Инклинометр Советский патент 1985 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах, в частности к средствам определения пространственного положения стволов скважин, и может быть использовано условиях нормального геомагнитного поля. Известен инклинометр с резисторными преобразователями, включающий наземный блок с мостовой схемой измерения сопротивлений и делителем напряжения и скважинный прибор, состоящий из переключающего механизма содержащего электромагнит, разрядник, храповой механизм, кулачки, толкатели и контактную группу, и . измерительного устройства, включающего рамку, в которой установлены датчики зенитного угла и азимута, арретирующие тяги и рычаги lj . Недостатком данного инклинометра является то, что измерительная цепь подвергается действию повышенного напряжения, необходимого для пробоя разрядника и срабатывания электромагнита, что нередко приводит к выходу из строя резистивных элементов датчиков или пробою изоляции . Кроме того, фиксация измеряемой угловой величины на поверхности с помощью мостовой схемы с ручным уравн вешиванием приводит к существенным потерям времени при каждом замере. Известен также инклинометр, содержащий наземный измерительный блок, включающий фильтр, делитель напряжения и цифровой индикатор, скважинный прибор, включающий комму тирующий механизм, состоящий из электромагнита, кулачков, контактны щеток, храпового механизма, содержа щего храповик и собачку, измеритель ное устройство, состоящее из рамки с установленными в ней арретирующим тягами, рычагами, датчиком азимута и датчиком зенитного угла, содержащим ось, отвес и резистивный элемент 2. Недостатком указанного инклинометра является то, что арретирующий кулачок занимает неустойчивое полож ние и в результате механических нагрузок при транспортировании или работе в скважине самопроизвольно опрокидывается, измерительная систе ма разарретируется, что является частой причиной поломок и отказов прибора, нижняя шпилевая опора подвергается действию арретирующего 242 усилия, что приводит к притуплению иглы и снижению чувствительности измерительного устройства к изменению азимута в особенности при малых зенитных углах, а направление усилия арретирования не совпадает с осью отвеса датчика зенитного угла, вследствие чего на ось отвеса дополнительно действует изгибающий момент, что нередко приводит к выходу из строя опор отвеса. Кроме того, в позиции Контроль, когда щетки переключателя позиций накладываются на коллектор измерительного устройства, датчики неарретированы, рамка под действием щеток может проворачиваться, что вносит погрешность в измерения. Затем контроль питаю- щего напряжения и компенсация сопротивления кабеля производятся при полностью включенном сопротивлении резистивного элемента датчика, т.е. по концу диапазона измерения, а контроль -по нуль-сигналу отсутствует, что приводит к погрешностям при измерениях величин, соответствующих началу диапазона измерений зенитных углов и азимутов. Цель изобретения - повышение точности измерений и надежности работы. Указанная цель достигается тем, что в инклинометре, содержащем наземный измерительный блок, включающий фильтр, делитель напряжения и цифровой индикатор, скважинный прибор, включающий коммутирующий механизм, состоящий из электромагнита, кулачков, контактных щеток, храпового механизма, содержащего храповик и собачку, измерительное устройство, состоящее из рамки с установленными в ней арретирующими тягами, рычагами, датчиком азимута и датчиком зенитного угла, содержащим ось, отвес и резистивный элемент, скважинньй прибор снабжен узлом калибровки, состоящим из конт рольного сопротивления, выполненного в виде катушки, жестко посаженной на ось храповика, и коллекторного устройства, выполненного, например, в ВИДЕ контактных секторов, жестко связанных с катушкой, и неподвижных контактов, обеспечивающих подключение контрольного сопротивления к электрической схеме скважинного прибора, при зтом отвес в датчике зенитного угла подпружинен в осевом направлении и снабжен опорой, уста3новленной по отношен -по к оси отвеса с противоположной резистивному элементу стороны, а измерительное устройство снабжено передаточным звеном, выполненным в виде балки, передающей усилие арретирования, приложенное к ее середине, одним концом .датчику зенитного угла, а другим - датчику азимута, причем коммутирующий механизм снабжен арре тирующей пружиной, которая через систему рычагов, тяг и штока связан с балкой измерительного устройства. На фиг.- 1 представлена конструктивная схема коммутирующего механиз ма и измерительного устройства скважинного прибора, инклинометра; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг.4 вид Б на фиг. 2, схема включения контрольного сопротивления- на фиг. 5 - электрическая схема инклин метра, включакяцего наземный блок и скважинный прибор. Коммутирующий механизм состоит и штока 1 с собачкой 2, храповика 3, кулачков 4 и контрольной катушки 5, жестко посаженных на ось 6, рыча га 7, шарнирно закрепленного на оси 8 в корпусе 9 и прижимаемого к кула кам пружиной 10, тяги 11, пальца 12 штоков 13 и 14, флажков 15. и 16, щеток 17, 18, 19 и 20, закрепленных на штоках 13 и 14, контактов 21, 22 и 23, установленных в изоляционном корпусе 24, контактных, секторов 25 и 26, жестко связанных с катушкой, выступа 27. Измерительное устройство содержит датчик зенитного угла, включающий ось 28, отвес 29, жестко связан ньй с втулкой 30 и контактной стрел кой 31, пружину 32 и резистивный элемент 33, установленный в корпусе 34, и датчик азимута, включающий корпус 35, резистивный элемент 36, обойму 37, иглу 38, на который уста новлена магнитная система, состоящая из корпуса 39, магнитных стержней 40 и контактной стрелки 41, рычаг 42 и захват 43. Ось датчика зенитного угла установлена в рамке 44 на полуосях 45 и 46, датчик азимута установлен на полуосях 47 и 48 Измерительное устройство включает также коллектор, состоящий из колец 49, 50, 51 и 52,арретирующий механизм, состоящий из балки 53, рь1ча244га 55 с запрессованным в него П1тифтом 56, груз 57 и опору 58, рамка установлена на полуосях 59 и 60. Скважинньй прибор также содержит трансформатор 61, выпрямитель 62, питающий электромагнит 63, реле 64, нормально замкнутый контакт 65 которого расположен в цепи питания электромагнита, а нормально разомкнутый контакт 66 - в цепи питания самого реле, дроссель 67, выпрямитель 68 и конденсатор 69. Наземный блок инклинометра включает кнопку 70, конденсаторы 71 и 72, дроссель 73, делитель напряжения 74 цифровой индикатор 75. Наземный блок связан со скважинным прибором одножильным бронированным кабелем 76. Инклинометр работает следующим образом. Переменное напряжение подается в скважинный прибор, а именно в первичную обмотку трансформатора 61, через контакт 70, конденсатор 71, кабель 76. Электромагнит 63 и реле 64 подключены к выпрямителю 62, причем реле включено по схеме с временной задержкой. При подаче напдяжения в скважинный прибор срабатывает электромагнит, а через некоторое время, соответствукяцее времени задержки, срабатьшает реле 64, разрьшает контакт 65, отключая тем самым электромагнит, и самоблокируется через контакт 66. Электромагнит приводит в действие шток 1, который через собачку 2 поворачивает храповик 3 на один зуб. При отключении питания скважинного прибора с помощью контакта 70 реле 64 возвращается в исходное состояние, при последукицем замыкании контакта 70 электромагнит снова срабатывает и цикл повторяется. При каждом включении питания храповик 3 поворачивается на один зуб вместе с осью 6 и закрепленньми на ней кулачками 4, катушкой 5 и выступом 27, обеспечивая определенную последовательность арретирования измерительной системы, а также подключения контрольной катушки или резистивных элементов датчиков. Полный цикл работы коммутирующего механизма соответствует одному обороту оси 6 и включает пять позиций по числу зубьев храповика 4.

«

в первой позиции (фиг.1-5) кулачок 4 своим выступом отжимает рычаг 7, пружина 10 взведена (растянута), измерительное устройство разарретировано. Щетки 17-20 не имеют контакта с.коллекторными кольцами 49,52, измерительная система полностью свободна. Контакт 21 замкнут на сектор 25, а контакты 22 и 23 - на сектор 26, контрольная катушка подключена к источнику питания через контакты 21 и 23, а снимаемое напряжение равно нулю, поскольку контакты 22 и 23 замкнуты между собой.

Таким образом, в первой позиции осуществляется контроль работы инклинометра по нуль-сигналу и успокоение датчиков.

Во второй позиции, когда храповик 3 повернется на один зуб, высту кулачка 4 уходит от контакта с рычагом 7 и под действием пружины 10 рычаг 7 через палец 12, тягу 11, штифт 56 , шток 55 и рычаг 54 воздействует на балку 53, один конец которой упирается во втулку 30, а другой в рычаг 42. При перемещении втулки 30 относительно оси 28 контактная стрелка31 длинным концом прижимается к контактной дорожке резистивног злемента 33, а коротким ложится на опору 58.

При повороте рычага 42 конически захват 43 через корпус 39 прижимает контактную стрелку 41 к контактной дорожке резистивного элемента 36.

Таким образом, измерительное устройство во второй позиции арретировано, но щетки 17-20 не имеют контакта с коллекторными кольцами 4952, следовательно, резистивные элементы датчиков не включены в схему. IIocKOjrbKy катушка 5 повернется на 1/5 оборота (на фиг.4 направление поворота показано стрелкой), контакты .21 и 22 замкнутся на сектор 25,

а контакт 23 - на сектор 26. I

В этой (.второй) позиции снимаемо

с катушки 5 через контакты 22 и 23 напряжение равно напряжению источника 68, таким образом, осуществляе ся контроль работы инклинометра по сигналу, соответствуннцему концу диапазона измерения зенитных углов или азимутов.

В третьей и четвертой позициях измерительное устройство также на1246

ходится в арретированном состоянии, контрольная катушка 5 отключена (контактные секторы 25 и 26 уходят от контактов 21-23), а выступ 27 оси 6, упираясь поочередно во

флажки 15 и 16, поворачивает сначала шток 13, замыкая при этом щетки 17 и 18 на коллекторные кольца 49 и 51 (третья позиция), а затем шток

14, замыкая тем самым контактные

щетки 19 и 20 на коллекторные кольца 50 и 52 (четвертая позиция). К источнику питания 68 оказывается подключенным резистивный элемент

датчика зенитного угла или датчика азимута, а снимаемое напряжение пропорционально измеряемой угловой величине.

Таким образом, в третьей позиции

коммутирующего механизма происходит измерение зенитного угла, а в четвертой - азимута.

В пятой позиции выступ кулачка 4 снова отжимает рычаг 7, пружина 10

взводится, измерительная система разарретируется, щетки 17-20 не имеют контакта с коллекторными кольцами 49-52, источник питания 68 отключен, происходит разрыв цепи

по постоянному току. Пятая позиция свободная.

Постоянное напряжение, снимаемое с контрольной катушки 5 или резистивных элементов 33 и 36 через дроссель 67 и кабель 76, поступает в наземный блок, где через дроссель 73 и делитель 74 подается на вольтметр 75.

Разделение цепей переменного и

постоянного тока обеспечивается в наземном блоке конденсаторами 71 и 72 и дросселем 73, а в скважинном приборе - дросселем 67 и конденсатором 69.

Введение арретирующей пружины, связанной через систему рычагов и тяг с измерительным устройством, позволило исключить разарретирование в процессе механических нагрузок

на скважинный прибор, а введение

подпружиненного в осевом направлении отвеса и дополнительной опоры, воспринимающей усилие арретирования, позволило разгрузить опоры оси отвеса от осевых перегрузок и изгибающего момента. Кроме того, введение контрольного сопротивления позволило осуществить контроль ра7боты прибора как в конце, так и в начале диапазона, а также сократить время, затрачиваемое на измерение в скважине, так как контроль работы прибора и переключение с позиции Измерение зенитного угла в позицию Измерение азимута осуществляется при арретированном состоя 24 НИИ измерительного устройства, т.е. измерения могут выполняться во время перемещения прибора на следующую точку замера. Повьшение точности измерений и надежности работы обуславливают экономический эффект от применения данного Инклинометра.

ИНКЛИНОМЕТР, содержащий наземный измерительн блок, включающий фильтр, делитель напряжения и цифровой индикатор, скважинньй прибор, включающий коммутирующий механизм, состоящий из электромагнита, кулачков, контактных щеток, храпового механизма, содержащего храповик и собачку, измерительное устройство, состоящее из рамки с установленными в ней арретирующими тягами, рычагами, датчиком азимута и датчиком зенитного угла, содержащим ось, отвес и резистивный элеi мент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности работы, скважинный прибор снабжен узлом калибровки, состоящим из контрольного сопротивления, выполненного в виде катушки, жестко посаженной на ось храповика, и коллекторного устройства, выполненного, например, в виде контактных секторов , жестко связанных с катушкой, и неподвижных контактов, обеспечивающих подключение контрольного сопротивления к электрической схеме скважинного прибора, при этом отвес в датчике зенитного угла подпружинен в осевом направлении и снабжен опорой, установленной по от(Л ношению к оси отв.еса с противоположной резистивному элементу стороны, а измерительное устройство снабжено передаточным звеном, выполненным в виде балки, передающей усилие арретирования, приложенное к ее середине, одним концом датчику зенитного NU угла, а другим - датчику азимута, СП причем коммутирующий механизм снабжен арретирующей пружиной, которая через систему рычагов, тяг и штока 4 связана с балкой измерительного устройства.

8

Фи1.1

/V

15

13

Buff В

Вид А

Фиг.:5