Устройство для определения азимутального и зенитного углов скважины Советский патент 1984 года по МПК E21B47/02 

о :D

Изобретение относится к разведочHor-iy бурению и предназначено для измерения геологоразведочных скважин.

Известны инклинометры однократного действия, включающие отвес с эксцентричным грузом, магнитную стрелку и арретирующее устройство. Такие инклинометры сложны по устройству, так как для привода арретируютего устройства используют либо часовой механизм, либо реле времени с автономным источником питания и не могут быть включены в состав бурового снаряда в процессе бурения, так как время арретирования должно соответствовать времени окончания рейса, что предугадать практически невозможна 1 .

Устройство для определения азимутального зенитного углов скважины, содержащее корпус с переходниками, Ьоплавок со шкалой, расположенной в сферической полости, заполненной жид костью и подпружиненный шток 2 .

Этот инклинометр наряду с очевидной простотой имеет ряд существенных Недостатков.

Трудно точно подобрать плотность тяжелой жидкости, равную плотности поплавка. Равенство плотностей нарушается при Изменении температуры (причем плотность жидкости изменяется примерно на порядок сильнее, чем у твердых тел). Различие в плотности ЖИДКОСТИи поплавка приводит к тому, что поплавок либо всплывает, либо тонет, устраняя зазор между поплавком и оболочкой и снижая тем самым чувствительность датчиков. Наличие тяжелой жидкости, имеющей повышенную вязкость, также снижает чувствительность датчиков.

Надписи,и изображения шкал, нанесенные на наружную поверхность корпуса, не защищены от воздействия промывочной жидкости, обладающей абразивными свойствами, что неизбежно приводит через некоторое время к их унитожению и, как следствие, невозможности снятия показаний.

Наличие рамки, ограничивающей обзор шкалы,приводит к затруднению в снятии показаний по зенитному углу, а невозможность извлечения корпуса без нарушения арретирования приводит к снижению точности в снятии показаНИИ.

Во время подъема бурильной колонны при установке ведущей щтанги и последующих свечей на подкладные вилки возможен упор снаряда в скапливаю щий в призабойном участке шлам и выступы скважины, что приводит к разарретированию устройства и не гарантирует достоверность произведенных измерейий,

Целью изобретения является повышение точности и надежности устройства

Указанная цель достигается тем,что устройство для определения азимутального и зенитного углов скважины, содержащее корпус с обоймой переходниками, поплавок со шкалой, расположенной в сферической полости, заполненной жидкостью, и подпружиненный шток снабжено гидроцилиндром с поршнем и двумя дополнительными подпружиненными штоками, один из которых имеет микрометрический винт и выполненный из прозрачного материала камерой, а обойма имеет каналы, два из которых связаны с гидроцилиндром, а третий с переходником, который имеет шарик, при этом гидроцилиндр расположен в корпусе над камерой, в которой над основным размещен дополнительный шток, установленный с возможностью взаимодействия с поршнем, причем поплавок установлен в камере под основ ным подпружиненным штоком, а под ним в камере - дополнительный шток с микрометрическим винтом, а на наружной jnoBepxHocTH камеры нанесена кольцева риска.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, устанавливаемое между колонной бурильных труб и буровым снарядом; на фиг. 2. - датчики; на фиг. 3 - сферический поплавок.

Устройство состоит из переливного клапана, предназначенного для предотвращения изливания промывочной жидкости на поверхность при подъеме бурильной колонны и включающего в себя переходник 1, корпус 2, клапан 3 и пружину 4, шарика 5, предназначенного для переключения потока промывочной жидкости при арретировании, обоймы б, установленной фиксированно относительно корпуса 2 и имеющей радиально расположенные каналы 7 для прохода промывочной жидкости к буровому снаряду и каналы 8 и 9 для прохода проЛ1ЫВОЧНОЙ жидкости к поршню 10 гидроцилиндра, встроенного в обойму (на чертеже не обозначеь|,предназначенному для включения механизма арретирования, кожуха 11, датчика, установленного неподвижно в обойме б при помощи решетки 12 и переходника 13 и предназначенного для регистрации положения устройства в скважине.

Датчик состоит из цилиндрического корпуса 14, имеющего сферическую полость с прозрачными стенками, заполненную жидкостью, обладающей низкой вязкостью, например водным раствором спирта, в которой свободно плавает сферический поплавок 15, являющийся чувствительным элементом датчика, арретирующего механизма, предназначенного для фиксации положения поплака 15 относительно корпуса 14 и включающего в себя поршень 16, шток 17, пружины 18 и 19 и пружинный фиксатор 20, взаимодействующий при арретирова нии с кольцевой проточкой 21, расположенной на наружной поверхности што ка 17, механизма стабилизации и регу лирования давления жидкости в сферической полости корпуса, состоящего и поршня 22, пружины 23 и микрометриче кого винта 24. На наружной поверхности датчика нанесена кольцевая рис ка 25, лежащая в плоскости, проходя щей через центр сферической плоскост корпуса 14 и пермендикулярной центральной оси датчика. Поплавок 15 сос тоит из полой сферической оболочки 26,изготовленной из упругого материала, например, пластмассы, внутри которой неподвижно укреплены отвес 27,центр тяжести которого смещен относительно геометрического центра оболочки И магнитная стрелка 28, лежащая в экваториальной плоскости поплавка, перпендикулярной его оси отвеса.На наружной поверхности поплавка нанесена кольцевая риска 29 с делением, лежащая в экваториально плоскости поплавка. На риске 29 име ется метка 30, совпадающая с северным полюсом магнитной стрелки. Полу сферы поплавка, разделенные кольцевой риской 29, окрашены в различные цвета для определения направления силы тяжести поплавка. Для придания поплавку взвешенного состояния его плотность подбирается таким образом чтобы она была равна плотности жидкости, в которой он плавает. Это до стигается изменением давления жидко ти в сферической полости сосуда при вращении регулировочного винта 24. Давление жидкости, воздействуя на поплавок, вследствие, упругости его оболочки изменяет его объем и, след вательно, его среднюю плотность. Для исключения влияния на магнитную стрелку все детали .устройства изготавливаются из немагнитных материалов. Устройство работает следующим образом. При работе бурового снаряда в уст ройстве нет шарика 5и промывочная жидкость по радиально расположенным каналам 7 свободно поступает к буровому снаряду, а по каналам 8 и 9 к поршню 10, который благодаря разности площадей все время поджат вверх. Перед подъемом бурового снаряда при необходимости измерения кри визны скважины вовнутрь бурильной колонны бросается шарик 5, который, дойдя до упора в корпусе 2 перекрывает каналы 7, при этом на поршень 10 передается давление промывочной жидкости только через канал 9, в результате чего поршень 10 перемещается, вниз до упора и толкает шток 17, который сжимает пружину 19 и, дойдя до упора, фиксируется при помощи пружинной защелки 20, попадающей в кольцевую проточку 21. При перемещении штока 17 усилие от него через пружину 18 передается на поршень 16, который, перемещаясь, прижимает поплавок .15 к внутренней сферической поверхности корпуса 14 и тем самым осуществляет арретирование поплавка. Наличие пружины 18 позволяет исключить повреждение поплавка при арретировании. При перемещении поршня 15 давление через жидкость передается на поршень 22, который, перемещаясь вниз, сжимает пружину 23 и тем самым компенсирует перемещение поршня 16. После поднятия устройства на поверхность оно отсоединяется, от бурильных труб и снаряда и из него после отворачивания переходника 13 извлекается датчик. Датчик устанавливается в угломерное устройство и по взаимному расположению рисок 25 и 29 считывается зенитный угол и азимут скважины. Для приведения датчика в рабочее положение достаточно отжать пружинный стопор 20, при этом пружина 19 возвратит поршень 16 и шток 14 в исходное положение и тем саь1ым разарретирует поплавок. После приведения датчика в рабочее положение он устанавливается в устройство, а само устройство после извлечения из него(- шарика снова готово к работе. Предлагаемое устройство имеет простое управление, надежно в эксплуатации и может быть использовано с любым видом бурового снаряда, так как для его применения нет необходимости изменять конструкцию бурового снаряда. Устройство наиболее эффективно при направленном бурении, позволяя повысить его производительность на 5-10% по сравнению с использованием серийных электрических инклинометров. Пpи cнeниe предлагаемого устройства позволяет постоянно контролировать напраление скважины и тем самым поддерживать качество производимых работ.

/

Фиг.1

Фиг.2

Фиг.З

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТАЛЬНОГО И ЗЕНИТНОГО УГЛОВ СКВАЖИНЫ, содержащее корпус с обоймой и переходниками, поплавок со шкалой, расположенной в сферической полости, заполненной жидкостью, и подпружиненный шток, отличающееся тем, что, с целью повьипения точности и надежности устройства, оно снабжено гидроцилиндром с поршнем и двумя дополнительными подпружиненными штоками, один из которых имеет микрометрический винт, и выполненной из прозрачного материала камерой, а обойма имеет каналы, два из которых связаны с гидроцилиндром, а третий - с переходником, который имеет шарик, при этом гидроцилиндр расположен в корпусе над камерой/в которой над основным размещен дополнительный шток, установленный с возможностью взаимодействия с поршнем, причем поплавок установлен в камере под основным подпружиненным штоком, , а под ним в камере - дополнительный j шток с микрометрическим винтом. (Л 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на наружной поверхности камеры нанесена коль- цевая риска.