Преобразователь наклона скважины и поворота скважинного снаряда Советский патент 1984 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к бурению наклонно направленных скважин и може быть использовано в составе инклинометров или в комплексной геофизической аппаратуре для определения зенит ных углов траектории скважины и угла поворота скважинного снаряда вокруг собственной продольной оси или угла установки отклонителя бурового инструмента. Известно устройство для определения кривизны скважины, содержащее корпус, две рамки с эксцентричными грузами, датчики углов поворота, установленные на рамках, и систему съема сигналов с внешней рамки lj . Недостатком данного устройства яв ляется необходимость системы съема сигналов с внешней рамки, которая может быть выполнена в виде бесконтактного трансформатора, что усложня ет конструкцию и вносит дополнительную погрешность, или в виде скользящих токосъемнмх пар, момент сил сухо го трения в которых также снижает точность измерений за счет неустанов ки внешней рамки в плоскость наклона особенно при малых зенитных углах. того, для обеспечения высокой надежности скользящих контактов в парах необходимо применение драгоценных металлов, что ведет к повышению стоимости устройства и снижает технологичность в целом. Известно также устройство для измерения углов наклона скважины, содержащее кожух, корпус, состоящий из двух взаимно перпендикулярных стоек с маятниками и планками с ферромагнитными грузами, электромагнит и записывакнций механизм, причем маятники выполнены в виде дисков с дебалан сами, центр колебаний которых размещен в их геометрическом центре, при этом каждьй диск снабжен угловой шка лой, а планки с ферромагнитными грузами расположёны напротив электромаг нитов и центров дисков со стороны расположения их шкал 2j . Недостатком данного устройства яв ляется низкая точность измерений, обусловленная механической регистрацией отклонений маятников, а также визуальным считыванием информации. Наиболее близким к изобретению по технической сзщности является уст .ройство для определения зенитного и визирного углов в скважине, содержащее корпус, заполненньш вязкой жидкостью, два поплавка-маятника с эксцентричными грузами и электрическими преобразователями углов поворота, связанными со штепсельным разъемом, причем оси вращения маятников и продольная ось прибора ортогональны Сз . К недостаткам известного устройства относятся сложность токоподвода к роторам электрических преобразователей углов поворота, а также низкая точность измерений, обусловленная неустановкой маятников по вектору ускорения свободного падения за счет момен-tta сопротивления создаваемогр токо- Ьодводами. Кроме того, в известном техническом решении информация представляется в аналоговой форме, а для записи в оперативное запоминающее устройство или передачи по каналу связи на поверхность Земли необходимо аналого-цифровое преобразование. Это в свою очередь усложняет схемы вторичного преобразования и увеличивает дополнительную погрешность результата измерений, вносимую элементами канала аналого-цифрового преобразования. Целью изобретения является повышение точности измерений. Указанная цель достигается тем, что преобразователь наклона скважины и поворота скважинного снаряда, содержащий корпус, в котором установлены с возможностью осевого вращения два чувствительных элемента, два фотоэлектрических узла, каждый из которых включает источник света, световод, фотоприемник, и регистрирующий узел, снабжен блоком отработки программы измерения оперативным запоминакщим блоком,генератором импульсов, элементами И и ИЛИ-НЕ, счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, усилителем мощности, управляемым коммутатором, причем каждый из чувствительных элементов имеет кольцевые обмотки установленные на соответствукицей оси вращения, и цилиндрическими постоянными магнитами осевого намагничивания с центральными отверстиями, в которых расположены световоды, кольцевые обмотки и постоянные магниты, причем выход генератора импульсов через элемент И подключен на счетный вход счетчика, вьрсод которого через последовательно соединенные цифроанапоговый преобразователь, усилитель мощности и управляег ый коммутатор связан с кольцевыми обмотками, а чувствительные элементы через элемент ИДИ-НЕ подключены на второй . вход элемента И и к блоку отработки программы измерения, выходы последнего связаны с управляемым коммутатором, источниками света, третьим вх дом элемента И, R -входом счетчика и управлянлцим входом оперативного заг поминающего блока, информационный вход которого подключен к выходу счетчика. На фиг. 1 представлен предлагаемый преобразователь, продольный разрез на фиг. 2 - функциональная схема преобразойателя. Устройство содержит корпус 1, заполненный вязкой жидкостью, кожух 2, поплавки-маятники. 3 и 4, на осях 5 и 6вращения которых установлены под-. шипники 7 и 8, цилиндрические постоянные магниты 9 и 10 с центральныt/sK отверстиями осевого намагничивания, оправы If и 12 со световодами 13 и 14, фиксируюфе гайки 15 и t6, источники 17 и 18 света, фотоприемни ки 19 и 20, кольцевые обмотки 21 и 22, штепсельный разъем 23, генератор 24 прямоугольных импульсов стабильной частоты, - элемент И 25, счетчик 26 цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 27, усилитель 28 мощности, управляемый коммутатор 29$ оперативное запоминаклцее устройство (ОЗУ) 30, элемент ИЛИ-НЕ 31 и блок 32 отработки программы измерения (ВОПИ). Устройство работает следзпощим образом. .В начальном полсисении (при нулевых зенитном угле и угле поворота во круг собственной продольной оси) источники 17 и 18 света, световоды 13 и 14 и фотоприемники 19 и 20 находятся на продольной оси корпуса 1, которая совпадает с вектором ускорения свободного падения. При Измерении пространственного положения корпуса 1 преобразователя, т.е. при измерении наклона скважины и при повороте преобразователя вокруг собствен ной продольной оси (или изменении уг ла установки отклонителя) поплавки-м ятники 3 и 4, ориентируясь по вектсру , поворачиваются з подшипниках 7и 8 на некоторые углы вместе с ося ми 5 и 6, магнитами 9 и 10 и оправами 11 и 12 со световодами 13 и 14. При этом световоды 13 и 14 отклоняются от оси начального положения и прерывают оптическую связь между источниками 17 и 18 света и фотоприемниками 19 и 20. С приходом импульса на вход Управление ВОПИ 32 начинается цикл измерений и записи результатов в ОЗУ 30., Этот импульс может быть отработан наземной аппаратурой и передан по каротажному кабелю в ВОПИ 32 (если предлагаемое изобретение будут использовать в кабельном варианте), электронным таймером, сейсмоприемником, фиксирукнцим остановку движения скважинного снаряда с целью проведения, измерений в данной точке траектории, или каким-либо другим устройством. Затем по кома;ндам ВОПИ 32 включается источник 17 света, счетчик 26 сбрасывается в ноль, управляекя 1й коммутатор 29 подключает выход усилителя 28 мощности к кольцевой обмотке 21 и на третий вход элемента И 25 поступает уровень логической единицы, разрешая тем самым поступление тактовых импульсов с. выхода генератора 24 на счётный вход счетчика 26. . : На вьпсоде последнего формируется код, пропорциональный числу импульсов, поступивших на его вход, кото|рый преобразуется ЦАП 27 в постоянное напряжение, квантованное по уровню. Это напряжение усиливается в усилителе 28 мощности и через управляемый коммутатор 29 запитывает кольцевую обмотку 21, которая создает магнитное поле с напряженностью, также квантованной по уровню в соответствии с кодом на выходе счетчика 26. Направление тока в кольцевой обмотке . 21 выбирается так, чтобы взаимодействие создаваемого ею магнитного поля и магнитного поля цилиндрического постоянного магнита 9 вызывало поворот поплавка-маятника 3 в направлении, противоположном начальному отклонению. Поворот поплавка-маятника 3 вгместе с осью 5, оправой 11 и световодом 13 происходит до восстановления оптической связи между источником 17 света и фотоприемником 19, т.е. до тех пор, пока световод 13 не займет начального положения и не установится по продольной оси корпуса 1. При этом луч от источника 17 света по световоду 13 по-

счгупает на вход фотоприемника 19 и на его выходе устанавливается уровень логической единицы. На выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 31 появляется уровень логического нуля, который поступает на второй вход логического элемента И 25 и на второй вход БОПИ 32. Поступление тактовых импульсов на счетный вход счетчика 26 прекращается, Б01Ж 32 отрабатывает команду на з равлякищй вход ОЗУ 30 и код с выхода счетчика 26, пропорциональный синусу угла поворота поплавкамаятника 3, записывается в ОЗУ 30 вместе с кодом-маркером, выра0атываемым БОПИ 32. Код-маркер заполняет информативные младшие разряды записываемого числа и служит дпя различения кодов при обработке информации. Например код-маркер 1 Ос ответствует показаниям верхнего датчика, а код- иаркер О 1 - нижнего. После этого счетчик 26 сбрасывается в ноль, отключается источник 17 света и включается источник 18 света,управляемый коммутатор 29 подключает выход усипителя 28 мощности к кольцевой обмотке 22..

Аналогично происходит запись кода с выхода счетчика 26, пропорционального синусу угла поворота поплавка-маятника А с ОЗУ 30. С приходом следукнцего импульса на вход Управление БОПИ 32 весь цикл измерения и записи повторяется. При обработке информации зенитный угол, траектории скважины в данной точке определяется как арктангенс корня kвaдpaтнoгo из суммы квадратов тан- генсов поворотов поплавков-маятников а угол поворота преобразователя вокруг собственной продольной оси (или угол установки отклонителя бурового инструмента) - как арктангенс отношения тангенсов,углов поворота поплавков-маятников.

Предлагаемое техническое решение по- сравнению с известным обладает более высокой точностью измерений, достигаемой устранением момента сопротивления ориентированию поплавковмаятников по вектору ускорения свободного падения, вызываемого токоподводами к ротору датчиков.

Кроме того, обладает более простой конструкцией и является более технологичным в изготовлении. Расположение кольцевых обмоток на корпусе соосно с его продольной осью позволяет также создать малогабаритное устройство и использовать его в скважинах малого диаметра.

Фиг.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАКЛОНА СКВАЖИНЫ И ПОВОРОТА СКВАЖИННОГО СНАРЯДА, содержащий корпус, в котором установлены .с возможностью осевого вращения два чувствительных элемента, два фотоэлектрических узла, каждый из которых включает, источник света световод, фотоприемник, и регистрирующий узел, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен блоком отработки программы измерения, оперативным запоминаювщм блоком, генераторот импульсов, элементами И и ИЛИ-НЕ, счетчиком, цифроаналоговом преобразователем, усилителем мощности, управляемым коммутатором, причем каждый из чувствительных элементов имеет кольцевые обмотки, установленные на соответствующей оси вращения, и цилиндрическими постоянными магнитами осевого намагничивания с центральньв 1И отверстиями, в которых расположены световоды, кольцевые обмотки и постоянные магниты, причем выход генератора импульсов через элемент И подключен . на счетный вход счетчика, выход которого через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, усилитель мощности и управляемый коммутатор связан с кольцевыми обмотками, а чувствительные элементы через элемент ИЛИ-НЕ подключены на второй вход элемента И и к блоку отработки программы измерения, выходы последнего связаны с управляемьв4 коммутатором, источниками света, третьим входом элемента И, R -входом счётчика и управляю1цим входом оператив|1О д :л го запоминанщего блока, информационный вход которого подключен к выходу м счетчика. Э)

aL /f -s «. pj jcl -«r

L

г