Инклинометр Советский патент 1985 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано для определения магнитного или гироскопического азимута и угла наклона, а также для ориентирования бурового инструмента,. Цель изобретения - повышение точности измерения и производительности работ инклинометра в условиях ферромагнитного окружения. На чертеже показан один из вариантов функциональной скемы инклинометра Инклинометр включает в себя датчик Iмагнитного азимута, третью фазовую цепь 2, третий фазометр 3, суммирующий ёлок 4, запоминающий блок 5, блок 6 селекции амплитуд, датчик 7-зенитного угла, вторую фазовую цепь 8, вто рой фазометр 9, передающий скважинный телеизмерительный узел 10, датчик 11 гироскопического азимута, первую фазо вую ,епь 12, первый фазометр 13, суммирующий блок 14, формирователь 15 управляющих импульсов, каротажный кабель 16, формирователь 17 импульсов запуска, выключатель приемный (наземный) телеизмерительный узел 18, индикатор 19 магнитного окружения. На схеме показана также связь изме рительных и преобразовательных элементов. Сигнал с датчика 1 магнитного азимута поступает на третью фазовую цепь 2, с выхода которой - одновременно на третий фазометр 3 и блок 6 селекции амплитуд. С выхода третьего фазометра 3 сигнал поступает на«первьш вход первого суммирующего блока 4, а с блока 6 селекции .амплитуд через передающий телеизмерительный узел 10, каротажный кабель 16, приемный те.,.еизмерительный узел 18 - к индикатору 19 магнитного окружения и формирователю 17 управляющих импуль сов запуска. С выхода блока 6 селекции амплитуд сигнал подается на вход формирователя 15 управляющих импульсов. Сигнал управления от формирователя 17 запуска через приемный телеизмерительный узел 18, кабель 16, передающий телеизмерительнь1й узел 10 может также поступать на вход формирователя 15 управляющих импульсов. Сигнал с гироскопического датчика I1поступает на первую фазовую цепь 12, на первый фазометр 13 и далее на входы первого и второго суммирующих блоков 4 и 14. Выход первого суммирующего блока 4 соединен с запоминающим устройством 5, выход которого соединен с вторым суммирующим блоком 14. С выхода последнего сигнал через передающий телеизмерительный узел 10, каротажный кабель 16 и приемный тиелеизмерительный узел 18 подается на регистрацию (показан стрелкой 9р). Сигнал от датчика 7 зенитного угла поступает на вторую фазовую цепь 8, второй фазометр 9, передающий телеизмерительный узел 10, кабель 16, приемный телеизмерительный узел 18 и далее на регистрацию (показан стрелкой 0 ) . Для формирования импульса запуска . оператором служит выключатель. Функционирование инклинометра осуществляется следующим образом. При ориентировании на поверхности Земли скважинный прибор инклинометра устанавливается вдали от больших ферромагнитных масс (каротажная станция, подъемник, стальные части буровой установки, стальные трубы и.т.д.), искажающих величину и направление магнитного поля Земли в точке с координатами X, 1,2. Оператором производится включение инклинометра и формирователя 17 управляющих импульсов запуска выключателем. Импульс запуска, переданный через кабель 16 телеизмерительными узлами 18 и 10,поступает на вход формирователя 15 управляющих импульсов, который устанавливает нули суммирующих блоков 4 и 14. При повторном включении выключателя может быть набран калибровочньш (стандартный) сигнал на суммирующих блоках 14 или 4 для оценки работоспособности и правильности функционирования схемы. Сигнал датчика 1 магнитного азимута, определяемый векто1 ом магнитного поля Земли Н, поступает на третью фазосдвигающую цепь 2 и преббразуется таким образом, что напряжение на ее выходе равно cp2 mrft Jsi tw-t + ), гдеAffl(Vi) максимальная амплитуда, являющаяся функцией, модуля вектора Н в точке с текущими координатами X,y,Z, т.е. точки, в которой в данный момент находится датчик 1; Uj- круговая частота; i - время; - угол между осью чувств тельности датчика магнитного азимута 1 и ве тором Н. Преобразованный сигнал с третьей фазосдвигающей цепи поступает на вход блока 6 селекции амплитуд, кот рый пропускает сигнал с частотой u) только в заданном окне максимальных амплитуд (А ± 4А). Окно выбирается исходя из допустимых изменений величины модуля вектора Н, т.е. блок 6 пропускает сигналы, соответствующие величине /Н1 + МН(. Минимальная величина ДН не может быть меньше вели чины, соответствующей порогу чувстви тельности датчика 1 к изменению напр женности магнитного поля Земли в дан ной точке. Нормализованный по длительностй и амплитуде сигнал с блока 6 селекции амплитуд с частотой и) по ступает на вход формирователя 15 импульсов и через телеизмерительные узлы 10 и 18 на индикатор 19. Оператор по индикатору 19 может проконтролировать правильность выбора место положения скважинного прибора инклин метра для начальной выставки гироскопа. . При появлении сигнала с частотой Ш на входе формирователя 15 импуль.сов разрешается суммирование (вычитание) первьм суьширующим блоком 4 цифровых сигналов, поступаю1Дих от тре тьего фазометра 3 и магнитного ,:0-(дИ от первого фазометра 13 гироско пического 6разимутов. Среднее .значение разности за установленньй формирователем 15 импульсов фиксированный промежуток времени fl-t : -. , 4i,(vV где m«uMt, полученное первым суммиру ющим блоком 4, запоминается запомин ющим блоком.5. Далее цифровой сигнал 0 с первого фазометра 13 суммируется с величиной поправки & 9(.ь и передается те1{еизмерительной системой на поверхность, где фиксируется 0J-V V-Затем скважинный прибор пареносится и помещается в устье скважины при этом наличие окружающих ферромагнитных масс изменяет амплитуду сигнала ,,2)j3a пределы окна &А блока 6 селекции амплитуд. На выходе блока 6 селекции амплитуд, а следовательно, и на входе формирователя 15 импульсов сигнал с частотой W отсутствует (прекращение сигнала с частотой ЦГиндицируется также индикатором 19). Формирователь 15 импульсов запрещает сумми- рование первым суммирующим блоком 4, сбрасывая его в нулевое состояние без перезаписи результатов в запоминающий блок 5. Второй суммирующий блок 14 продолжает суммирование сигнала (X|V,2) слб,определенного в момент, когда прибор имеет координаты X , у, Z. Эти показания фиксируются на поверхности. Спуск или подъем прибора в моменГы, когда магнитная обстановка вокруг Датчика магнитного азимута определяется только напряженностью магнитного поля Земли, происходит,если прибор выходит в открытый ствол, .jHa,ходится внутри легкосплавленных бурильных труб вдали от стального замкового соединения или нерудных зонах и т.д. Запуск первого суммирующего блока 4 повторяется и в запоминающий блок записывается новая поправка ЭСР (Xj,,,t)K гироскопическому азимуту бр Для устранения сбоев в работе устройства оператор с помощью формирователя 17 может проконтролировать работу суммирующих блоков инклинометра в целом по контрольно-калибровочным сигналам, а также вновь внести поправку , определенную .в момент, когда скважинный прибор Имел координаты х v, z. Возможны и другие варианты построения схемы, например, объединение фазометров 3, .13 и 9 или объединение формирователем 15 и 17 импульсов, перенос блока селекции амплитуд в наземный прибор и т.д. Применение датчика магнитного азимута на основе магнитночувстви-тельных элементов с фазосдвигающей цепьй, фазометром и блоком селекции амплитуд, а также индикатором магнитного окружения дает возможность использовать одновременно фазовый и амплитудный признаки сигнала датчика магнитного азимута для высокоточного измерения магнитного азимута и для учитывания магнитной обстановки, т.е. искажения магнитного поля Земли вокруг инклинометра. Поскольку степень искажения магнитного, поля Земли определяется чувствительностью устройства, начальrr jr -и. СТИ ООЛее точно. пяоттлгт-аг т, ИНКЛИНОМ ЬТР там, где магнитное поле Земли не искажено. Корректировка ухода гироскопа в сква-- про„„а „..г . ™„-ir.v-. точно.

ИНКЛИНОМЕТР, содержащий корпус с датчиками гироскопического азимута и зенитного угла, которые размещены на подвижной рамке, измерительно-преобразовательный блок, включающий дерную и вторую фазосдвигающие цепи, первьй и второй фазометры, первый и второй суммирующие блоки, скважинный и наземный телеизмерительные узлы, соединенные каротажным кабелем, а датчик гироскопического азимута через первую фазосдвигающую цепь соединен с первым фазометром, выход .которого подключен к первым входам суммирующих блоков, а выход первого из последних через запоминающий блок соединен с вторым входом второго суммирующего блок.а, выход которого соединен со скважинным телеизмерительным узлом, датчик зенитного угла через вторую, фазосдвигающую цепь и второй фазометр соединены с скважинным телеизмерительным узлом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измереция в условиях ферромагнитной .реды, он снабжен да/гчиком магнитного азимута и третьей фазосдвигающей цепью, третьим фазометром,блоком селекции амплитуд датчика магнитi ного азимута, формирователем управляющих импульсов и индикатором магW нитного окружения, при зтом датчик магнитного азимута через третью фазосдвигающую цепь соединен с третьим фазометром и блоком селекции амплитуд, а выход последнего подключен к формирователю управляющих импульсов и к индикатору магнитного окружения, причем выходы формирова00 теля управляющих импульсов подклюсо чены к каждому из соответствующих Од третьих входов , блоков, а выход треть- Од его фазометра соединен с вторым со зходом первого суммирующего блока.