Устройство для измерения углов положения скваженного прибора Советский патент 1985 года по МПК E21B47/02 

f Изобретение относится к техническим измерениям и может быть использовано, например, в области геологоразведочной техники для измере ний апсидальных (визирных) и зенитных углов с повышенной точностью и надежностью. Известно устройство для измерения углов разворота, содержащее корпус, источник света, приемники света, закрепленные на держателе, приводимом во вращение, диск с радиальной прорезью, непрозрачное кольцо с прорезью, причем один приемник расположен на уровне прорези диска, а другой - на уровне прорези кольца, а диск и кольцо расположены между источником и приемниками света. При этом диск с прорезью связан с валом исследуемого объекта l1 . Прибор Позволяет измерять угол разворота объекта вокруг оси и не может быть использован для измерени зенитных и апсидальных углов скважи ного прибора. Известно устройство для измерени углов положения скважинного прибора в пространстве, содержащее источник света, установленные на держателе приемники лучистой энергии, двигатель, связанньш с держателем, а между источником света и приемниками расположено непрозрачное кольцо со щелью и установлен с возможность вращения диск с прорезью и отвесом 2 . Недостатками известного устройства являются наличие трущихся поверхностей в подшипниках (керн-подпятник) при повороте диска с прорезью под действием отвеса. Это приводит к низкой надежности прибора, обусло ленной высокой чувствительностью крена и подпятника к ударам и вибра циям, а также недостаточной чувстви тельности и застоям, особенно при малых зенитных углах, из-за сил тре ния в местах вращений осей диска с прорезью. Кроме того у устройства невысокая точность из-за застоев ди ка с прорезью, обусловленная силами трения и люфтом в точках керн-подпятник. Цель изобретения - повышение точ ности .измерения и надежности работы измерительного преобразователя плос ких углов. 23 Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения углов положения скважинного прибора, содержащее источник света, установленные на держателе приемники лучистой энергии, двигатель, связанный с держателем, а между источником света и приемниками расположено непрозрачное кольцо со щелью, снабжено установленным между источником света и приемниками прозрачным сосудом с жидкостью и пузырьком, причем один из приемников размещен на уровне пузырька, а другой - на уровне щели кольца. Каждый приемник лучистой энергии выполнен в виде двух светочувствительных элементов, установленных в направлении вращения держателя. Источник и приемники расположены на держателе с одной стороны пузырька и щели. На фиг.1 и 2 изображена принципиальная схема устройства для измерения угла искривления скважинного прибора; на фиг.З - резрез А-А на. фиг.1; на фиг,4 - измерительная схема устройства. Устройство для измерения углов положения скважинного прибора, которое,содержит (фиг.1 и 3) источник 1 света приемники 2 и 3 света, закрепленные на держателе 4, приводимом во вращение двигателем 5, прозрачный сосуд 6 с жидкостью 7 и пузьфьком 8, непрозрачное кольцо 9 со щелью 10, которое расположено между источни ком и приемниками света, диоды 1112 (фиг.4) с помощью которых элементы приемника лучистой энергии включаются в двухпроводную линию 13 связи, прозрачный сосуд 14, жидкость 15 сосуда, пузырек 16, земля (колонна буровых труб) 17, сигнальньй узел наземного блока 18, диоды 19 и 20, с помощью которых сигнальный узел включается в двухпроводную линию связи, источник 20 разнополярнЬ|К импульсов (например, синусоидальное напряжение сети), земля (колонна буровых .труб) 21, наземный регистрирующий узел 22, скважинный измерительньй преобразователь 23 плоского угла, выход 24 сигнального узла. Измерительный преобразователь работает следующим образом. Корпус 25 измерительного преобразователя плоского угла занимает опре

деленное пространственное положение (например, опущен в скважину). При этом положении пузьфек прозрачного сосуда с жидкостью 7 занимает верхнее положение и находится в апсидальной плоскости (вертикальная плоскость, проходящая через ось преобразователя) . При вращении двигателем держателя с постоянной скоростью на котором закреплены источник света с приемником лучистой энергии, в приемниках 2 и 3 периодически возникают импульсы электрического тока. В приемнике 2 импульс тока 0(1,) возникае в момент нахождения источника света и приемника, напротив пузырька, а в приемнике 3 импульс тока 3 ( ig возникает в момент нахождения источника света и приемника 3, напротив щели 10 непрозрачного кольца 9.

На фиг.1 рассмотрен случай, когда ось преобразователя совпадает с линией горизонта, пузырек 8 находится в плоскости листа, а щель 10 непрозрачного кольца 9 находится в ниж нем положении (сдвинута относительно пузырька на угол 180°) и тоже находится в плоскости лиета. В рассматриваемом случае апсидальный (визирньм) угол 180 определяется временем it между импульсами тока 0(i) и 0(1г) (фиг,4). При вращении корпуса вокруг своей оси щель 10 непрозрачного кольца 9 перемещается вместе с корпусом прибора, а пузырек 8 постоянно занимает наивысшее положение и находится в вертикальной плоскости, проходящей через ось прибора. Поэтому время между импульсами 0(1,) иЗ(i2) ( зависит от величины разворота 0 корпуса преобразователя вокруг своей оси относительно апсидальной плоскости. Т.е. величина апСидального (визирного) -угла oi опредепяеяся временем i.t между импульсами тока в приемнике 3 и 3(0 приемнике 2. (У, И (it).

.Поскольку время измеряется с высокой точностью, то точность работы преобразователя в основном определяется погрешностью установки пузырька 8 жидкости 7 в прозрачном сосуде 6. Точность, достигнутая в цилиндрических зфовнях, находится в прег делах от 2-60.

Для измерения зенитного угла известными методами в скважинном приборе крепится два преобразователя. При расположении приемников и источника светс. с одной стороны кольца с прорезью и прозрачного сосуда с пузырьком принцип действия измерительного преобразователя не изменится. В этом случае на приемники воздействует отраженный свет.

На фиг.4 рассмотрен случай повышения чувствительности описываемого устройства за счет схемы путем включения светочувствительных элементов каждого приемника лучистой энергии в дифференциаль ную двухпроводную схему сравнения токов, протекающих .;о светочувствительным слоям элементов. При выполнении приемника лучистой энергии из одного светочувствительного элемента момент времени прохождения им пузырька сосуда или щели непрозрачног-о диска имеет зону неопределенности из-за плоской формы импульса тока, что снижает чувствительность и точность работы преобразователя.

При выполнении приемника лучистой энергии из двух светочувствительнь1х элементов, включенных в дифференциал ную схему сравнения токов, протекающих по этим приемникам, зона неопределенности момента времени прохождения пузьфька или щели резко сужается и практически отсутствует, что повышает чувствительность и точность работы измерительного преобразователя.

В этом случае фиксируется момент, когда токи, протекающие по освещенным фотослоям элементов, будут равны в результате формируется импульс с острой вершиной, соответствующей определенному моменту времени с высокой точностью.

Принцип повышения чувствительности и точности работы устройства заключается в следующем.

В момент прохождения света через пузьгрек 8 прозрачного сосуда (или щель непрозрачного кольца) от источника к элементам приемника лучистой энергии в них протекают токи разной полярности и разной величины. Схема питается от сети переменного тока частотой 50 Гц. Положительная часть переменного тока проходит по цепи вторичной обмотки трансформатора диода, сигнальный блок, линия связи, затем через точку соединения светочувствительных элементов, диод, зем S ля (труба) и возвращается на втори ную обмотку через землю (колонна буровьпс труб), Сигнальный блок формирует на выходе импульс только тогда, когда токи освещенных светочувствительных элементов будут равны. Это сосответствует только одному строго определенному положению пузырька или щели. В простьк измерительных системах, например, в ориентаторах как это имеет место в геологоразведке, в качестве сигнального устройства может быть использован логометр или обычный стрелочный прибор с нулем по середине шкалы. В 3 этом случае момент прохоящения пузырька или щели между источником и приемником света (из .двух светочувствительных элементов) будет соответствовать нулевому показанию прибора. Дифференциальная схема включений имеет неоспоримое преимущество и позволяет существенно повысить стабильность и точность работы измерительного преобразователя, что в свою очередь, как это имеет место в- геологоразведочном производстве, повышает достоверность и эффективность геологоразведочных и поисковых работ.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ ПОЛОЖЕНИЯ СКВАЖИННОГО ПРИБОРА, содержащее источник света, установленные на держателе приемники лучистой энергии, двигатель, свя заннбй с держателем, а между источникот света и приемниками ра сположено непрозрачное, кольцо со щелью, отличающе еся тем, что. с целью повьшения точности измерения и надежности работы, оно снабжено установленньм между источником света и приемниками прозрачным сосудом с жидкостью и пузьфьком, причем один из приемников размещен на уровне пузырька, а другой - на уровне щели кольца. 2.Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, что каждый приемник лучистой энергии выполнен в виде двух светочувствительных элементов, установленных в направлении вращения держателя. 3.Устройство по пп. 1,2, от(Л личающееся тем, что источник и приемники света расположены с: на держателе с одной стороны пузырька и щели. 4ib Од 4ib

II

Фмг.1

Ф{4гЗ