Автоматическое устройство для измерения искривления ствола скважин Советский патент 1983 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к измерительной технике, используемой при бурении наклонно-направленных скважин.. .

Известна схема, основанная на амплитудной суммарно разностной обработки сигналов сейсмоприемников, предназначенная для реализации способа, при котором равносигнальное направление, образованное двумя пересекающимися диаграммами направленности сейсмоприемников, в каждой из взаимно перпендикулярных плоскостей, поворачивают в процессе бурения путем углового перемещения сеймоприемниксв без изменения угла между их ося..ш и в момент получения нулевого значения разности сигналов сейсмоприемников определяют углы .искривления ствола скважины. Схема включает вертикальвые сейсмоприемнрки, установленные наклонно относительно друг друга, на одинаковом расстс-янии от устья скважны в диаметрально противоположных направлениях в двух -взаимоперпендикулярных плоскостях, механизм поворота сейсмоприемников, амплитудное суммарно-разностное устройство, индикатор функционирования схстемы, нуль-индикатор, шкалу отсчета угла смещения Г1 3Известно автоматическое устройств для измерения искривления ствола скважин, содержащее сейсмоприемники, установленные попарно, наклонно, в диаметрально противоположных направлениях в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, амплитудные суммарно-разностные блоки, усилители автоматический регулятор усилия, вычислительный блок и указатель зенитного угла, сейсмоприемники, соединенные с входами суммарно-разностных блоков, суммарг-ые выходы которых .соединены с усилителями, автоматическим регулятором усиления, фазовым детекторами и индикаторами контроля функционирования, а разностные выход соединены с усилителями,автоматическим регулятором усиления, фазовыми детекторами и указателем зенитного угла С2 .

Однако в устройстве предусмотрен механизм поворота сейсмоприемников, который, если учесть расстояния между парами сейсмоприемников как миниMi i 200 м, является довольно сложным и громоздким.

В таком механизме при повороте сейсмоприемниковс сохранением начального углового смещения между ними, возникают значительные ошибки во взаимном расположении сейсмоприемников.

При изменении наклона сейсмоприемников с помощью механизма в продес

е работы, может нарушаться контакт ежду наконечником корпуса сейсмв риемника и земной Поверхностью, что нижает чувствительность сейсмопримников и надежность их работы.

Оператору свойственны субъективные шибки при измерениях.

Цель изобретения - повышение увствительности, точности и надеж ности работы.

Поставленная цель достигается тем, что автоматическое устройство измерения искривления ствола скважин, содержащее сейсмоприемники, установленные попарно, наклонно в диаметрально противоположных направлениях в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, амплитуднке суммарно-разностные блоки, усилители, индикаторы контроля функционирования, два фазовых детектора, автоматический регулятор усиления, вычислительный блок и указатель зенитного угла, сейсмоприемники, соединенные с входами суммарно-разностных блоков, суммарные выходы которых соединены с усилителями, автоматическим регулятором усиления, фазовыми детекторами и индикаторами контроля функционирования, а разностные выходы соединены с усилителями, автоматическим регулятором усиления, фазовыми детектораг.-и и указателем зенитного угла, снабжено указателем азимута, двумя следящими системами отработки координат, каждая из которых включает электродвигатель с выходным валом, блоком-коммутации, состоящим из системы неподвижных контактов, при этом сейсмоприемники с.«зязаны с неподвижными контактами, а подвижные контакты подключены соответственно к входам суммарно-разностных блоков, выходы каждого фазового детектора подключены через соответствующую следящую систему ,отработки координат к подвижным контактам и, соответственно, связаны через вычислительный блок с указателем азимута и зенитного угла.

На чертеже показана Функциональная схема автоматического устройства измерения искривления ствола скважин.

Схема включает в себя блоки 1-4. сейсмоприемников, переключающий блок 5, амплитудные суммарно-разностные блоки-6 и 7, усилители 9-11 сигналов, фазовые детекторы 12 и 13, индикаторы 14 и 15 контроля функционирования систем, автоматический регулятор 16 и 17-усиления (АРУ), следущие системы 18 и 19 отработки прямоугольных координат, вычислительный блок 20, механические шкалы 21 угловых координат забоя.

В каждом из блоков 1-4 сейсмоприемников на силуминовой плите жесткие закреплены со сдвигом на 1 относи-тельно друг друга 31-42 сейсмоприемиик, перекрывающие диапазон в 3040. Можно закрепить и большее количество, и с меньшим сдвигом, что увеличит диапазон и повысит точность Сейсмоприемник, находящийся в центре должен быть наклонен относительно вертикали на 30, остальные симметрино относительно центрального со сдвигом, указанным вы1ие, на 3 .

Конструктивно сейсмоприемники мож но размещать на плите, например, в 3-4 раза, с сохранением взаимного сдвига на 1. Силуминовая плита -с закрепленными на ней сейсмоприемникамй с помощью нескольких штырей надежно закрепляется на выровненной площадке на поверхности земли, в строго горизонтальном положении на определенном расстоянии от устья скважины.

Все четыре блока 1-4 сейсмоприемников размещаются по два в каждой плоскости координат х и з; . Блоки 1 и 2 размещаются в диаметрально противоположных направлениях от устья скважины в плоскости координаты х , а блоки 3 и 4 также в диаметрально противоположных направлениях в плоскости координаты :) . Ось : , по направлению которой устанавливаются блоки 3 и 4, ориентируется на север.

Центральные сейсмоприемники наклонены, как было указано выше, на 30° относительно вертикали. Этот наклон в каждой паре блоков сейсмоприемников 1 и 2, а также в Зи 4, должен быть в противоположных направлениях.. Например, в первом блоке наклон должен быть отрицательным, а во втором - положительным относительно оси 2 (вертикали).

Все вьшоды от сейсмоприемников блоков по 32- или 42- жильному кабелю подключены к переключаюце у блоку 5, в котором размещены четыре переключателя на 31-41 положение казкдый (возможно и большее количество положений).

Подвижные контакты переключателей кинематически связаны с валами еледящих систем отработки прямоуголь- . ных координат 18 и 19. Для каждой координаты задействованы два переключателя. Электрически подвижные контакты каждой пары переключателей соединены с входами амплитудных суммарно-празностных блоков б и 7, а неподвижные контакты соединены через многожильный кабель с сейсмоприемниками блоков 1-4.

В исходном положении с помощью контактов переключающего блока Ъ, в каждой из двух взаимоперпендикулярных плоскостей, подключается на вход амплитудных суммарно-разностных блоков пара центральных сейсмоприемников. Например, для координаты X по одному сейсмоприемникку (центральнему), от блоков

1и 2, а для координаты ЛУ от блоков 3 и 4. Угловой наклонпри этом центральных сейсмоприемников состав ляет для блока 1-30, а для блока

230° относительно вертикали, для блока 3-30°, а для блока 4 30°. Таким образом центральные сейсмоприемники в каждой плоскости сдвинуты относительно друг друга на 60° в вертикальной плоскости (или симмет,рично от вертикали каждый на 30° в противоположные стороны). При этом, равносигнальное направление диагрги«

направленности каждой пары сейсмоприемников совпадает с вертикалью. ,

С началом работы турбобура возникающие упругие волны возбуждают сейсмопр«емники блоков 1-4. Сигналы сейсмоприемников ( плоскоти х и и Ор для плоскости поступают на вход амплитудных суммарно-разностных блоков 6 и 7 соответственно, с их выходов суммарное Ug и разностное U напряжения посл усиления в усилителях 8-11 поступаю на вход фазовых детекторов 12 и 13 и индикаторов 14 и 15 функционирования системы. С фазовых детекторов 12 и 13 напряжения U и (J соответсвенно поступают на вход следящих систем отработки прямоугольных координат 18 и 19 (величины и знаки напряжений постоянного тока УХ и J пропорциональные величине и направлению ухода забоя от вертикали). Выходные валы двигателей следящих систем перемещают подвижные контакты переключающего блока 5. Это перемещение подвижных контактов происходит лииъ в том случае, если в процесс бурения забой отклонится от ветикального направления. В противном случае сигналы U и такж UQ, и иj, будут равны и на разностных выходах амплитудных суммарно-разностных блоков б и 7 сигналы

4 Of с-, - сг 0; и„-и и

0.) и подвижные контакты блока 5 не перемещаются.

В результате перемещения подвижных контактов переключающего блока 5 подключаются следующие пары сейсмоприемников блоков 1-4, сдвинутые по положении) на l относительно центральных, но с сохранении взаимного сдвига между собой в паре на 60. При этом разностный сигнал уменьшается и переключение каждой новой пары сейсмоприемников продолжается до тех пор, пока равносигнальное направление совпадает с направлением на забой. При.этом сигналы Uf и также и U окажутся равньми и выходное напряжение фазовых детекторов йуи и буДут равны нулю, так как

и.-и.-О и .

На шкалах 21 вычислительного блока 20 будут отработаны определенные угловые 1 оординаты забоя р и Е (азимут и зенитный угол). Система автоматически будет перемещать равносигнальное направление в направлет НИИ на забой скважины. Таким образом,

вместо механического поворота сейсмоприемников, как предусмотрено в прототипе с помощью сложного и громоздкого механизма, при котором неизбежны нарушения механического контакта корпусов сейсмоприемников с поверх.вестью земли, применено переключение сейсмоприемников, которые заранее жестко укреплены со сдвигомна 1, а количество их в наборе соответствует выбранному диапазону углового поворота сейсмоприемников в вертикальной ллоскости.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИСКРИВЛЕНИЯ СТВОЛА СКВАЗКИН, содержащее сейсмоприемники, установленнью попарно наклонно в диаметрально противоположных направлениях в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, амплитудные сумМарно-разностные блоки, усилители, индикаторы.контроля функционирования, два фазовых детектора, автоматический регулятор усиления, вычислительный блок и указатель зенитного угла, i сеймоприемники, соединенные с входами суммарно-разностных блоков, суммарные выходы которых соединены с усилителями, автоматическим регулятором усиления, фазовыми детекторами и индикаторами контроля функционирования, а разностные выходы соединены с усилителями, автсмчатическим регулятором усиления,фазовыми детекторами и указателем зенитного угла, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, точности и надежности работы, оно снабжено указателем азимута, двумя Следящими системами отработки коррдинат, каждая из которых включает электродвигатель с выходным валом, блоком коммутации, состоящим из системы неподвижных : и.подвижных контактов, при этсм сейсмоприемники связаны с неподвижными О) контактами, а подвижные контакты подключены соответственно к входам суммарно-разностных блоков, выходы каждого фазового детектора подключены через соответствующую следтцую 5 систему отработки координат к подвижным контактам и соответственно связаны через вычислительный блок с j указателями азимута и зенитного ел i угла ф CD эо