УСТАНОВКА ДЛЯ НАСТРОЙКИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ИНКЛИНОМЕТРОВ Российский патент 2002 года по МПК E21B47/02 G01C9/00 

Изобретение относится к метрологическому обеспечению геофизических и промысловых скважин, а именно к выполнению комплекса исследований и стендовых испытаний новых типов инклинометров, в частности для настройки, регулировки и балансировки их чувствительных элементов.

Известна установка для настройки и экспериментальных исследований инклинометров, содержащая U-образную подставку в виде плиты и двух вертикальных стоек, нижнюю платформу с узлами крепления к стационарному основанию, верхнюю платформу с консольно установленными на ней полуосями, которые связаны посредством опор вращения с верхними частями вертикальных стоек подставки, узел крепления корпуса инклинометра, три диска червячных передач, первый из которых жестко связан с плитой и расположен горизонтально и соосно второму диску, жестко связанному с узлом крепления корпуса инклинометра, а третий диск установлен в вертикальной плоскости, жестко связан с верхней платформой и установлен на одной из полуосей соосно с ней, три лимба грубого отсчета углов, параллельных дискам червячных передач, два из которых предназначены для отсчета зенитного и визирного углов и жестко связаны соответственно с вторым и третьим дисками, а третий лимб отсчета азимута с помощью двух узлов резьбового крепления связан с плитой, три подпружиненных червяка и три лимба точного отсчета углов, связанных с червяками (авт. св. СССР N 791957, E 21 В 47/02, 1978 г. ).

Эта установка не обеспечивает требуемую точность измерений и сложна в эксплуатации.

Известна принятая в качестве прототипа установка для настройки и экспериментальных исследований инклинометров, содержащая U-образную подставку в виде плиты и двух вертикальных стоек, первую платформу с узлами крепления к стационарному основанию, вторую платформу, установленную между плитой и первой платформой соосно с ними и имеющую упор ортогональной фиксации, причем на первой платформе выполнены четыре паза, равнорасположенные по ее образующей поверхности, третью платформу с консольными полуосями, которые через опоры вращения связаны с верхними частями вертикальных стоек, узел крепления корпуса инклинометра, выполненный в виде двух штурвалов, цилиндра и сменной цанги, причем штурвалы соединены с цилиндром по резьбе, а сменная цанга размещена в цилиндре соосно с ним, три диска червячных передач, первый из которых жестко связан с плитой и расположен горизонтально, второй диск жестко связан с цилиндром узла крепления корпуса инклинометра, третий диск жестко связан с третьей платформой и размещен на одной из ее полуосей соосно с ней, установленные параллельно с диском три лимба грубого отсчета углов, причем лимбы зенитного и визирного углов жестко связаны с третьим и вторым дисками соответственно, а лимб азимута посредством двух узлов резьбового крепления связан с плитой, три подпружиненных червяка, связанных червячными зацеплениями с дисками, и три лимба точного отсчета углов, установленные на червяках (авт. св. СССР 1441061, E 21 В 47/02, 1988 г. ).

Установка - прототип имеет ограниченные эксплуатационные возможности, т. к. не обеспечивает требуемую точность измерения и не удовлетворяет эргономическим требованиям. Это обусловлено тем, что лимбы грубого и точного отсчета пространственно отделены друг от друга, причем лимбы точного отсчета расположены на маховиках червяков, а лимб грубого отсчета на оси червячного колеса. Поскольку полностью устранить люфты в червячных зацеплениях не представляется возможным, то сделать погрешность задания углов менее ±1^o не удается. Кроме того, лимб отсчета зенитного угла размещен во внутреннем пространстве стоек, что ограничивает доступ к нему и существенно затрудняет снятие показаний. Все это вместе взятое значительно затрудняет эксплуатацию установки и не позволяет использовать ее, например, для отладки точных электронных инклинометров нового поколения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является расширение эксплуатационных возможностей.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемого устройства, заключается в повышении точности измерений и удобства эксплуатации.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в установке, содержащей U-образную подставку в виде плиты и двух вертикальных стоек, первую платформу с узлами крепления к стационарному основанию, вторую платформу, установленную между плитой и первой платформой соосно с ними и имеющую упор ортогональной фиксации, причем на первой платформе выполнены четыре паза, равнорасположенные по ее образующей поверхности, третью платформу с консольными полуосями, которые через опоры вращения связаны с верхними частями вертикальных стоек, узел крепления корпуса инклинометра, выполненный в виде двух штурвалов, цилиндра и сменной цанги, причем штурвалы соединены с цилиндром по резьбе, а сменная цанга размещена в цилиндре соосно с ним, три диска червячных передач, первый из которых жестко связан с плитой и расположен горизонтально, второй диск жестко связан с цилиндром узла крепления корпуса инклинометра, установленные параллельно дискам три лимба грубого отсчета углов, причем лимб визирного угла жестко связан с вторым диском, а лимб азимута посредством двух резьбовых узлов крепления связан с плитой, три подпружиненных червяка, связанных червячными зацеплениями с дисками, и три лимба точного отсчета углов, в отличие от прототипа третий диск с лимбом зенитного угла, шкала которого расположена с внешней стороны вертикальной стойки, жестко связан с одной из полуосей третьей платформы, лимбы точного отсчета углов сопряжены непосредственно с лимбами грубого отсчета, причем лимб точного измерения азимутального угла жестко закреплен на второй платформе, лимб точного измерения зенитного угла - на соответствующей вертикальной стойке, лимб точного измерения визирного угла - на третьей платформе, а на второй полуоси суппозитно узлу крепления корпуса инклинометра установлен приборный столик.

Существо устройства пояснено чертежами: на фиг. 1 представлен общий вид установки; на фиг. 2 - вид сверху; на фиг. 3 - вид А на фиг. 1 ; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5- разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 3; на фиг. 7 - расположение пазов на первой платформе подпружиненного упора и шарового фиксатора; на фиг. 8 - вид Ж на фиг. 1.

Установка содержит U-образную подставку 1 в виде плиты 2 и вертикальных стоек 3 и 4, первую платформу 5 с узлами 6 крепления к стационарному основанию, третью платформу 7 с консольно закрепленными в ней полуосями 8 и 9, опору вращения 10, винт 11, узел 12 крепления корпуса инклинометра, три диска 13, 14, 15 червячных передач, лимбы 16, 17,18 со шкалами грубого отсчета углов, два узла 19 и 20 (фиг. 2) резьбового крепления, три подпружиненных червяка 21, 22, 23, лимбы 24, 25, 26 со шкалами точного отсчета углов, вторую платформу 27, подпружиненный упор 28 ортогональной фиксации, стационарное основание 29, шпильки 30, 31, 32 со сферическими торцами, контргайки 33, 34, 35, профилированные шайбы 36, винты 37, 38, 39, два штурвала 40 и 41, цилиндр 42, съемную технологическую платформу 43, сменную удлиненную цангу 44 с разрезными пазами в торцевых частях, винт 45, накидную планку 46, стопорный винт 47 (фиг. 4), плоскую пружину 48, шпильку 49 с контргайками, коромысло 50, штифт 51 (фиг. 5), пружину 52, шпильку 53 с контрогайками, коромысло 54 (фиг. 3), штифт 55 (фиг. 6), плоскую пружину 56, коромысло 57, кулачок 58, откидной фиксирующий упор 59, винты 60 и 61, профилированный шток 62, пружину 63, шаровой фиксатор 64, включающий плоскую пружину 65 и четыре ортогональных паза 66, 67,68, 69 первой платформы 5 (фиг. 7). На второй полуоси 8 суппозитно узлу 12 крепления корпуса инклинометра с помощью винтов 70 установлен приборный столик 71 с рифлеными винтами 72 (фиг. 8).

Полуоси 8 и 9 через опоры вращения 10 и 11 связаны с верхними частями стоек 3 и 4 U-образной подставки 1. Первый диск 13 червячной передачи жестко связан с плитой 2 и расположен горизонтально, второй диск 15 жестко связан с узлом 12 крепления корпуса инклинометра, а третий диск 14 с лимбом 17 установлены в вертикальной плоскости и через лимб 17 зенитного угла, шкала которого расположена с внешней стороны вертикальной стойки 3, жестко связаны с полуосью 9 третьей платформы 7. Лимб 16 грубого отсчета азимута выполнен в виде кольца и с помощью узлов 19 и 20 резьбового крепления связан с плитой 2, а лимб 18 грубого отсчета визирного угла связан с вторым диском 15. Подпружиненные червяки 21, 22, 23 связаны зубчатыми зацеплениями с дисками 13, 14,15 соответственно.

Три лимба 24, 25, 26 точного отсчета углов непосредственно сопряжены с лимбами 16, 17, 18 грубого отсчета и установлены следующим образом: лимб 24 азимута на второй платформе 27, лимб 25 зенитного угла - на вертикальной стойке 3, а лимб 26 визирного угла - на третьей платформе 7. Вторая платформа 27 имеет упор 28 ортогональной фиксации и установлена соосно плите 2 между первой платформой 5 и плитой 2. В первой платформе 5 (фиг. 3) на образующей поверхности выполнены четыре паза 66, 67, 68, 69, равно расположенные по окружности. Узлы 6 крепления первой платформы 5 к стационарному основанию 29 выполнены в виде шпилек 30, 31, 32 со сферическими торцами, связанных резьбовыми соединениями с отверстиями в первой платформе 5, и контргаек 33, 34, 35. Сферические торцы шпилек механически связаны с профилированными шайбами 36, которые винтами 37 жестко связаны с основанием 29. Полуоси 8 и 9 жестко связаны с третьей платформой 7 винтами 38 и 11 и имеют возможность вращаться в стойках 3 и 4. Узел 12 крепления корпуса инклинометра выполнен в виде двух штурвалов 40 и 41, цилиндра 42 и сменной цанги 44. Штурвалы 40 и 41 связаны резьбой с цилиндром 42, который жестко соединен с вторым диском 15 червячной передачи. Внутри штурвалов 40 и 41 соосно с диском 15 устанавливаются цанга 44 или технологическая платформа 43. Сменная цанга 44 предназначена для крепления корпуса инклинометра, а технологическая платформа 43, плоская поверхность Д которой строго перпендикулярна поверхности Е цилиндра 42, используется для установки третьей платформы 7 строго горизонтально.

Узлы 19 и 20 крепления кольца лимба 16 содержат (фиг. 4) винт 45, накидную планку 46 и стопорный винт 47. Червяк 21 подпружинен плоской пружиной 48, которая крепится к плите 2 шпилькой 49 с контрогайками, и коромыслом 50, поворотным относительно штифта 51. Аналогично пружиной 52 и коромыслом 54 подпружинен червяк 22. Червяк 23 подпружинен плоской пружиной 56, коромыслом 57 и кулачком 58. Лимбы 16, 17, 18 грубого отсчета углов сопряжены с лимбами точного отсчета углов 24, 25, 26 соответственно, закрепленными на второй платформе 27, вертикальной стойке 3 и третьей платформе 7. Узел крепления корпуса инклинометра 12 связан с третьей платформой 7 с помощью откидного фиксирующего упора 59. Упор 28 ортогональной фиксации выполнен в виде профилированного штока 62 с пружиной 63 и шарового фиксатора 64 с плоской пружиной 65, которые установлены диаметрально противоположно на второй платформе 27 с возможностью одновременного взаимодействия с парами пазов 66, 68 или 67, 69 из четырех в первой платформе 5 при фиксированном положении относительно нее второй платформы 27. Плоская пружина 65 шарового фиксатора 64 крепится к образующей поверхности плиты 2. Встраиваемые приборы, например оптический квадрант, крепятся на приборном столике 71 рифлеными винтами 72.

Работа на заявляемом устройстве включает два этапа.

Первый - точная пространственная ориентация самой установки, т. е. совмещения ее базиса с опорным базисом, образованным вектором ускорения свободного падения и горизонтальной составляющей полного вектора напряженности геомагнитного поля.

Второй - собственно фиксированная ориентация инклинометра на заданные углы.

На первом этапе шпильки 30, 31, 32 вместе с профилированными шайбами 36 винтами 37 крепят к стационарному основанию 29. На плоскости плиты 2 против одного из узлов 6 устанавливают оптический квадрант, например КО1, выставленный в нулевое положение. Вращением подставки 1, установкой оптического квадранта на плите 2 напротив каждого узла 6 и вращением шпилек 30, 31, 32 выполняют горизонтирование плиты 2, после чего положение шпилек 30, 31, 32 фиксируют контргайками 33, 34, 35. Затем в узел крепления корпуса инклинометра 12 устанавливают и закрепляют неподвижно технологическую платформу 43. Оптический квадрант устанавливают на поверхность Д технологической платформы 43 и ориентируют в плоскости наклона. Вращением червяка 22 с контролем по индикатору квадранта выставляют платформу 43 горизонтально и совмещают нулевые показания лимбов 17 грубого и 25 точного отсчета зенитного угла, после чего закрепляют лимб 25 рифлеными винтами 39. Затем оптический квадрант ориентируют в плоскости вертикальных стоек 3 и 4, т. е. в плоскости, перпендикулярной плоскости наклона, и проверяют горизонтальное положение поверхности Д платформы 43, после чего технологическую платформу извлекают из узла крепления 12. Следующей операцией является совмещение плоскости наклона с направлением на север магнитного меридиана. При этом в узле крепления 12 устанавливают дополнительное приспособление - цилиндр с закрепленной на ней буссолью, например ОБК-1, которое с помощью штурвалов 40 и 41 закрепляют неподвижно в узле 12. При ориентации оси цилиндра на север магнитного меридиана буссоль ориентируют в нулевое положение. Вращением червяка 22 выполняют наклон узла 12 на 90^o и плавным вращением плиты 2 в плоскости горизонта с помощью червяка 21 совмещают плоскость наклона с направлением на север магнитного меридиана, что регистрируется нулевым показанием буссоли. Лимб 16 грубого отсчета поворотом на плите 2 нулевым делением совмещают с нулевым делением лимба 24 точного отсчета азимутального угла, после чего кольцо лимба фиксируется накидной планкой 46 и винтом 45 узлов 19 и 20 крепления, в которых стопорный винт 47 обеспечивает радиальную ориентацию планки 46. После этого узел крепления 12 устанавливают в нулевое положение и цилиндр с буссолью извлекают. Лимбы 18 и 26 грубого и точного отсчета визирного угла на первом этапе не требуют выставления.

На втором этапе исследуемый объект - инклинометр вместе с цангой 44 устанавливают в цилиндр 42 узла 12 крепления и вращением штурвалов 40 и 41 фиксируют неподвижно. Путем вращения червяков 21, 22, 23 корпусу инклинометра задается необходимое пространственное положение зенитного угла 0-180^o, в диапазонах азимута - 0-360^o, визирного угла 0-360^o. Вращение червяка 21, связанного зубчатым зацеплением с диском 13, который посредством винтов 61 жестко связан с плитой 2, приводит к развороту в азимуте U-образной подставки 1 и соответственно самого инклинометра. Вращение червяка 22, связанного зубчатым зацеплением с диском 14, который посредством винтов 60 жестко связан с лимбом 17 грубого отсчета зенитного угла, установленным на верхней платформе 7, приводит к повороту на требуемый зенитный угол верхней платформы 7 вращением ее полуосей 8 и 9 относительно стоек 3 и 4 U-образной подставки 1. Визирный угол задают путем вращения червяка 23 и соответственно диска 15, жестко связанного с цилиндром 42 узла 12 крепления корпуса инклинометра. Откидной фиксирующий упор 59 служит для предотвращения вращения цилиндра 42 с диском 15 относительно верхней платформы 7 при вращении штурвалов 40 и 42 при установке цанги 44 с инклинометром в узле 12 крепления корпуса. Значение задаваемых угловых параметров пространственной ориентации корпуса инклинометра считывают по показаниям лимбов 16, 17, 18 грубого и лимбов 24, 25, 26 точного отсчетов с погрешностью ±1,5 угловых минут.

Если эта точность задания углов недостаточна, как правило, это случается с зенитными углами, то применяют встраиваемые приборы. Их устанавливают на приборный столик 71, закрепляют винтами 72 и задают зенитный угол по показаниям этого прибора. Погрешность установки зенитного угла в этом случае равна погрешности примененного прибора. Например, для оптического квадранта КО1 она составила ±0,5 угловых минут. Червяки 21, 22, 23 вводятся в зацепление с зубчатыми дисками 13, 14, 15 посредством пружин 48, 52 и 56, шпилек 49 и 53 и кулачка 58 путем поворота коромысел 50, 54 и 57 вокруг штифтов 51 и 55 и поворота кулачка 58. Такое конструктивное исполнение червячных пар позволяет осуществить быстрое ручное вращение дисков 13, 14, 15 при качественной оценке работоспособности исследуемых объектов. Для настройки, регулировки и экспериментальных исследований феррозондовых инклинометров, в частности для обеспечения ортогональности и горизонтальности осей их чувствительности, а также для оценки распределения систематических погрешностей в опорных точках диапазона азимута (0^o, 90^o, 180^o, 270^o) необходима быстрая ортогональная дискретная ориентация корпуса инклинометра в плоскости горизонта. Это обеспечивается следующим. Путем оттягивания профилированного штока 62 при сжатии пружины 63 подпружиненного упора 28 ортогональной фиксации выходят из жесткого сопряжения вторая платформа 27 и первая основная платформа 5, что позволяет осуществить вручную ортогональный поворот U-образной подставки 1 вместе с второй платформой 27 относительно первой платформы 5, т. е. в плоскости горизонта. При этом вторая платформа 27 вместе с U-образной подставкой 1 вращается до тех пор, пока шаровой фиксатор 64, подпружиненный плоской пружиной 65, которая установлена на второй платформе 27, не войдет в очередной паз (один из четырех ортогональных пазов 66, 67, 68, 69) первой платформы 5. Далее путем введения профилированного штока 62 в противоположный паз первой платформы 5 осуществляется точная ортогональная фиксация U-образной подстройки 1 при ее ориентации в азимуте. После завершения работ по настройке и экспериментальному исследованию инклинометр вынимают из узла крепления 12 посредством обратного вращения штурвалов 40 и 41.

В прототипе лимбы грубых и точных отсчетов углов находились на разных осях червячной пары. Из-за невозможности полного устранения люфтов в червячных зацеплениях реальная погрешность задания углов составила по ±1 град. В прилагаемой установке лимбы грубого и точного отсчетов находятся на одной оси червячного колеса, непосредственно сопрягаются друг с другом, что позволило исключить влияние люфтов червячных зацеплений на показания углов. Благодаря этому погрешность измерения и задания углов без встроенных приборов составляет ±1,5 угловые минуты, а с использованием оптического квадранта КО1 погрешность задания зенитного угла уменьшается еще в 3 раза и составляет ±0,5 угловых минут.

Кроме того, сопряжение лимбов грубого и точного отсчета углов позволило использовать при измерении оптические приборы, например, увеличительное стекло. При этом значительно упростилась эксплуатация установки и ускорился процесс измерения.

Изобретение относится к исследованию буровых скважин, а именно к выполнению комплекса исследований и стендовых испытаний новых типов инклинометров, в частности для настройки, регулировки и балансировки их чувствительных элементов. Техническим результатом является расширение эксплуатационных возможностей, повышение точности измерений и удобство эксплуатации. Для этого установка содержит U-образную подставку в виде плиты и двух вертикальных стоек, первую платформу с узлами крепления к стационарному основанию, вторую платформу, установленную между плитой и первой платформой соосно с ними и имеющую упор ортогональной фиксации. Причем на первой платформе выполнены четыре паза, равнорасположенные по ее образующей поверхности. Третья платформа выполнены с консольными полуосями, которые через опоры вращения связаны с верхними частями вертикальных стоек. Узел крепления корпуса инклинометра выполнен в виде двух штурвалов, цилиндра и сменной цанги. Штурвалы соединены с цилиндром по резьбе, а сменная цанга размещена в цилиндре соосно с ним. Также установка содержит три диска червячных передач. Первый диск жестко связан с плитой и расположен горизонтально. Второй диск жестко связан с цилиндром узла крепления корпуса инклинометра. Параллельно дискам установлены три лимба грубого отсчета углов. Лимб визирного угла жестко связан с вторым диском. Лимб азимута посредством двух резьбовых узлов крепления связан с плитой. С дисками червячными зацеплениями связаны три подпружиненных червяка. Третий диск с лимбом зенитного угла, шкала которого расположена с внешней стороны вертикальной стойки, жестко связан с одной из полуосей третьей платформы. Лимбы грубого отсчета углов сопряжены непосредственно с лимбами точного отсчета. Лимб точного измерения азимутального угла жестко закреплен на второй платформе. Лимб точного измерения зенитного угла закреплен на соответствующей вертикальной стойке, лимб точного измерения визирного угла - на третьей платформе. На второй полуоси суппозитно узлу крепления корпуса инклинометра установлен приборный столик. 8 ил.

Установка для настройки и экспериментальных исследований инклинометров, содержащая U-образную подставку в виде плиты и двух вертикальных стоек, первую платформу с узлами крепления к стационарному основанию, вторую платформу, установленную между плитой и первой платформой соосно с ними и имеющую упор ортогональной фиксации, причем на первой платформе выполнены четыре паза, равнорасположенные по ее образующей поверхности, третью платформу с консольными полуосями, которые через опоры вращения связаны с верхними частями вертикальных стоек, узел крепления корпуса инклинометра, выполненный в виде двух штурвалов, цилиндра и сменной цанги, причем штурвалы соединены с цилиндром по резьбе, а сменная цанга размещена в цилиндре соосно с ним, три диска червячных передач, первый из которых жестко связан с плитой и расположен горизонтально, второй диск жестко связан с цилиндром узла крепления корпуса инклинометра, установленные параллельно дискам три лимба грубого отсчета углов, причем лимб визирного угла жестко связан с вторым диском, а лимб азимута посредством двух резьбовых узлов крепления связан с плитой, три подпружиненных червяка, связанных червячными шестернями с дисками и три лимба точного отсчета углов, отличающаяся тем, что третий диск с лимбом зенитного угла, шкала которого расположена с внешней стороны вертикальной стойки, жестко связан с одной из полуосей третьей платформы, лимбы точного отсчета углов сопряжены непосредственно с лимбами грубого отсчета, причем лимб точного измерения азимутального угла жестко закреплен на второй платформе, лимб точного измерения зенитного угла - на соответствующей вертикальной стойке, лимб точного измерения визирного угла - на третьей платформе, а на второй полуоси суппозитно узлу крепления корпуса инклинометра установлен приборный столик.