агрессивные вещества, вызывает интенсивный износ и коррозию подпружиненных штоков, которые выводят из строя уплотнительные элементы и, в конечном итоге, прибор в целом;
- частицы твердой фазы, выпадая из раствора, заполняют пространство под напорным диском, в результате чего не происходит перемещение напорного диска, а следовательно, и освобождение шарика для производства замера;
- при подъеме долота инерционные силы столба промывочной жидкости в бурильных трубах оказывают дополнительное давление на напорный диск, что вызывает разориентирование шарика и приводит к неточному замеру.

Прижатие шарика происходит через промежуток времени, зависящий от площади калиброванных каналов на поршне реле времени, через которые происходит переток жидкости. Следует отметить, что на скорость перетока жидкости кроме площади калиброванных каналов влияют также глубина спуска прибора в скважину, плотность бурового раствора и его температура на глубине спуска прибора. Следовательно, надежная фиксация шарика на сферической поверхности, причем в строго установленное время, в прототипе не обеспечивается.

Сущность изобретения заключается в том, что прибор для измерения угла наклона скважины, содержащий корпус, часовой механизм, шток, подпружиненный поршень со сферически выпуклой поверхностью и зажимной элемент с ответной поверхностью, между которыми расположен шарик, снабжен затвором, соединенным посредством штока с поршнем, причем на верхней торцовой поверхности затвора выполнен упорный штифт, на хвостовике штока - гнездо, соответствующее упорному штифту, верхняя часть которого снабжена скользящим шариком.

Конструкция предлагаемого прибора характеризуется наличием затвора со штоком, выполненных таким образом, что в результате вращения последнего происходит совмещение гнезда, расположенного на хвостовике штока, с упорным штифтом, после чего шток с помощью поршня жестко фиксирует шарик на сферической поверхности смотровой крышки. Фиксация шарика происходит через строго установленное время, зависящее от взаимного положения упорного штифта и соответствующего ему гнезда и выбираемое оператором при подготовке прибора к спуску в скважину.

Сравнение изобретения с известными техническими решениями показывает, что благодаря конструктивному выполнению предлагаемого прибора буровая жидкость не взаимодействует с измерительными узлами прибора и не оказывает на них какое-либо влияние. Кроме того, обеспечивается жесткая фиксация положения шарика за строго определенное время и возможность неоднократного спуска и подъема прибора в скважину во время одного и того же долбления, что обеспечивает оперативность контроля за изменением угла наклона скважины.

На фиг. 1 изображен общий вид прибора; на фиг. 2 - то же, продольный разрез.

Прибор для измерения угла наклона скважины состоит из корпуса 1, герметически закрывающегося с помощью центрирующей головки 2 и пробки 3. В корпусе 1 находится измерительный узел, состоящий из часового механизма 4, подпружиненного пружиной 5 штока 6, имеющего на верхнем конце хвостовик 7, а на нижнем - поршень 8 со сферически выпуклой прорезиненной поверхностью.

В нижней части хвостовика 7 выполнено гнездо 9, которое по размерам соответствует упорному штифту 10, расположенному на верхней торцовой поверхности затвора 11. На конце упорного штифта 10 для снижения сил трения размещается скользящий шарик 12.

Между поршнем 8 и смотровой крышкой 13 с ответной поверхностью располагается шарик 14.

Для предохранения измерительного узла от продольных ударов (во время спуска прибора в скважину) сверху и снизу него размещены пружины 15.

Работает прибор для измерения угла наклона скважины следующим образом.

Подготовленный к работе прибор опускается в бурильные трубы. При этом часовой механизм 4, создавая крутящий момент, проворачивает шток 6 относительно затвора 11. Через определенный (заданный) промежуток времени упорный штифт 10 на затворе 11 совмещается с гнездом 9 на хвостовике 7 и под действием пружины 5 входит в гнездо 9. Одновременно шток 6 отходит от часового механизма и с помощью поршня 8 прижимает шарик 14 к поверхности смотровой крышки 13, фиксируя угол наклона скважины от вертикали. Затем прибор извлекается из скважины, отвинчивается пробка 3 и извлекается измерительный узел. Визирование положения прижатого шарика производится через смотровую крышку 13. Угол наклона прибора от вертикали определяется отсчитыванием количества концентрических окружностей, начиная от центра смотровой крышки, по воображаемой оси прижатого шарика 14. При необходимости спуск прибора в процессе одного долбления можно неоднократно повторить. Для измерения угла наклона скважины предлагаемым прибором в компоновку низа бурильной колонны включается специальный переводник с посадочным седлом (фиг. 1).

Использование предлагаемого прибора обеспечивает по сравнению с существующими приборами следующие преимущества:
- повышение надежности измерений благодаря тому, что буровая жидкость не взаимодействует с измерительным узлом прибора и не оказывает на него вредного действия;
- повышение точности измерений благодаря тому, что шарик жестко фиксируется на сферической поверхности смотровой крышки (причем в строго заданное время) и на него не оказывает воздействие вибрация бурильной колонны;
- высокая оперативность контроля изменения угла наклона скважины благодаря возможности неоднократного спуска прибора за одно долбление.

Использование: в буровой технике для измерения зенитного угла скважины. Сущность изобретения: прибор содержит корпус, часовой механизм, шток, подпружиненный поршень со сферически выпуклой поверхностью и зажимной элемент с ответной поверхностью, между которыми расположен шарик. Кроме того, прибор снабжен затвором, соединенным посредством штока с поршнем, причем на верхней торцовой поверхности затвора выполнен упорный штифт, на хвостовике штока выполнено гнездо, соответствующее упорному штифту, верхняя часть которого снабжена скользящим шариком. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА СКВАЖИНЫ, содержащий корпус, часовой механизм, шток, подпружиненный поршень со сферической выпуклой поверхностью и зажимной элемент с ответной поверхностью, между которыми расположен шарик, отличающийся тем, что он снабжен затвором, соединенным посредством штока с поршнем, при этом на верхней поверхности затвора выполнен упорный штифт, а на хвостовике штока - гнездо, ответное упорному штифту. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен скользящим шариком, размещенным на верхней части упорного штифта.