Устройство для ориентирования отклонителя в скважине Советский патент 1983 года по МПК E21B47/02 

да 4 со Изобретение относится к геологоразведочной технике и предназначено для ориентирования отклонителей при ,проходке геологоразведочных скважин Известен прибор для ориентирова,ния отклонителей,в скважине, состоящий из Наземного пульта, в котором размещен источник переменного тока, индикатор нуля и размыкатель с диодом, и скважинного прибора, электрически связанного с наземным пультом через одножильный кабель и- колонну бурильных труб, В корпусе скв жинного прибора размещен эксцентрич ный маятник, установленный между двумя неподвижными контактами, кото рые, в свою очередь, через диоды соединения с кабелем. Эксцентричный маятник в зависимости от положе ния скважинного прибора (в дальнейшем ориентатора) -в пространстве может либо замыкать один из контактов на корпус, при этом в цепи прибора появляется ток определенной полярности, что отмечается индикатором наземного пульта, либо находится между контактами, при этом тока в измерительной цепи приборанет - мо мент- ориентирования. Для фиксации ориентатора в заданном положении от носительно отклонителя первый име.ет специальный ловитель, а второй специальную шпонку (элемент фиксации стыковки ориентатора с отклонителем) 1. Известный прибор работает следующим образом.Отклонитель на поверхности устанавливают в заданном положении,, т.е устанавливают необходмый угол между -е.го апсидальной плоскостью и-вертикалью. Стыкуют ориентатор через ловитель и шпонку с отклонителем, добиваются положения, когда ток в цеп прибора отсутствует и положение ловителя фиксируют. Внутрь колонны бу рильных труб, на которых уже опущен отклонитель, опускают на кабеле (од ножильном) скважинный прибор до сты ковки его через ловитель и шпонку с отклонителем и добиваются момента ориентации по индикатору наземного пульта (стрелка индикатора должна находиться .в нулевом положении) , проворачивая колонну бурильных труб с отклонителем, например, по часово стрелке. Так как возможна ложная стыковка ориентатора с отклонителем (неточная посадка ловителя, застревание ориентатора в колонне бурильных труб), операции по стыковке и ориентированию повторяют до трех ра проверяя точность ориентации по мет ке на бурильной колонне. Недостатками указанного прибора .являются наличие проводника, связыБающего маятник с корпусом, что сни жает чувствительность маятника и надежность работы ориентатора s целом, большой вес маятника (до 15 т}, что -снижает механическую прочность датчика ориеитатора, отсутствие сигнализации о правильной стыковке ориентатора с отклонителем, что снижает надежность ориентирования и увеличивает затраты врег-лени- на ориентирование.. Конструкция прибора не позволяет производить, даже .приблизительно, количественную оценку углов подхода к моменту ориентации. Наличие механических контактов в дат чике ориентатора (пара маятник контакт) снижает точность и надежность ориентирования (работы прибоРа) . : Известно также устройство для ориентирования, содержащее корпус, чувствительный элемент, включающий источник и приемник света, между которыми размещен экран и отклони- тель с ловителем. Источник, приемник света -и чувствительный.элемент жестко связаны с корпусом устройства, а экран имеет возможность врагааться вокруг оси устройства, находится между источником и приемником света и имеет ловитель для стыковки с отклонителем 2 . Определерие момента ориентации . в этом устройстве происходит следующим образом. Источник и приемник света жестко связаны с корпусом и установлены так, что их оптические оси совпадают. При вращении корпуса оптическая ось источника и приемника перемещается вокруг оси прибора, а экран остается неподвижным в пространстве, при. подходе оптической оси гисточника и приемника света к щели экрана в приемнике света начинает вырабатываться сигнал, который при срвпадении оптической оси со щелью достигает максимума и сигнализирует о достижении устройством заданного положения. К недостаткам вышеуказанного устройства относится наличие пар вращения в чувствительном элементе, что приводит к застою его при небольших зенитных углах (2-3 ) и снижает точность ориентирования отклонителей, отсутствие сигнализации о стыковке ориентатора с отклонителем, что снижает надежность и повьляает затраты времени на ориентирование по причинам, указанным выше. Цель изобретения - повышение надежности и точности ориентирования. Эта цель достигается тем, что в устройстве для ориентирования отклонителя в. скважине, содержащем корпус чувствительный элемент, включающий источник и приемник лучистой энергии, между которыми размещен экран, отклонитель с ловителем, в нем чувствительный элемент снабжен двумя соосно „установленными BSSIHMHO перпендикулярными пластинами с xioполнительным экраном, магнктозптравляёк 1Гг-1 контактом и магнитом, а ловитель - стержнем, при этом одни ко цы пластин скреплены с экраном, а другие закреплзны в корпусе по его ocKf. п. на наружной стороне кор пуса со стороны ловителя расположен подвижно на штоке, с:::репленном с корпусом, подпружиненный магнит, взаимодействующий со стержнем лови-теля, а над магнитом внутри корпуса установле.н магнитоуправляемый контакт. На фиг. 1 представлено предлаг.а.емое устройство, разрез; на фиг. 2 два положения прерывателя светового потока световой поток перекрыт и пунктиром - световой поток открыт,, разрез А-А на фиг. 1; на фиг, 3 вид на-приемник света и оптическую маску со стороны .источника света, .рйзрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 экран, выполненный в виде оптической маски со щелью; на фиг. 5 - экран, выполненный в виде оптической маски с непрозрачным штрихом/ на фиг о 6 - экран, выполненный в виде оптической маски с переменной оптической плотностью; на фиг. 7 - при.мер исполнения схемы передачи измер тельной информации электрического сигнала от устройства для ориентирования на земную поверхность; на фиг. 8 - градуировочная характеристика для схемы измерительной информации, изображенной на фиг. 7. Устройство (фиг. 1) содержит гер метичный корпус 1, в котором размещен чувствительный элемент , содер3 и экражащий пластину 2 с грузом ном 4 - прерывателем светового .пото ка и пластину 5 с грузом 6 и экраном 7 в виде.оптической маски. Пере мещение прерывателя 4 светового .потока ограничено с одной ртороны ограничителем 8, закрепленным неподвижно относительно корпуса 1, Кроме того,, в корпусе 1 неподвижно относи тельно него закреплены приемник 9 света в -виде фотоэлемента и источни 10 света, которые соединены в после довательную кольцевую цепочку с диодами 11 и 12. Общая точка соединения диодов 11 и 12 подключена к жиле кабеля 13, а общая точка соедине ния фотоэлемента 9 и источника 10 света соединена с клеммой магнитоуправляемого контакта 14, другая клемма которого связана с корпусом Элемент фиксации стыковки ориентато ра кроме магнитоуправляемого контак та 14 содержит снаружи корпуса 1 ло витель 15, шток 16 с возвратной пру жиной 17, на котором свободно с воз можностью скольжения установлен постоянный магнит 18. При,стыковке ловителя 15 с отклонителем 19 постояН.кый магнит 18 соприкасается со. i.imoHиой 20, ориентированно установленной в отклонителе 19. Корпус 1 через линию 13 связи .свя зав с наземным пультом 21 (фиг.7), который, включает в себя трансформагор 22, регуляторы 23 тока, измери1ьль 24 тока, разделительные диоды 25, переключатель 26 и шунтирующие сопротивления 27. Фотоэлемент 9. снаб жен усилителем . Для искусственного искривления скважин в заданном направлении на дневной поверхности собирают специальную комп.онбвку, которая состоит из породоразрушающего инструмента (долото) и отклонителя со шпонкой. йа дневной поверхности отклонитель . устанавливается под заданным углом относительно апсидальной плоскости-. Соответственно ориентированно относительно апсидальной плоскости устанавливается и шпонка отк-лонителя. После погружения иску.сственного отклонителя 19 (фиг. 1) на бурильной колонне в скважину работа с предлагаемым устройством осуществляется следующим образом. .При погружении устройства на одножильном кабеле 13 внутрь бурильной колонны (не .показана) лови-тель ,15 корпуса 1 садится на шпонку 20 отклонителя 19. Под действием веса корпуса 1 пружина 17 сжимается и магнит 18, перемещаясь по штоку 16, своим магнитным полемчерез стенку корпуса, замыкает .клеммы магнитоуправл.яемого контакта 14, Линия 13 связи наземного пульта с ориентатором замыкается и по ней протекает электрический ток питания источника 10 света и приемника света с фотоэлементрм 9, чтОи является сигналом с праЕильной стыковке устройCTpi О шпонкой 20 отклонителя 19. После стыковки устройства с отклонителем 19 вращением бурильной колонны отклонитель 19 поворачивают вокруг своей оси. При этом пластинка 5 под действием груза 6 буд.ет изгибать ся и перемещать экран-7 в- виде оптической маски,, изменяя освещенность фотгоэлемента 9 в зависимости от угла поворота отклонителя 19 (фиг.З). в момент ориентации пластина 5 должна занимать нейтральное положение, т.е, ее плоскость должна совмещаться с апсидальной плоскостью (не показана) При повороте отклонителя 19 на один оборют (3.60°) плоскость пластины 5 дважды совпадает с апсидалькой плоскостью, одно из этих совпадений является ложным, Для выявления и исключения ложной позиции служит экран-прерыватель 4 светового потока При вращении отклонителя 19 пластина 2 прерывателя 4 светового потока под действием груза 3 изгибается в плоскости, -нормальной к плоскости изгиба пластины 5. В ложной позиции отклонителя 19 экран 4 ложит ся на ограничитель 8 (фиг. 2) и полностью перекрывает световой поток от источника 10 света к фотоэлементу 9 приемника света, прекращая поступление сигнала по линии 13 связи на поверхность. И, наоборот, при установке отклонителя 19 в зону искомого нейтрального положения пластина 2 изгибаясь отводит экран 4 в стороиу (изображено пунктиром на фиг. 2), и световой поток проходит к оптической маске 7 и фотоэлементу 9. Таким оЪр&зом, осуществляется бесконтактное автоматическое выявление и исклю.чение ложной позиции установки отклонителя 19 и преобразование угла поворота отклонителя 19 в электрический сигнал.

Схема передачи измерительной инфо нации электрического сигнала (фиг.7) работает следукичим образом.

Разделительные диоды 25 развязываит. силовую цепь питания источника 10 света от цепи питания фотоэлемента 9 (измерительной цепи), поэтому при подключении переменного тока к трансформатору 22 каждая из нагрузок питается отде71ьным полупериодом переменного тока. Регулирование тока в разных цепях прюизводится автономно (независимо) с помощью потенциоме ров 23, а изь4ерение его величины осувввствляется с помощью измерителя 24 тока и переключателя 26. В зависимости от степени освещенности фотоэлемента 9 ток в измерительной цепи будет изменяться, что фиксируется измерителем 24 тока.

На фиг. 8 приведена градуировочная характ еристика для данного схемного решения передачи измерительной информации с использованием оптических масок изображенных на фиг. 4

и 6. .

Градуировочная характеристика выражает зависимость величины силы тока I по прибору от угла разворота Т устройства для ориентирования. В этом случае нейтральное (нулевое) положение устройства для ориентирования определяется по максимуму.выходного тока. При использовании оптической маски (фиг. 5) нейтральное положение устрюйства определяется по минимуму выходного тока. . .

Предлагаемое устройство существенно повьшает точность и надежность ориентирования искусственных отклонителей. К его достоинствам следует отнести высокую механическую проч- ность при сохранении метрологических характеристик при любых зенитных углах скважины. Наличие магнитного замыкателя (магнитоуправляемого контак та с магнитным) полностью исключает вероятность ложной стыковки устройства для ориентирования с отклонителем и снижает трудозатраты при производстве установок отклонителей в скважинах. Все это обеспечивает высокую надежность и работоспособность cиcтe «J ориентирования искусственных отклонителей.

Фиг, 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯОТКЛОНйТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ,содержащее корпус, чувствительный элемент включающий источник и приемник лу чистой энергии, между кoтQpЫ tи размещен экран, отклонитель с ловителем, отличающееся тем что, с целью повышения точности и надежности ориентирования, чувствительный элемент снабжен двумя соосно установленными взаиьото перпендикулярными пластинами с грузгичи, дополни-. тельным экраном, магнитоуправляё1ъ«м контактом и магнитом, .а ловитель .стерж.нем, при этом одни концы пластин скреплены с экране, а другие закре.плены в корпусе по его ости, при чем на наружной стороне корпуса со стороны ловителя расположен подвижно на штоке, скрепленном с корпусом, подпружиненный магнит, взаимодействующий со стержнем лови.теля, а (Л над магнитом внутри корпуса уставов-. лен .магнитоуправляемый контакт. .

ш

Фиъ. 5