Устройство для измерения азимута и угла наклона буровой скважины Советский патент 1956 года по МПК E21B47/22 G01C19/00 

Основным недостатком гироскопических приборов для коитроля буровых скважип, состоящих из двух гироскопов и маятникового указателя наклона, установленных внутри от1ускаемого в скважтшу снаряда, является большой диаметр наружного корпуса, достигающий 100- 150 мм, обусловленный больгним размером гироскопического механизма. Это обстоятельство, а также возможность использования этих приборов лишь для измерепия малых углов искривления буровых скважинпримерпо до 15°, - в то время как на практике искривления доходят до 60-70, исключают широкое ирименение гироскопических приборов для измерения азимута и наклона буроиых скважии. Предлагаемое устройство того же 1газначения, состоящее из гироскопического MexaHH3Nra и маят1пгкового указателя иаклопа, установленных внутри опускаемого в скважипу снаряда, имеет более высокий стабилизируюи ий момент гирора.мы и меиьн:ий диаметр снаряда, т. е, лишено недостатков известных устройств. Особегпюстью устройства, обеспечивающей достижение указанного эффекта, является выполнение гироско1и|ческого механизма из двух г гpocKoiK)ji малого размера, установленных рядом в общей раме и к :нс-Матически С1зязанньгх между собой, и маятникового указателя в виде ртутного иереключателя, осуи1ествляюи1его замы каиие iieneii электрических двигателей двух следяиигч систем, отрабатываюищх угол отклонения .1аят1П1ка от верт1п али н при этом воздействуклцих совместно с гироскоипчесюш мехаи змом на датчик тeлeиз iepитe, системы для передачи азимута и угла наклона на иоверхпость земли. Рама гироскопов связана, с движко.м потеициометра датчика указателя азимута с помо1иыо 1нариириого передаточного механизма, состо.чн1,его из укрепленного на оси рамыдиска, HOMCineHHoro виутрн связанного с движком датч1н а -кольиа, снабженного с внутренне овсрхноСТИ рядом , ВХОДЯ 1 Х В За eплeииe со итифта 1, расиоложе: ЬП 1 по окружности ДИСКИ. На фиг. 1 показан «нд и)едлагаемо -о устройства; на фиг. L --- то же ycTpoiiCTBo ;; иоложенил, занимаемом ил в иаклониой на , 3 - ртут1 Ь Й aятч ; K 1ерекл очатель. Г роскопически 1 состо Т из двух гироскопов 1 А алого ди; метра, установленпых рядом в общей ргшс 2 и удсрж111,аемых в иоследпсн с помощью двух иапф / и двух шарикоаюдипипшков с малыми моментами трения. Оеи вращения ги.роекопои обозиачеиы через У: - У и еоответетвенио . Между собой гнроекопы / соединены зубчатыми еекторами 4. Эта евязь может быть также выи1 диеиа в .виде аитлнарадлелограмма или гибких стальных лент.

По оеи ироцеееии имеетея простое кои1акт:к)е yeipoiieTiio, елужаитее ддя включения н выключеиня иитапня в егабилнзируюиип двигател ; 5 и сос1Ч)яи1,се из двух ; оитакт;1ых 11лаСТ1Н1 6, 1 ренлеииых :1еиодвижн.) на держателе 7, KOiopbiii в cisoio очередь укренлеи на раМе 2.

По пластинам 6 нерекатьшаетея ролик 6. раеноложениый в вилке 9. Для ноджатия Н к коитакгным илаетииам 6 служит иружина 10, одии.м концом ирнкреи.тениая :; кожуху гирооко иа, другим - к вилке 9.

Олисаинос контактное устройство может быть :5аменено друтим устройством, более простым.

К контактному рол1п у 8 подведено наиряжение одной фаз1)1.

К гироскоиам / /.аиряжение нодводнтся е HOMOHibio гибких ироводников (на чертеже не п(каза1И 1).

Для иогаикшия еобстве;1иых колебаний гнрорамы нредуемотре; 1И евматичеек11Й гаеитель //. Рама 2 емабжеиа цаифами 12 и 13, :с иомонгью которых оиа удерживается на двух нодшииииках 14 в рабочем иоложенни в кориусе. Поди1иин) 14 иокоятея в ;-;ыточках (})лаииев - верхиего 15 н нижнего /6,

Па иижиюю цадфу Г2 насажена иахтсреика 17. сцеиленная с HICCTCweHKoii /(5 на оси дВИ|-ате.-1я .5 чепез илеетеренки 19 н 20.

В качестве Стабилизи;)уюи1еп) дв.игателя ирименен иидукииони1)1Й электродв1И-атель перемениого тока (тниа Феррарие), но может быть негюльзоваи обычиьи .малеиькгп ас1и1хроиньи | трехфазный дви1атель.

В схеме гирорамы ие П15едусм()трена коррекции, так как имеется и вн.чу, что :}а время измерения ои1ибка, 1 озиика 01цая вследствие вращения , оудет в ире.те.чах иости.

Па ве)) даифе /о ук1)еилеи диск 21.

Указатель искривления скважииы иредетавляет еобой раму 22, в котор1)й емонтирова;Из1 И1ар11ирный иередаточиый механизм и ртут|1ый маятник-иереключате;И) с :)лек1родвнгатслями и редуктором.

Шариириый исредаточиый механиЗМ служ1гг для 1ередачи стаби.лизирующего момента гирорамы на азимутальный иотеиииомстр, укреи.теиньп на ко.тьце 23 и иостояиио удерживаемый 15 го;)изои1ально1 илocкcJCти. Пеобходимость введения 1иариирного иередаточиого механизма объявляется тем, что гирорама ироизводит стабилизаш-по отиосителык) оси ; орнуса измер ггельиого )ора, но иоследиий в искрив.чеииой с1 важ1И1е вынуждеи заиимать раз иак.юниое иоложеине к верт1-1кали. Между тем кольцо 2-) с иотеидиометром необходимо стабилизировать относительно вертикальной оси Z--Zi тогда иотеицно.метр (или другое замеияюи ес е1Ч) ycTpoiicTBo) будет ;;змерять угол между илоекостью меридиаиа (ii-ти

другой И.ПОСКОСТЫО) и ПЛОСКОСТЬК)

искривления скважииы точно, без нскаженш. т. е. в 1Г1оекости 1Ч)ризоита.

(/габи.чизация отиос:ггельио ве;)тикальиой оси HJ);I ИОМ01ДИ оинеа ной гирорамы доетигается указанным гнарш-грным передаточным лгехаиизмом.

(д/ставио част1)1() мехг. является диск 21, ох1 атьц5аемы | ко.льцом 23, иссушим Н1ТИ(1)ты 24. иаиравлениые ио радиусам во BiixTpi) ;-10льца и входя1Ц11е в зацеиление со иггифта.ми диска 21. Кольцо 23 входит о виутрениее кольцо 25 сиециа;1Ы ого устройетва в виде И1арикс)иод1ииииика, имек)1це|-о шарт1ки 26 и иаружное кольцо 27. Кольцо 27 закреплено в 1излусферо 28. и()двеи1е1И1011 иа двух даифах 29 в раме 22 н в)аии1юц 1е 1ся вокруг оси У,-,--У,ч. Таким образом, колг.цо 23 с :1омои1ыо нгариков 26 удерживается в горизонта,ть:чоГ1 ил(скостн ио.чуcc|)epoi , ( от угл1)В()1о (азимуталыюго) перемещения вокруг вертикальной осп 13 удерживается, т. с. стабилизируется IlipopaMoii через диск 21. Полусфера 28 иесет на себе кольцо 30, черев которое иерекинута глбкая стальная лента 31, связываюuiaH иолуеферу с ртутным маятн; ком-нереключателем 32 (фиг. 3). состоящим из четырех заполнеипых ртутью со(б1цак)1цихся сосудов. В средне части кориуса иереключателя имеется отверстие, закрытое нробкон 33. В каждом сосуде па поверхности ;) имеются ни две или но три угольных пластинки 34.Сосуды закрыты o6Hiei i крьпнко: 35,через которую пронхчнены контакта 36, опущенные но одн iму в каждый сосуд. Таким образом, угольные иластины 34 в ка.ждом сосуде находятся между ртутью и контактом. Сверху i; сосуды залит хнМИчески чистый бензин так, чтобы нрн горизоиталыюм ноложеиии корпуса переключателя контакты и угольные иластины во всех сосудгХ находились :в бензине и ие ироиускали электрического тока. Расстояние между контактами 36 и угольными пластинами 34 регулируется винтим 37, KOTopbiii входит в рехи бовое отверстие кориуса иерек.тючателя 32. В нижней части резьбо:и)е отверстие соединено каналом с сосудами так, что при ввинчнваиип 37 уровень ртути в сосудах подннмается, приближая угольиые пластины ч контактам; при вывинчиваи 1и yro.ibные иластины отходят от контактов. Сосуды соедннены между собой каиала.ми как внизу, так и вверху. Г-.слн корпус нереключателя наклонить на некоторьп угол, то ртуть будет неретекать нз верхнего сосуда в Нижшп н вытеснять бензин из НИжнего сосуда в верхний. Прн этом угольиые пластнпы 34 в -церво.м сосуде окажутся нрижатыми к контакту 36 и тем самым будет замкнута пень, а Во irropoM уг()Л1)Н1.е пласт1П1ы отойдут от контакта н цепь будет разомкнута. К ртути через корпус подведено напряжение. Т(;чно так же подано напряжение н к четырем контактам 36. Маятниковый нереключатель к)енится в ко.чьце 38. на котором жес1ко укренлен,) ко. 39, выполняи) 1пее, подобно кольцу 30, роль Н1к:.гв:1. Гибкая стальная лента 31 охвать вает как ко.чьцо . так и ко.тьцо и креи11тся к ним вниталщ, иск.тюча.ется нроска.ньзыванне лен.ты относнтельно колеи. Таким образом, новорот ртутного нереключателя вс:круг иен У.;-); нередается через гибкую .тенту НО.чусфере 28, котор;1я псл ; ра1 ивается вокруг cBoeii осн );-).-, па 1()т же дол. Па кольце 38 -креплена шестерня 40.связывакя.ная ртут; ый маят;пп нереключатель и ,и)лусферу шарнирного механнз.ма через гнестеренк;; 41,42 н 43 с электродвигателем 44. Элект)(1двигате.1ь с исречисленными нгестеренками укреплен на. раме 22, с помонимо фигурного кронП1тейпа. Рама 22 удерживается в корпусе двумя 1нарик(;иодн.глтпп ками 45. Вверху рама имеет цапфу 46, на коTopoii жестко укренлена цилиндрическая И1естере1;к;: 47. сценле1П1;1Я с HiecTepeiKoii 4f. е1ГДЯН1еп на сен электродвигателя 49. через нюстерни 50 и 51. Электродвигатель 49 укреилем. па 52 ripHoopa. Па. н)од;)лжепи;1 t;cH Н1еете)енкн 41 ук }еплен не11ек,початель. еостояН1ий нз ;,вух контакт П11Х колец 53 н 54, смо1Г1н)ованных па H3o.i5imio;i 1ом ннлнндре. Кольцо 53 нмеет TO;IцевоГ ыетун 55. входяи1нй в углубление кольца 54. По ко.тьца.м скользят три HieTKH 56. 57 н .-S. Шсгка 56 соединена с однш; из кон.тактов 36 ртутио ;; нереключателя, Н1етка ./--с электродвигателем 49. 71.1я сТ)ема показаний н нереда.чг, их на HOi5epxHocTb М(1жет быть прнMeiieHa любая дистанционная передача. Датч1Г1 азнмута.тьн.ых yiM-or до.чжсн бьггь связан с кольцом 23 и полусферой .(. В частнс;сти, мож/.о на кольце 23 укреннть нотошиыметр. а с иолусферой 28 связать етойку, несуи1ую двнжок потен.цио.метра. Датчик вертикаль11 1х ;UXTже: быть связаи с i opHycoM ртутноЭ.чект)011Ит;1:11К ttcc-rci П1|))ск;;;1И4L i-;;;rj пзмери ri.;ii,;i;M() ycTpiiiicTHa .м:) произиодип ся с )xiic)Ci. или (гг )влс;п1:; ч; в корау . а1аря.да гсператсра п;рг ич1Иогс; а.та пгетсячисг;: в п::е.1сдием случае через аре;;браз()ватс.ть 1 :ст;)Я1П1;;10 тс;ка в ;ерем(П1ыГ1. (л1уек с аряда в ,1ау и подтаем должны |1роизв;:/, ИИ кароттай;нс-м кабе.те с HO.xioHUiKj лсбедки обычиого усТ|). Сл орссть сиуска ii може1 б1,гг1) норитка ИХ) 1(1 лгмин ир : ненрерг 1зном съеме н:;казаи:пг (1ииса 1нсе к.н1стр -;-;тнвч,и- BhiHo/i1;ение CTj)oiic i ;а для к;::ггроля б -iUiBbix скважнн дсиускасТ нзготоБлеиие napyжiloгoJ opиyca снаряда днал1стро | 3 il /о мм ара )с гироеко:к:в 1) мм. ,Чля н;)яс;;сиим |)абогы )сдлагаеМ(ЛЧ) ycTp, 1Н)н конг)о.те 6y|);iвых скважнн кратко оннсы|$а.ется И})онесс :;:-:,ме|)е11,ии с (нч) поAioiiuao BC.Tii4iiH, ::и)ед,. ч геомет)нческое 1Н Ложеине бу)ов)Н ск15ажнн1) на разлнчнп1х 1 ;рнзо ггах в ;nsyx BOBVOKHidx случаях. Первый с.туна.н соот:;сгствует отк,тсч1ени:0 СК15Г1Ж П Ы на KaKoii-io глубине (т .тн на yi-олЧ, причем piyiiiiiiX) :icpeK,;iK)urrc; H в ;|;1П)авл; -лцц гтрс-;1К1 /i и:;круг cjii ).|-V.). Укизаппьп а.)()г пудсг ирсдо.ь жаться до двагатг.мя. Выключение произойдет, кс;гда иерm, BTcpc;ii к;;:1такти ii ра::1к)л;)жатся в горпзмгга.тыюй и.юскисти. В результате указаН 1:)Г() движсция корпус ртутного переключател;будет Иове1)иуг ojano (СИ У4-Y на угол Н. Таким образом, ртутпого )екл1очате.тя, а зиачит, и вс чет1)1ре ко1Г акта нов;)ротом в:) (v,i Z,-Z; -- в наиравлеиии етрелки Л| ; 1И)в;фотом вокруг оси ).i- --}; ц нанравленил стрелки /i будет }VTaновле: в го;)11зонта.тьном положеиин. 1олусфера 2). связанная с paMoi; 22 и гибкой стальной лентой с ко;,ь )о г)ек,11очателя, участвуег во вран1,ателыи)1х движениях, К)каза:И1ЫХ стрелками А, и И. Конечно, указанные нловые двнжеиия plVTiiaio переключателя и но.lyccljepbi irV, оторыс были обт ясиецы разде.Ияю, (|)актнчес; 11 нрансходит од11(Н5)еме11но. Кроме того, :)Т движения как для ;у|ЛТ сго ие;кн лючателя, так н д.тя 11о,)е|)ы 96равнснеииы lipaniciniio их iJOKpyr ве1гпткали г, наиравленна стрелки /1, иричем нолус(|)е)а 28 бу

ук;к5а.ннои 1лубниь, |)асно.тож)Г1Ч осью ксриуса та же на1.тонно, как и ск::ажнна. (. 2). При этом через втор:и | чонтакт ,;.6 рт -тного нере1 люча-|еля будет вк.иочен -/тектрадангатель -/i, который будет В|)атать раму 22 оси косинуса в нан)авле11нн ст1)елкн /1 до тех ио, иока тат же контакт не разорвс lUHiH HHiaaHSi. В утом но,к;женнн третий н чет1 ертый к;н:такты ifi окажутея на , .тежаи1ен в ило(н оет11 горнзо)1та (с|)иг. 2). Во указанно) lunsopoia рамы 22 иервьн контакт будет нринодият над -ровнем ртути в .тючателе, а второй кшпакт poii 9rS, гакже 1 овер 1ется оксло вертика.чн на yixvi 2, передвннхв движо:-; потенциометра на тот же ;сг,;л. 1Ь,: кольца 23 н 25 устаи()В5ггся только ;; 1-орнзо1Г1-адьну1() нлоскость, иса ернуви1ись на угол Н к диску 21. Таким образом, датчики, связаниые с нолусферой 28 и ртхтным rieреключателем, зафикснрук т угл1Л отклоне;П я буровой скважины н на. Из всего сказанного , что при изменении наклона буровой екважииы полусфера 28 всякий ра: меняет свое иоложение в азнм)-те, .раи1аясь вок|)уг вертикали, ii уста,иавливается нод разными углами У. к .мернднану. ,Сгсч,1 ;(м1:п), B;I :JT;IX исвлpuToi полусфера 2-S :1(1,-р;дств1); кольца 27 и через трение бу;ит етреMim e;i увлечь за e(;5oii i-io/ibno но тик 1чак это ко.тьцо евязаио чере:: 11ГП1(|)ТЫ 24 е днеком 21. етаб;|,тиз:1роваиным гирорамо, то кольцо 2) увлечено не будет. Отсюда делается ясным назначение гнрорамы в п)едлагаемом стро1 1стве. которое состонт в том, чтобы ст; билнз11р:;вап, диск 21 вокруг оси )амы корпуса, а КОЛ15ЦО 2 - около вертикали в всех случаях, когда низинкает воз,MyiHaioHiHii момент, стремяииная изменить уг.товое ио.тожеиие кольца. 23. Воз.муиииоише же моме1Г1Ы будут возникать всякп раз или ирп вращеиии рамы 22 вокруг (;еи кориуеа, а полусферы 2И вокруг иертика.ли или ири попорота.х ксриус:; ОКОЛ1; CBOcii оси. Второй случай работы -строГ1сти, характереи тем, что скважина и;. iieKOTopoii глубине из.меияет искривление е угла Н 1 на угол И ., црс)тиво к;лоЖ:к;м паправле 1ии «ер1икалн. В этом с, и.чоскость искри .чеиия скважши де.тает поворот око ло вертикали Z-Z на тол а, равиыГ| 180 и более-, ila, глубине //, скважииа цскрив.теиа в 11л.;скости которая отклонена и тол а от мсРидиаиа, ia глубине же Н, -- п.т;:,-кость искривления К отклонилась ог меридиаиа уже иа угол а. При этом до глубины //; изме))иие угл;)в а и Н протекает так, ка.х было оиисано вьине, ири дальпеише.м же oiiyeKaiTHii снаряда работ;: его несколько 15ндонзме 1яется. Корпус снаряда отклоняется на мальп угол от вертикали, вследствие чег контакт 57 переключателя захо.чит ia TopneBoii выетуи 55 кольца 53 ;; Включает электродвигатель 49 помимо ртутного переключателя. Двигатель поворачивает раму 22 около оси прибора в направ,1еннн часово-fi стрелки, отмеченной букво /li н;: (JMir. 2 в резу.тьтате чего вторые два контакта 36 поднимаются, а первькдва коитакта 56 опчскаются. В первом контакте Зб замыкается цепь питания э.тектродвигателя 44 и корпуе ртутного перек.тючатечя П()ачпвается око.то оси Y,,--Y;. (/зяза:1иы| 1 с .1-. 44 iiejici ;ii()4artMb .)рач5П ае1ся и | оита1 т )/ сходит с торг1.св1)го выетуиа 55. Та. обр;;з: М, -правление .1.вигате,1ел1 -19 ciuina ;1сревод1Г1ся иа jiTyTHbiii iiejieK.iiOHare.Tb. Вращеиисрамы 22 двигателем п/.У будет :1родч)лжаться в указа -ном направ.тенни до lex нор, пока не прои3(1Г1дет ее поворота иа 181) или более, г.те вт;:ро11 контакт 36 вык.ио- ;:ет электродв.га.тель 4,9. В этом иоложении рама 22 остаиавливается. Датчик , yiMOB п.жажег угол У- . а зеиит:1ып Н будет ;1змс;нм1 нотенци(метроА. 1 р е д м е т п :-) о. б р е т е и и я 1.УсIpoiicTBo для измерения а.и.муса н г,та нак.кгна бурово скважины, сост1)ян1ее из 1Т1роскопичеекоIo Mexa;iii3Ma н маят:11П-;ового у1 аз;;теля наклона, хстановлепных внутри .е.мого R скважин} цилцпдр.;ческого снпря.та. о т л ;: ч а ю т е е : ч тем, что, с це.1(1 и ;вьппе:1ия стаби.iH3iii)) момента гнроралия н у :еиьн ення диаметра снаряда,, ука3a;nii)iii меха11изм состо;гг из двух ги)осконо: ма.того ргкшера, устаиовлеюЫх })я.тсм в o6iiiei i ра.ме н кинематически связанных между со6oii, а маятннко1Гпп 1 указатель ныno.THei; в вн.че .сосуда со н иа.рами контактов, (Тасположен: 151х но B3a;iMHO нериендику.тяриых и.юскостях и с.тужаншх ир;1 наклоне сосуда д.тя замыкания э.тектрических д,вига.теле11 двух с.тс.тяших систем, отрабатывающих у1()л отклонения xuuiTiniK; от верт:ска,пи и ири этом воз.тействуюищх СОВМССТ1К) с ripocKOHHMccKjiM механизмом на да1Ч1п телензмерите.чьnofi еистемы .т.чя пе)ед;гчи азимута и yr,ia наклона иа иоверхиость зем,11. 2.В стро1 |стве по и. 1 примеи.сние шарнирного пере.1аточ1 1) механнзма для связи рамы гн|)оскОПои с .чвижком 1оте1П1иомет)1а, да.тчи1ч : казателя и еостояи1его п.Зкреплеииого иа осп рамь: диска, помеи1енн(лч) внутри евязанисго двнжко.м датчнка кольца, снажс1;ного с BHyTpeinieii HOBepxiiocTbio .том Н1ТНФТОВ, входянц;1х в з;;цеи,тсinie со Н1тифтами, раснолоичсиныл;; но окружности .uicixa.

Фиг.

Фнг.

i 45

/fff

4(

чЗ

36

29

«.

j//

У