СТЕНД КАЛИБРОВКИ ИНКЛИНОМЕТРОВ Российский патент 2023 года по МПК E21B47/02 G01B11/26 

Область техники

Заявляемое изобретение относится к метрологическому обеспечению геофизических и промысловых скважин и может быть использован для телеметрического сопровождения процессов бурения нефтяных и газовых скважин, а именно для построения траектории скважины при бурении с заданной точностью (в частности, для определения зенитного и визирного угла).

Уровень техники

Из уровня техники известна установка для градуировки и калибровки инклинометров (см. патент на изобретение RU 2364718 C1 от 20.08.2009), содержащая подставку в виде плиты и двух вертикальных стоек, основание-платформу с узлами крепления к стационарному основанию, вторую платформу с консольными полуосями, которые через опоры вращения связаны с верхними частями вертикальных стоек, узел крепления корпуса инклинометра в виде цилиндра со штурвалами и цанговыми зажимами, причем штурвалы соединены с цилиндром по резьбе, три диска червячных передач, первый из которых расположен горизонтально, второй диск жестко связан с цилиндром узла крепления корпуса инклинометра, третий диск закреплен в вертикальной плоскости, и установленные параллельно дискам три лимба грубого отсчета углов, непосредственно сопрягаемые с ними три нониуса точного отсчета углов, три подпружиненных червяка, связанные червячными зацеплениями с дисками, при этом третий диск с лимбом зенитного угла, шкала которого расположена с внешней стороны вертикальной стойки, жестко связан с одной из полуосей третьей платформы, нониус точного измерения азимутального угла жестко закреплен на второй платформе, нониус точного измерения зенитного угла - на соответствующей вертикальной стойке, нониус точного измерения визирного угла - на третьей платформе, отличающаяся тем, что подставка в виде плиты выполнена в форме зубчатого колеса, одновременно являющегося первым диском червячной передачи, расположенным горизонтально на основании-платформе на втулочных подшипниках скольжения с фиксацией при помощи подпружиненного диска с регулировочными винтами, вертикальные стойки жестко крепятся к первому диску червячной передачи в форме зубчатого колеса, консольные полуоси с опорами вращения, выполненными в виде подшипников скольжения, снабжены противовесами с регулируемыми грузами, имеющими цанговые зажимы на концах, при этом одна из консольных полуосей снабжена фиксатором поворота в виде цангового зажима с эксцентриком с возможностью фиксации в разных положениях, узел крепления корпуса инклинометра выполнен в виде удлиненного цилиндра с цанговыми зажимами на концах, и установленного на опорах в виде подшипников скольжения в коробке, расположенной между вертикальными стойками, при этом червячные передачи снабжены механизмами ввода и вывода из зацепления в виде поворотных эксцентриков с фиксацией в двух разных положениях, причем по обе стороны хода эксцентрика установлены резиновые вставки для подпружинивания хода червячной передачи.

Известна установка для градуировки и калибровки инклинометров (см. патент на полезную модель RU 74418 U1 от 27.06.2008), содержащая подставку в виде плиты и двух вертикальных стоек, основание-платформу с узлами крепления к стационарному основанию, вторую платформу с консольными полуосями, которые через опоры вращения связаны с верхними частями вертикальных стоек, узел крепления корпуса инклинометра в виде цилиндра со штурвалами и цанговыми зажимами, причем штурвалы соединены с цилиндром по резьбе, три диска червячных передач, первый из которых расположен горизонтально, второй диск жестко связан с цилиндром узла крепления корпуса инклинометра, третий диск закреплен в вертикальной плоскости, и установленные параллельно дискам три лимба грубого отсчета углов, непосредственно сопрягаемые с ними три нониуса точного отсчета углов, три подпружиненных червяка, связанных червячными зацеплениями с дисками, при этом третий диск с лимбом зенитного угла, шкала которого расположена с внешней стороны вертикальной стойки, жестко связан с одной из полуосей третьей платформы, нониус точного измерения азимутального угла жестко закреплен на второй платформе, нониус точного измерения зенитного угла - на соответствующей вертикальной стойке, нониус точного измерения визирного угла - на третьей платформе, отличающаяся тем, что подставка в виде плиты выполнена в форме зубчатого колеса, одновременно являющегося первым диском червячной передачи, расположенным горизонтально на основании-платформе на втулочных подшипниках скольжения с фиксацией при помощи подпружиненного диска с регулировочными винтами, вертикальные стойки жестко крепятся к первому диску червячной передачи в форме зубчатого колеса, консольные полуоси с опорами вращения, выполненными в виде подшипников скольжения, снабжены противовесами с регулируемыми грузами, имеющими цанговые зажимы на концах, при этом одна из консольных полуосей снабжена фиксатором поворота в виде цангового зажима с эксцентриком с возможностью фиксации в разных положениях, узел крепления корпуса инклинометра выполнен в виде удлиненного цилиндра с цанговыми зажимами на концах, установленного на опорах в виде подшипников скольжения в коробке, расположенной между вертикальными стойками, при этом червячные передачи снабжены механизмами ввода и вывода из зацепления в виде поворотных эксцентриков с фиксацией в двух разных положениях, причем по обе стороны хода эксцентрика установлены резиновые вставки для подпружинивания хода червячной передачи.

Недостатком вышеприведенных устройств является то, что испытания могут проводиться только в двух положениях. Это ограничивает диапазон испытаний, так как возможны ошибки при работе в других положениях. Кроме того, нет возможности проведения тестирования при различных фиксированных температурах.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является автоматизированная установка для калибровки инклинометров (см. патент на изобретение RU 2249689 C2 от 10.04.2005), содержащая подставку с регулировочными винтами, поворотный стол с узлом фиксации инклинометра, привод разворота и фиксации поворотного стола, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена датчиками зенитного и азимутального углов, датчиком нуля азимута, датчиком нуля зенита, лазерным датчиком вертикальной оси, каналом связи с инклинометром, блоком управления приводом и блоком индикации и сопряжения последнего с персональным компьютером, а привод разворота и фиксации поворотного стола снабжен электродвигателями, связанными с опорами вращения поворотного стола, при этом подставка выполнена в виде сборной вертикальной опорной фермы с жестким основанием, поворотный стол выполнен в виде системы из двух рам, превышающих размеры инклинометра, и узла фиксации инклинометра, причем первая рама установлена на опорах вращения между основанием и вершиной опорной фермы, вторая рама - на опорах вращения внутри первой рамы с возможностью вращения в плоскости, проходящей через ось вращения первой рамы, а узел фиксации инклинометра установлен внутри второй рамы таким образом, что точка пересечения осей вращения рам совпадает с центром тяжести этих рам, центром тяжести узла фиксации инклинометра и центром тяжести самого инклинометра.

К недостаткам известного решения относится:

- низкая точность измерений в связи с влиянием посторонних магнитный полей, в том числе электродвигателей привода;

- низкая эффективность процесса тестирования в связи с необходимостью строительства специального здания с экранизацией посторонних магнитных полей.

- ограниченные возможности, так как отсутствует возможность проведение испытаний при разных температурах (использование термостатированных нагревателей связана с электрическим нагревом и, следовательно, с посторонними магнитными полями).

Раскрытие изобретения

Задачей предполагаемого изобретения является создание стенда для воспроизведения зенитных углов и углов ориентации корпуса скважинного прибора при калибровке и градуировке инклинометров и других приборов, в состав которых входят акселерометры.

Для достижения поставленной задачи предлагается создание стенда калибровки, содержащего раму на трех опорах, закрепленные на ней поворотный механизм в виде двух поворотных кулаков и станину термостата с теплоизоляционным слоем внутри, которая крепится к поворотным кулакам и имеет одну степень свободы для вращения в вертикальной плоскости, при этом к станине закреплены два подшипника и цанги, обеспечивающие зажим испытуемого инклинометра и свободу его вращения вокруг продольной оси (по визирному углу). Поворотные механизмы выполнены в виде двух поворотных кулаков, используемых на токарных станках как измерительные головки. На станину надевается управляемый термостат. Подшипники и цанги закреплены на станине в пластиковых креплениях. За боковую стенку станины выведен вал, обеспечивающий передачу поворота по визирному углу на нониус стенда, расположенного на той же боковой стенке станины.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является расширение эксплуатационных возможностей калибровочной установки за счет наличия в составе стенда для калибровки управляемого термостата, который дает возможность построения температурной модели калибруемых параметров.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана схема стенда, где:

1 – рама;

2 – опоры;

3 – поворотные механизмы;

4 – станина;

11 – управляемы термостат.

На фиг.2 изображен стенд с калибруемым инклинометром, где:

8 – инклинометр;

9 – вал.

На фиг. 3 изображен стенд, вид сбоку (со стороны, где располагается нониус).

На фиг.4 изображен боковой участок стенда, где располагаются:

5 – пластиковые крепления;

6 – два подшипника;

7 – цанги;

10 – нониус.

Осуществление изобретения

В данном разделе описания будет приведен наиболее предпочтительный вариант осуществления изобретения, который, тем не менее, не ограничивает другие возможные варианты осуществления явным образом следующие из материалов заявки и понятные специалисту.

Стенд работает следующим образом:

Прибор (8) закрепляют в цангах (7), подают питание на него через кабель, который идет от модуля технического обслуживания (далее – МТО, на фиг. не показан), и через кабель устанавливают связь с ним (с выходом на АРМ компьютера). Далее надевают термостат (11). Задают необходимое, согласно методике, положение прибора в пространстве. Температуры при этом выставляют близкие (±3°С) к 25, 50, 75, 100 и 125 градусов Цельсия. Проводят замер показаний акселерометров. Строят характеристику тестируемого прибора. Измерения повторяют при разных положениях прибора в пространстве.

Затем производят расчет калибруемых параметров (масштабный коэффициент акселерометров, смещение нуля, углы между осями акселерометров).

Далее включают термостат и задают необходимую температуру прибора. По достижению заданной температуры повторяют измерения и расчет при разных положениях прибора в пространстве. Затем меняют температуру и проводят измерения и расчеты заново.

Таким образом рассчитывают и строят температурную модель блока акселерометров.

Метод проведения калибровки зависит от конкретной модели прибора. В ПО «Acstest» данные алгоритмы реализованы для калибровки инклинометра и гамма модуля. Ниже представлена таблица 1 (для калибровки инклинометра) диапазонов значений углов в зависимости от номера замера, которые выставляет оператор с помощью шкал нониусов, вращая инклинометр на поворотном стенде. В ней количество ориентаций 26, две из них необходимы для правильно выставки визирного угла, а не для снятия замера:

Таблица 1

№ замера Значение зенитного угла, ° Значение тулфейса, ° 1 90±0.1 270±0.1 2 90±0.1 225±0.1 3 90±0.1 180±0.1 4 90±0.1 135±0.1 5 90±0.1 90±0.1 6 90±0.1 45±0.1 7 90±0.1 0±0.1 8 90±0.1 315±0.1 - 90±0.1 270±0.1 9 180±0.1 - не имеет значения 10 135±0.1 270±0.1 11 90±0.1 270±0.1 12 45±0.1 270±0.1 13 0±0.1 - не имеет значения 14 45±0.1 90±0.1 15 90±0.1 90±0.1 16 135±0.1 90±0.1 - 90±0.1 180±0.1 17 180±0.1 - не имеет значения 18 135±0.1 180±0.1 19 90±0.1 180±0.1 20 45±0.1 180±0.1 21 0±0.1 - не имеет значения 22 45±0.1 0±0.1 23 90±0.1 0±0.1 24 135±0.1 0±0.1

После получения последнего замера, программа производит расчет калибровочных параметров, с выводом их на экран и записью в файл, вместе с результатами замеров и указанием допусков на значения калибровочных параметров (допуска принимаются равными оригинальным). В случае выхода параметров за границы допусков, необходимо выделить значения этих параметров и выдать отрицательное заключение о выполнении точностных характеристик. В случае, если значение составляет 80% от допуска, его тоже надо выделить, но на результат вывода, оно не влияет. В случае положительного заключения оператору должна быть предоставлена возможность записи калибровочной таблицы в инклинометр.

Изобретение относится к метрологическому обеспечению геофизических и промысловых скважин и может быть использовано для телеметрического сопровождения процессов бурения нефтяных и газовых скважин, а именно для построения траектории скважины при бурении с заданной точностью, в частности для определения зенитного и визирного углов. Стенд калибровки инклинометра содержит раму на трех опорах, закрепленные на ней два поворотных механизма в виде двух поворотных кулаков и станину с теплоизоляционным слоем внутри и управляемым термостатом снаружи. Станина крепится к поворотным кулакам и имеет одну степень свободы для вращения в вертикальной плоскости. С одного края станины закреплены два подшипника и цанги, обеспечивающие зажим испытуемого инклинометра и свободу его вращения вокруг продольной оси по визирному углу. За боковую стенку станины выведен вал, обеспечивающий передачу поворота по визирному углу на нониус стенда. Достигается технический результат – обеспечение возможности построения температурной модели при калибровке инклинометра. 4 ил.

Стенд калибровки инклинометра, содержащий раму на трех опорах, закрепленные на ней два поворотных механизма в виде двух поворотных кулаков и станину с теплоизоляционным слоем внутри и управляемым термостатом снаружи, которая крепится к поворотным кулакам и имеет одну степень свободы для вращения в вертикальной плоскости, при этом с одного края станины закреплены два подшипника и цанги, обеспечивающие зажим испытуемого инклинометра и свободу его вращения вокруг продольной оси по визирному углу, а за боковую стенку станины выведен вал, обеспечивающий передачу поворота по визирному углу на нониус стенда.