ИНКЛИНОМЕТР Российский патент 1999 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к геологоразведочной измерительной технике и предназначено для измерения пространственного положения стволов буровых скважин с фиксированием показаний чувствительных элементов азимутального и зенитного углов с помощью арретирующего узла.

В инклинометре с такими чувствительными элементами (а.с. СССР N 1481390, бюл. N 19, 1989 г.) эти элементы фиксируются посредством узла, включающего два арретирующих рычага с кольцевыми захватами, закрепленные на вращающейся рамке, с возможностью совмещения оси кольцевых захватов с осью вращения чувствительных элементов. Внутри рамки размещен шток, конец которого связан тягами с рычагами, которые поперечно подпружинены.

При перемещении штока в одну сторону тягами перемещают кольцевые захваты навстречу другу с охватом и фиксированием при этом чувствительных элементов. При перемещении штока в обратную сторону тягами с помощью пружины между рычагами разводят рычаги и при этом отводят кольцевые захваты от чувствительных элементов.

Недостаток такого устройства состоит в опасности поломки и выхода из строя компонентов чувствительных элементов, включающих очень хрупкие и тонкие компоненты, такие как агатовый подпятник вращения полусфер в керновых опорах, вклеенные магниты.

Опасность поломки обусловлена тем, что инклинометр опускают в скважину с разарретированными чувствительными элементами, что в той или иной мере в зависимости от траектории скважины, режима опускания и геологического разреза обязательно сопровождается ударами и толчками, передающимися чувствительным элементам.

Наиболее близок к изобретению известный инклинометр по а.с. СССР N 1368430, включающий корпус, в котором размещены измерительный блок с чувствительными элементами азимутального и зенитного углов и арретирующий узел, содержащий подпружиненный арретирующий стержень, подпружиненный шток с зажимной чашечкой для арретирования чувствительных элементов, промежуточное звено между ними в виде гидроблока телескопического с поршнем, присоединенным к штоку и корпусом, присоединенным к арретирующему стержню.

Этот известный инклинометр включает также привод арретирующего узла с реле времени, фиксатор и таймер разарретирования и арретирования.

Таймер выполнен в виде упомянутого промежуточного звена, в том числе пружин, снабженного перепускным клапаном с более интенсивным перетеканием из верхней полости в нижнюю, чем наоборот.

Фиксатор выполнен в виде буртика на конце арретирующего стержня и двуплечих рычагов с упорными концами под буртик стержня в положении, когда эти концы сближены. Противоположные концы рычагов при этом должны быть раздвинуты сердечником электромагнита.

Реле времени выполнено с замыканием на цепи электромагнита с сердечником к фиксатору.

Привод в этом инклинометре в арретирующем узле выполнен в виде фиксатора, пружины на корпусе гидроблока и пружины на штоке с чашечкой. Первая пружина подпружинивает корпус относительно фиксатора, а другая пружина - шток относительно этого корпуса.

Работает инклинометр следующим образом.

На поверхности перед непосредственно работой в скважине арретируют чувствительные элементы - прижимают чашечкой на штоке. Этот эффект достигают "зарядкой" привода путем сжатия пружин на корпусе гидроблока и на штоке и упором рычагов фиксатора в буртик на верхнем конце арретирующего стержня. Для осуществления надежного упора рычагов в буртик противоположные концы рычагов разводят сердечником электромагнита.

Взведенный таким образом арретирующий узел вместе с инклинометром опускают в скважину на необходимую глубину, на которой срабатывает реле времени, контакты замыкаются, сердечник его втягивается, освобождая рычаги фиксатора от упора в буртик путем разведения их пружиной.

Освобожденный от упора в фиксатор арретирующий стержень вместе с корпусом гидроблока под действием пружины на корпусе перемещается вверх вместе со штоком с чашечкой. Происходит разарретирование чувствительных элементов, которые по прошествии заданного времени занимают соответствующие пространственные положения.

За этот промежуток времени от начала разарретирования шток относительно медленно вместе с поршнем опускается под действием сжатой пружины на нем. Медленное опускание обусловлено работой перепускного клапана в поршне. После того как чувствительные элементы "успокоятся", шток доставляет чашечку к поверхности чувствительных элементов и зажимает их, то есть происходит арретирование. Далее инклинометр извлекают из скважины.

Недостатки этого известного инклинометра состоят в следующем: недостаточная точность измерений, недостаточная надежность в работе, сложность конструкции и эксплуатации инклинометра.

Недостаточные точность и надежность работы инклинометра обусловлены сложностью конструкции арретирующего узла, содержащего чувствительные работающие четко во временном цикле элементы: гидроблок с относительно сложным перепускным отрегулированным клапаном, отрегулированные пружины.

При преждевременном износе одного из элементов, изменении его упругих и других параметров под влиянием изменений температуры (с изменением глубины скважины, например) - надежность узла резко снижается.

Сложность конструкции сама по себе является недостатком.

Сложность эксплуатации обусловлена необходимостью перед каждым измерением на поверхности заряжать привод арретирующего узла, извлекая его из корпуса, путем сжатия пружины и установки фиксатора на буртике арретирующего узла и введения сердечника между противоположными концами рычагов фиксатора.

Цель изобретения состоит в упрощении конструкции и эксплуатации инклинометра, а также в повышении надежности его работы.

Поставленная цель достигается тем, что в инклинометре, включающем корпус, в котором размещены измерительный блок с чувствительными элементами азимутального и зенитного углов и арретирующий узел, содержащий подпружиненный арретирующий стержень, подпружиненный шток с зажимной чашечкой, промежуточное звено между ними, привод с автономным источником питания и электронный таймер разарретирования и арретирования, привод выполнен в виде реверсивного интегрирующего двигателя с винтовой парой на выводном валу с прикреплением одного винтового элемента к валу, а другого - к арретирующему стержню.

При этом арретирующий стержень выполнен с поперечным выступом и помещен в гильзу с продольной канавкой, в которую введен этот выступ с возможностью перемещения в ней.

Промежуточное звено выполнено в виде подпружиненных навстречу друг другу упорных дисков на концах арретирующего стержня и штока с чашечкой для арретирования чувствительных элементов.

Длина канавки гильзы (на арретирующем стержне) должна превышать величину перемещения стержня при арретировании.

Перечисленные отличительные признаки обеспечивают выполнение поставленной задачи: электродвигатель (электромотор) с электронным таймером, винтовой парой на валу и арретирующем стержне, безусловно, проще и надежнее в работе системы, состоящей из электромагнита, рычажного фиксатора, гидроблока с перепускным клапаном, отрегулированных пружин с приводом от их энергии "сжатого состояния".

Как уже cказано, подобной конструкции при исследовании материалов в данной области не обнаружено.

Предлагаемое техническое решение соответствует изобретательскому уровню, так как обеспечивает достижение положительного эффекта в результате использования совокупности известных и новых признаков.

Предлагаемый инклинометр изготовлен промышленно, так как включает все элементы, освоенные промышленностью.

Таким образом, инклинометр характеризуется всеми признаками для соответствия понятию "изобретение".

Предлагаемый инклинометр показан на фиг. 1 - 3:
на фиг. 1 - кинематическая схема инклинометра;
на фиг. 2 - арретирующий узел в положении арретирования чувствительных элементов;
на фиг. 3 - арретирующий узел в положении разарретирования чувствительных элементов.

Предлагаемый инклинометр включает корпус (не показан), в котором размещены измерительный блок в виде сферы 1 с чувствительными элементами (не выделены позициями по отдельности) азимутального и зенитного углов и арретирующий узел (не показан отдельной позицией), содержащий арретирующий стержень 2, шток 3 с чашечкой 4 для зажима измерительной сферы 1, приводной реверсивный электродвигатель (электромотор) 5, на выводном валу 6 которого установлена винтовая пара 7, один элемент (не показан) присоединен к валу 6, а другой элемент (не показан) присоединен к арретирующему стержню 2. Арретирующий стержень 2 выполнен с поперечным пальцем (выступом) 8 и введен в неподвижную гильзу 9 с продольной канавкой 10. В эту канавку 10 введен палец-выступ 8 с возможностью перемещения в ней.

Между арретирующим стержнем 2 и штоком 3 с чашечкой 4 расположено промежуточное звено (не показано), включающее поперечные диски 11 и 12 на концах стержня 2 и штока 3 и на самих стержне 2 и штоке 3 пружины 13 и 14 с упорами в гильзу 9 первой и в неподвижную шайбу 15 второй - противоположными концами. Близлежащие концы пружин 13 и 14 выполнены с упорами в соответствующие диски 11 и 12.

Измерительный блок содержит также подвижную вилку 16 с осью 17 вращения измерительной сферы 1 и защитный колпак в виде чашечки с другой стороны сферы 1 относительно чашечки 4 на штоке 3 и напротив нее.

Электродвигатель (электромотор) 5 снабжен электронным таймером 19 переключения с блоком 20 питания, например, в виде аккумуляторных батарей (не показаны).

Работает предлагаемый инклинометр следующим образом.

На поверхности электронный таймер 19 переключения устанавливают с временной задержкой, при которой учитываются затраты времени на следующие операции: установку переключателей таймера в соответствующие положения; снаряжение прибора в защитный корпус; присоединение корпуса к тросу лебедки (не показаны); спуск инклинометра на тросе на необходимую глубину.

Нормальное положение инклинометра заарретированное, обеспечивается электронным таймером.

Опускают инклинометр в скважину при заарретированном положении измерительной сферы 1.

После достижения необходимой глубины таймер 19 включает электродвигатель (электромотор) 5 с реверсивным вращением его вала 6 в сторону, обеспечивающую перемещение элемента винтовой пары 7, присоединенного к арретирующему стержню 2, в сторону электродвигателя (электромотора) 5.

Стержень 2, таким образом перемещаясь, позволяет перемещаться в эту же сторону штоку 3 с чашечкой 4 под действием сжатой пружины 14. Происходит отведение чашечки 4 от измерительной схемы 1, то есть разарретирование.

Измерительная сфера 1 с чувствительными элементами занимает пространственное положение в скважине. После того как сфера 1 "успокоится" и ее положение стабилизируется, таймер включает электродвигатель 5 на обратное вращение - в направлении, при котором производили арретирование.

Таким образом, предлагаемый инклинометр прост и надежен в работе. Достаточно установить на таймере необходимое время задержки, по истечении которого автоматически выполняется рабочий цикл - разарретирование чувствительного элемента, выдержка для его успокоения и его арретирование.

В нем исключены недостатки, присущие системам с ручной зарядкой, гидросистемам, системам с значительным количеством контактирующих элементов с взаимным износом, часто неравномерным.

Описание относится к инклинометру однократного действия.

При введении в схему дополнительно записывающего устройства и реле времени последовательного включения привода на различных глубинах предлагаемое техническое решение может быть реализовано в инклинометре многократного действия.

Инклинометр содержит привод арретирующего узла, который выполнен в виде реверсивного электродвигателя с автономным источником питания, с электронным таймером переключения и винтовой парой на выводном валу. При этом одним концом арретирующий стержень присоединен к продольно перемещаемому элементу винтовой пары, введен в гильзу с продольной канавкой и снабжен выступом под эту канавку. Промежуточное звено между арретирующим стержнем и штоком с чашечкой для фиксирования измерительной сферы выполнено в виде подпружиненных навстречу друг другу поперечных дисков на соседних концах стержня и штока. Вращение электродвигателя и его вала передается через винтовую пару стержню, который перемещается вверх или вниз, перемещая шток с чашечкой до фиксирования чувствительного элемента в первом случае либо освобождая путь вверх подпружиненному штоку с чашечкой, которая отходит от чувствительного элемента, что соответствует разарретированию. Инклинометр прост по конструкции и в эксплуатации, надежен в работе. 3 ил.

Инклинометр, включающий корпус, в котором размещены измерительный блок с чувствительными элементами азимутального и зенитного углов и арретирующий узел, содержащий подпружиненный арретирующий стержень, подпружиненный шток с зажимной чашечкой, промежуточное звено между ними, привод с реле времени включения, фиксатор и таймер разарретирования и арретирования, отличающийся тем, что привод выполнен в виде реверсивного электродвигателя с автономным источником питания, с электронным таймером переключения и винтовой парой на выводном валу с прикреплением одного винтового элемента к валу, а другого к арретирующему стержню, выполненному с поперечным выступом и помещенному в гильзу с продольной канавкой, в которую вставлен этот выступ с возможностью перемещения, а промежуточное звено выполнено в виде подпружиненных навстречу друг другу упорных дисков на концах арретирующего стержня и штока с чашечкой для арретирования сферического чувствительного элемента, при этом длина канавки превышает величину перемещения стержня при арретировании.