Устройство для измерения магнитного азимута оси скважины Советский патент 1984 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть исполь зовано в инклинометрах и пластовых некланомерах для измерения азимута искривления скважин. Известно устройство для измерени искривления скважин, в котором две половины герметичного корпуса образуют сферическую полость. К верхней половине корпуса крепится шип, с которым с помощью опоры соединен маятник. Шип вместе с опорой маятника составляют шаровый .шарнир, позволяющий маятнику устанавливать жестко закрепленные на нем феррозонды в горизонтальном.положении Для предотвращения поворота маятник вокруг продольной оси устройства предусмотрен полый-винт, входящий в прорезь, выполненную в шаре шипа Электрические провода от.феррозондов через полый винт и отверстие . в шипе подводятся к герметичному токоподводу, Сферическа полость ча тично заполнена вязкой жидкостью, которая снижает трение в шаьровом шарнире, а также демпфирует колеба ние маятника lj. В данном устройстве провода, со диняющие феррозонда с герметичным токоподводом, скручиваются на величину зенитного угла скважины, создавая упругий момент, отклоняющий маятник от вертикального положения При увеличении зенитного угла велич на этого момента увеличивается, а следовательно, увеличивается и отклонение маятника от вертикали. При этом феррозонды, жестко закпепленные на маятнике, отклоняются от горизонтального положения, из-за чего в результате измерения азимут скважины появляется погрешность. Кроме того, провода деформируются на небольшом участке их длины и пр колебаниях маятника, возникающих пр движении устройства в скважине, быстро разрушаются зследствне их усталости. При этом чем меньше степень демпфирования маятника, тем б.ольше амплитуда его колебаний, тем быстрее наступает разрушение проводов. Так как степень демпфирования маятника за счет помещения его в вязкую жидкость непостаточн то срок службы такого датчика мал, кроме Toroj от колебания маятника появляется динамическая погреш ность. 732 Известно также устройство для измерения азимута и зенитного угла скважин, содержащее герметичный корпус, на котором установлена эксцентричная рамка со сферической полостью внутри преобразователь азимута, маятник с эксцентричным грузом, размещенный в. рамке, и токоподводы 2j . К недостаткам известного устройства относятся его низкие надежность и точность измерения из-за наличия контактных токопроводов. Контактные токопроводы обладают низкой надежностью и большим моментом трения, которьй препятствует установке платформы с преобразователем и горизонтальную плоскость, за счет чего в результат измерения вносится погрешность. Так, например, при отклонении платформы от горизонтального положеЧ1ия на 1 в результат измерения азимута вносится погрешность до 2,5. Кроме того, известное устройство облада-ет малой сте- пенью демпфирования, что не позволяет его использовать при непрерыв-. ном измерении. Цель изобретения - повьшение точности измерений и надежности. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения магнитного азимута оси скважины часть токоподводов установлена в сферической полости и вьтолнена в виде двух свитых спиралей, шаг одной из них равен максимальному зенитному углу, а сферическая полость заполнена вязкой жидкостью и сн бжена герметичной перегородкой в ввде кронштейна, на котором расположен маятник, при этом спирали размещены по оси вращения маятника. При колебании маятника жидкость должна перетекать через демпфирующий зазор между сферическим грузом и корпусом, что повьшает степень демпфирования. При этом суммарный момент двух спиралей, действующий на маятник, остается постоянньм во всем диапазоне зенитных углов и его можно компенсировать при помощи балансированного груза. Кроме того, провода, свитые в спираль, имеют значительно большую длину, поэтому величина противодействующего момента при закручивании проводов имеет меньшую величину, а также уменьшается закручивание проводов на едини3цу длины, что значительно повышает надежность устройства. На фиг. Т изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 графики зависимости изменения Моментов спиралей от изменения зенитного угла и график суммарного момента. Устройство имеет герметичный кор пус 1, заполненный вязкой жидкостью В корпусе t с помощью подщипников 2 и 3 закреплена рамка 4 с жестко закрепленными на ней эксцентричными грузами 5 и 6. Внутри рамки 4 имеется сферическая полость, в которой закреплен кронштейн 7 представляющий, собой герметичн5пю перегородку. На кронштейне 7 с помощью полых осей 8 и 9 и подшипников 10 и 11 за креплен маятник 12. На маятнике 12 установлены дв взаимно перпендикулярных феррозонда 13 и 14, взаимное положение которых по азимуту может регулироваться с помощью винтов 15 16. Феррозонд 14 жестко закреплен на основании 17, которое крепится к маятнику 12 осью 18 и конусными винтами 19 и 20. Последние служат для горизонтирования феррозонда 14. На маятнике 12 также закреплены два балансировочных винта 21 и 22, с помощью которых горизонтируется феррозонд 13. Электрические провода, соединяющие феррозонщл 13 и 14 с рамкой 4, свиты в две одинаковые спирали 23 и 24, одна из которых предварительно закручена на величину максимального зенитного угла, при котором данное устройство нормально работает. Концы спиралей :23 и 24 через полые оси 8 и 9 выводятся по кронштейну 7 к токопод- водам 25, от которых электрические Провода через полую ось рамки 4 проходят к роторам кольцевых трансформаторов 26, статоры которых соединены с разъемом 27. Разъем 27 служит для электрической связи феррозондов с электронным блоком (не показан), , Устройство работает следующим об разом. При отклонении уст ройства от вер тикального положения на некоторый зенитный угол рамка А под действием эксцентричных грузов 5 и 6 устанавливает феррозонд 13 в полость наклона скважины, а феррозонд 14 73 - . ,4 перпендикулярно к ней, т.е. в горизонтальное положение. Феррозонд 13 при этом также горизонтируется с помрщью маятника 12, закручивая, например, спираль 23 на величину зе нитного угла и раскручивая спираль : 24, которая была до этого эакруче- на на величину этого же угла. Так как спирали по механическим свойствам одинаковы, то на сколько возрастает момент спирали 23 (фй. 2), на столько уменьшается момент спирали 24, т.е. суммарный момент двух спиралей остается неизменным во всем диапазоне зенитных углов и направлен в одну сторону. Для компенсации суммарного момента двух спиралей служат балансировочные винты 21 и 22, с помощью которых при регулировке смещается центр тяжести маятнййа- 12 таким образом, что феррозонд 13 занимает горизонтальное положение. Феррозонд 14 при регулировке горкзонтируется с помощью конусных винтов 19 и 20, при этом основание 17 феррозонда 14 под действием конусных винтов 19 и 20 вращается вокруг оси 18 в необходимом направлении. При перемещении маятника 12 (при изменении зенитного угла шш при возмущающем воздейсТвии)внутри сферической полости рамки 4, за счет наличия герметичной перегородки 7, которая делит сферическую полость на две части, жидкость перетекает из одной полости сферы в другую через демпфирующий зазор, образованный между сферической- поверхностью рамки 4 и полусферическим грузом маятника 12. При этом степень демпфирования маятника 12 значитель 1о вьш1е, чем при демп нфовании без перетока жидкости. Применение предложенного устройства для измерения азимута оси скважины в непрерданом инклинометре позврлит повысить скорость измерения и его точность за счет повышенной степени демпфирования феррозондов и точной их установки в горизонт, а также повышается надежность устройст ва. Устройство для измерения аэимута наклона скважины используется в непрерывном цифровом ицклинометре ИН1-721. Экономическая эффективность от внедрения одного комплекта инклинометра 17,2 тыс. руб. в год,

51

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества перед преобразователем азимута инклинометра КИТ6, который принят за базовый образец. С помощью предлагаемого устройства за счет повышенной степени демпфирования азимут оси скважины можно измерять непрерывно со скоростью подъема скважинного прибора до 1200 м/ч. Точность измерения азимута оси сквалсины повышается за счет высокой точности установки преобразователя азимута в горизонталь279736

ное положение, так- как упругий момент токоподвода остается постоячным во всем диапазоне зенитных углов и компенсирован балансирован5 ным грузом.

Надежность предлагаемого, устройства значительно выше за счет выполнения токоподводов в виде спиралей, О так как их деформация на единицу длины значительно меньше, чем у гибкой ленты, используемой в инклинометре КИТ, и поэтому они более долговечны.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ MWIffiTHOrO АЗШОТ А ОСИ СКВАЖИНЫ, содержащее герметичный корпус, на котором установлена эксцентричная рамка со сферической полостью внутри, преобразователь аз}94ута, маят ник с эксцентричным грузом, размещенные в рамке токоподвода,.от л if ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности, часть- токоподводов установлена в сферической полости и вы полнена в вИде двух свитых спиралей, /шаг одной из них равен максимальному зенитному углу, а сферическая полость заполнена вязкой жндкоотыо и снабжена герметичной перегородкой в виде крошвтейкв яа котором расположен маятшос, при этом спирали размещены по оси ъраза ння маятника.

ч

2 1

и

2S

фиг f