Устройство для определения пространственного положения скважины Советский патент 1984 года по МПК E21B47/02 

1 I изобретение относится к нефтяной промьшшенности, в частности к способам исследования скважины в процессе бурения пород произвольной магнитной восприимчивости и в условиях магнитного воздействия масс бурового инструмента. Известно устройство для определения пространственлого положения сква жины, содержащее гибкий корпус,который копирует искривление скважины и. выполнен в виде цилиндра с крьпиками, внутри которого на подшипниках расположен стержень с противовесом и укреплениые на противовесах основной и дополнительный реостаты с ползунком, причем реостаты выполнены в виде дуги и размещены на концах стержня 1 1. Недостатками этого устройства являются неточность измерений и невозможность измерять кривизну скважины. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения пространственного положения, содержащее токопровод, два шарнирно соеди ненных цилиндрических корпуса, в одном из которых ,установленном над забойным двигателем, размещен датчик апсидального угла, подключенный к токопроводу, а в другом - чувствительный механизм 2 }. Недостатками известного устройства являются низкая точность измерения пространственного положения ствола в скважине, а также невозможность использования для считывания результатов измерений прямоугольной системы координат. Цель изобретения - повышение точности определения и возможность использования для считывания результатов измерений прямоугольной системы координат. . Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения пространственного положения сква жины, содержащем два корпуса, в одном из которых, установленном над забойным двигателем, размещен датчик апсидального угла, подключенный к токопроводу, а в другом - чувствительный механизм, последний выполнен в виде размещенного под забойным двигателем датчика кривизны скважины, который имеет установленный внут ри корпуса вал с зубпами на его внещ ней поверхности и коаксиально ему 71 электромагниты, которые укреплены на корпусе, причем в зоне размещения зубцов вал выполнен более жестким, чем корпус, а электромагниты подключены к токопроводу. Угол между осями электромагнитов составляет 90. Зубцы на валу выполнены на участке, не превьшающем по величине расстояния между двумя ближайшими электромагнитами. Махнитопровод электромагнита имеет П -образную форму. Несколько электромагнитов выполнены с одинаковыми межполюсными расстояниями, а один из электромагнитов имеет межполюсное расстояние большее, чем межполюсное расстояние электромагнитов на величину, равную одному зубцу вала. На фиг. I представлено размещение в устройстве датчика апсидального угла и датчика кривизны, входящих в общую компановку с электробуром; на фиг. 2 - электробур в месте установки датчика кривизны, разрез А-А на фиг. 1. Устройство состоит из электробура забойного двигателя 1, на котором установлено скважинное устройство контроля апсидального ухла 2, содержащее герметичный контейнер 3 с датчиком апсидального угла 4, подключенньм через измеритель}1Ь Й пр образователь 5 к токопроводу 6. В нижней части электробура I на его валу 7 установлен ротор 8, на внешней цилиндрической поверхности которого выполнены зубцы. Вокруг ротора 8 в корпусе 9 электробура закреплены рарномерно по окружности (через 90°)четыре электромагнита 10 и 11. При этом три электромагнита 10 имеют одинаковые, межполюсные расстояния, а четвертый электромагнит 11 имеет межполюсное расстояние, большее чем межполюсное расстояние электромагнитов 10 на величину, равную одному зубцу ротора. Магнитопроводы всех установленных электромагнитов имеют П-образную форму 12. Обмотки электромагнитов 10 i и 11 подключены между собой параллельно и подсоединены к лобовой части 13 обмотки статора 14 электробура 1. В зоне размещения ротора 8 датчика кривизны вал 7 выполнен более жестким, а корпус электробура имеет более гибкий участок.

3И

Электромагниты Ю и И датчика ривизны расположены в корпусе 9 электробура диаметральнопротивопоожно по координатным осям прямоугольной системы координат, дентр которой лежит на продольной оси корпуса 9.

Устройство работает-следующим образом.

При включении электробура 1 обмотки электромагнитов 10 и 11, подключенные к обмотке статора 14, создают в магнитопроводе магнитный поток с частотой силовой сети. При вращении вала 7 с ротором 8 в момент времени, когда зубцовая часть ротора проходит мимо электромагнитов в обмотке последнего наводится ЭДС с частотой, зависящей от скорости вращения и числа зубцов ротора 8. Величина наводимой ЭДС определяется величиной зазора между зубцами potopa 8 и полюсами электромагнитов 10 и 11. Поскольку зубцовый сектор на роторе 8 вьшолнен только на части его поверхности, то за каждый оборот вала 7 зубцовый сектор поочередно проходит мимо каждого из электромагнитов и в токопровод 6 поступают четыре следующие друг за другом сигнала и соответствующие ЭДС каждого электромагнита. При. этом длительность сигналов, поступающих с электромагнитов 10, имеющих одинаковое межполюсное расстояние, равны, а сигналы от электромагнита 11 отличаются от них по длительности. Это позволяет определить с

6147,4

какого электромагнита поступил данный силнап.

При бурении скважины без искривления ось вала 7 совпадает с осью корпуса, зазор между зубцами ротора 8 и полюсами всех электромагнитов и амплитуда сигналов, поступающих со всех электромагнитов, одинаковы.

В случае искривления скважины .- корпус 9 электробура I искривляется быстрее чем вал 7, в результате чего появляется несоосность осей вала 7 и корпуса 9 электробура 1. При этом изменяется величина зазора между зубцами ротора 8 и полюсами электромагнитов 10 и 1I, что приводит к изменению амплитуды сигналов, поступающих от каждого электромагнита.

Для определения азимута и зенитного угла с помощью предлагаемого устройства электромагнит 11 ориентируют относительно начала отсчета датчика апсидального угла 4. При бурении скважины без искривления сигнал..с этого электромагнита поступает на наз.емный регистратор синхронно с сигналом датчика апсидального угла. Поскольку электромагниты расположены по окружности через 90°, соответствующие сигналы фиксируются регистратог 0 ром в прямоугольной системе координат.

Применение предлагаемого устройства повыщает точность измерения прост5 ранственного положения скважины и эффективность геологоразведочных работ.

13

W

Фиг.2

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ СКВАЖИНЫ, содержащее два корпуса, в одном из которых, установленном над забойным двигателем, , размещен датчик, апсидального угла,подключенный к токопроводу, а в другом чувствительный механизм, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения, чувствительный механизм выполнен в виде размещенного под забойным двигателем датчика кривизны скважины который имеет установленный внутри корпуса вал с. зубцами на его внешней поверхности и коаксиально. ему электромагниты, которые укреплены на корпусе, причем в зоне размещения зубцов вал выполнен более жестким, чем корпус, а электромагниты подключены к токопроводу. 2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что, с целью использования для считывания результатов измерений прямоугольной системы координат, угол между осями электромагнитов составляет 90°. 3.Устройство по п. 1, о т л и.чающееся тем, что зубцы на валу выполнены на участке, не превышающем по величине расстояния (Л между двумяближайшими электромагнитами. с 4.Устройство по.,п. 1, отличающееся тем, что магнитопровод электромагнита имеет П-образную форму. 5.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что несколько электромагнитов выполнены с одинакоOi выми межполюсными расстояниями, а один из элемктромагнитов имеет 4i мeжпoJцocнoe расстояние большее,чем межполюсное расстояние электромагнитов на величину, равную одному зубцу вала,