Оптико-механическое устройство для измерения искривлений скважин Советский патент 1986 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к техническим измерениям, в частности для определения направления и величины искривления любых цилиндрических каналов, и может быть использовано, например, в горной промышленности для контроля искривлений раз- личных скважин.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг. 1 приведен оптико-механический прибор для измерения искривлений скважин; общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1.

Устройство содержит цанги 1 и 2, соединенные гибкой связью 3. В цанге 2 с помощью жестких связей 4 соосно с ней неподвижно закреплен корпус 5, в котором 1 аходнтся псточкик 6 с(}1окусирован11ого света, например лазер. Корпус 5 с помощью сферического шарнира 7 и жестких связей

8соединен с цангой 1 и может поворачиваться вместе с цангой 2 относительно точки О, которая является центром вращения сферическо1 О шарнира 7. Источник 6 света установлен в корпусе 5 так, что его оптическая ось проходит через точку 0. Источник 6 света оптически связан с оптическим блоком 9, жестко связанным с корпусом 5. И выполненным в виде набора де- лите; Ы ых пластин 10--i2 и зеркала 3, которые оптически связаны с соответствующими отражателями 14 и 15. Оптический блок

9оптически связан с кольцевым параболическим отражателем 6, жестко связанным с цангой I, расположенным так, что его фокус совпадает с центром вращения О шар- пира 7. Отражатель 16 в свою очередь оптически связан с четырьмя оптическими клиньями 17, жестко связанными с цангой 1 и выполненными в виде плоскопараллельных пластин переменной оптической плотности, причем оптичес -;ие клггньн 17 зьтолнень так, что их оптическая плотность меняется но линейном зако1Гу в одном 1, аправлении и оггается постоянной в другом. Так, например, дли клиньев ;7, ксггсрые пересекаются плоскостью У У, к любо ,. i.- -;fi;i ;i, парал.,:ь- гшм плоскости УУ, их оптические плотности изменяются по линейном :saKOiiy, а в лгобом сечепии, Г ерпе1 дикулярном 1лоскости УУ, их оптические плотности постояннь. Каждый из оптических 17 оптически связан с соответствующим параболическим отражателем 18, выполненным и пиде сегмента, жестко связанного с цангой 1. Фотоприемники 19 оптически связаны с отражателями 18 и установлены так, что их при ним а ю- чгая поверхпость совпадает с фокусом параболических отражателей 18 (здесь г.од фокусом понимается точка пересечения лучей, падаю1цих на )тражате,;;ь 1В 1арал.;|ель о оси цанги 1). Фотоприем ыкч 19 электрически связа}1Ы с регистром 20 и для повышения чувстаительносун попапио (и уи ются в

0

5

0

5

0

виду приемники, расположенные в сечении УУ или XX} соединены по мостовой схеме.

Устройство работает следуюп1.им образом.

Перед началом измерений устройство устанавливают так, чтобы цанга 2 была строго соосна с цангой 1. Включают источник 6 света, луч света из него попадает в оптический блок 9, где с помоп1ью делительных пластин и зеркала 13 делится на четы)е луча равной интенсивности (Ai, Av, BI, 82), причем лучи А| и А:) лежат в плоскости XX, но направлены в противоположные стороны, а лучи В| и Вг лежат в плоскости УУ, перпендикулярной плоскости XX и имеют разное направление. Каждый из лучей, отразившись от соответствующих отражателей 1.4 и 15, попадает на кольцевой параболический отражатель 16. Отражатели 15 устаь овлеиы так, что при продолжении лучей AI, А2, Bi. Вз в сторону, противоположную их iiai. paBJ e., опн пересекутся в точке, совпадающей с точкой С), т.е. с центро.м вращения сферического шарнира 7 и фокусом параболического отражателя 16.

Согласно свойству параболических зео- кал при таком положении лучей А, А2, В|, Ва, они после отражения от парабо. зи- ческсго зеркала 16 пара, лс-льны один другому и центральной оптической оси устройства О и распо/южены в плоскостях XX и УУ. Пройдя через соответс:-н ./ющ.;-;е оптические клинья 17, лучи А, ., В|, Во изменяют свою интенсивность в ззв.ис1-1.у;ост.и от оптической плотности клиньеа 17 ;s данном случае {вследствие симметрии системы па одну величину} и попадут па соответствующие отражатели 18, отразившись от которых попадут на соответствуюш,ие фотоприемники 19, которые вы1заботают электрический сигнал определенной ве.личи- ны и который поступит ь:а регистрато::: 20. Лучи .AI, АЗ, В|, Во имеют равную интенсивность и изменяют тических клиньев пу, ripn этом и фотоприегл (-:.-;ки выработать сигнал оди:-:с:козо1 Расхождение сигналов п,-,

.ПИЧИ- у, которое МОЖС : МОИВП

погрешности оптическi фотоириемг иков 9.. м v. ieKTpontJbiMii устройст IK),: у ч а етс я начал ьн со па р-егистраторе, соответствующее нулевому значению отклонения uaiii ji 2 от ца;;га 1. Отклоняя цанг у 2 па опг)0.аеле1{ные известные углы, сигнала в напранлсиии IU-IOCKOC- | и Хл, а затем в направлении г юскости УУ, получают зависимость изме1;епия гкм;ала с фотоприемников 19 от величины стклонечня пан

У .должны ве.чичины. елы-syio ве- л за счет MCHTOii и самих yi/TpaHCiio Таким образом, сигна. ;ов

л клог яется плен пи XX,

л в нем JiC

связь

па опре- так как очзиком 4 с п,1П- гЬе;зическом шарнире 7 относительно точки О. Кроме того оптический блок 9 жестко связан с корпусом 5, он также развернется на искомый угол, это приведет к тому, что лучи А: . А,., оставаясь в плоскости XX. изменят свое положение относительно центральной 5 оси OF, оставаясь параллельными другому после отражения от параболического зеркала 16 и займут положение A I и AV Это приведет к тому, что лучи А и А а пересекут соответствующие оптические клинья 17 1Q в сечениях с различной оптической плотностью, причем для одного из лучей она изменится в сторону увеличения от начальной оптической плоскости, а для другого в сторону уменьшения, что приведет к соот- ветствуюш.ему изменению интенсивности све- 15 товых лучей от начальной. Так как лучи А и А о остаются параллельными оси OF, они параллельны и своему начальному положению AI и Аг, это приводит к тому, что лучи A l и после отражения от соот- ветствуюш,их параболических отражателей 18 попадут на соответствующие фотоприемники (согласно закону, что параллельные лучи, падающие на поверхность параболического зеркала, после отражения собираются в фокусе). Так как интенсивности лу- 25 чей А, и А изменяются, то соответственно изменяются и электрические сигналы с соответствующих фотоприемников 19. Изменяя угол отклонения цанги 2 относительно цанги 1 в плоскости XX, получают ряд значений

20

В,, , как и A j, А пересекутся по-прежнему в точке О). Отразивн ись от кольцевого пара- бо.чического отражателя 16, ,тучи В и 82 займут положение, параллельное оси OF и соответственно своему начальному положению В| и B.J. причем В. и В|, Во и В2 находятся в плоскостях, параллельных плоскости XX.

Таким образом, отразившись от кольцевого параболического отражателя 16, лучи В; и в пересекут соответствующие клинья 17 в сечениях, где оптическая плотность их не изменится по сравнению с начальной, а значит не изменится и интенсивность лучей В| и 82 по сравнению с интенсивностью лучей Bi и В2. Это приведет к тому, что лучи и В, отразивщись от отражателей 18 и поступив на фотоприемники 19, не изменят величину электрического сигнала. Изменяя отклонение цанги 2 относительно цанги 1 в плоскости УУ, можно получить такую же зависимость электрического сигнала с фотодатчиков, как и при отклонении в плоскости XX.

Таким образом, устройство, кроме измерения непосредственно тла отклонения, может также определять и направление отклонения. Имея две зависимости изменения электрического сигнала от величины угла отклонения в плоскости . А и УУ, можно проводить измерения.

При переме цении устройства по участвеличины сигнала с фотоприемников 19, каж-30 ку скважины, имеющей искриЕзление, цанга

2 отклоняется относительно цанги 1 и устройство работает аналогично описанному. Со всех четырех фотодатчиков 19 снимаются и регистрируются регистратором 20 электрические сигналы, по изменению которых

дыи из которых соответствует определенному углу отклонения цанги 2. При отклонении цанги 2 в плоскости XX лучи Bi и 82, лежащие в плоскости УУ, изменяет свое положение относительна плоскости УУ и займут положение Bi и Bj под соответствую щи.м уг- 35 можно опреде.лить величину и направление лом к УУ (при этом продолжения лучей В ,искривления.

В,, , как и A j, А пересекутся по-прежнему в точке О). Отразивн ись от кольцевого пара- бо.чического отражателя 16, ,тучи В и 82 займут положение, параллельное оси OF и соответственно своему начальному положению В| и B.J. причем В. и В|, Во и В2 находятся в плоскостях, параллельных плоскости XX.

Таким образом, отразившись от кольцевого параболического отражателя 16, лучи В; и в пересекут соответствующие клинья 17 в сечениях, где оптическая плотность их не изменится по сравнению с начальной, а значит не изменится и интенсивность лучей В| и 82 по сравнению с интенсивностью лучей Bi и В2. Это приведет к тому, что лучи и В, отразивщись от отражателей 18 и поступив на фотоприемники 19, не изменят величину электрического сигнала. Изменяя отклонение цанги 2 относительно цанги 1 в плоскости УУ, можно получить такую же зависимость электрического сигнала с фотодатчиков, как и при отклонении в плоскости XX.

Таким образом, устройство, кроме измерения непосредственно тла отклонения, может также определять и направление отклонения. Имея две зависимости изменения электрического сигнала от величины угла отклонения в плоскости . А и УУ, можно проводить измерения.

При переме цении устройства по участ)fW

17

П

19

Ю

18