Оптоэлектронный инклинометр Советский патент 1988 года по МПК E21B47/02 

кфльцо 7 и полусферическую пластину 8ф Поплавки вьтолнены из материала, ни смачивающегося двумя жидкостямиj а камеры из материала, смачивающегося одной из жидкостей. Кольцевой слой жр дкости между поплавками и камерой

является демпфирующим материалом, что ускоряет процесс измерения. При спуске инклинометра в скважину на каротажном кабеле можно измерять углы ее дискретно или непрерывно. 1 3.п.ф-лы, 4 ил,

Изобретение относится к геологоразведочной технике и предназначено для измерения азимутального и зенитного углов. Цель изобретения - повышение точности и ускорения процессов измерения. Для этого расположенный в корпусе 1 элемент, изменяющий интенсивность светового луча при изменении зенитного и азимутального углов, вьтолнен в в.иде двух сферических камер 2 с прозрачными стенками. В каждой из последних размещен сферический поплавок из прозрачного материала, а пространство между поплавком и камерой 2 заполнено несмешивающимися жидкостями. Один из попляв- ков 3 имеет кольцевой магнит 4 и пластину 5 в виде полусферы, поплавок 6 другой камеры имеет металлическое в сл п а

1

Изобретение относится к геолого- р.азведочной технике, предназначено для измерения азимутального и зенит- нэго углов скважины в немагнитных и слабомагнитных породах и рудах и мо- применяться, в горном деле при вэдении буровзрывных работ, инъекционном упрочнении пород, в геологии и; гидрогеологии, а также в строитель- HJDM деле при инженерно-геологических изысканиях,

i Цель изобретения - повышение точ- н|эсти и ускорение процесса измерения.

На фиг,1. приведен оптозлектронный иг1клинометр5 общий вид, на фиг,2 - Ti3 же, электрическая схемар на Фиг,3- пэлусферические пластины с изменяю-,- щгйся оптической плотностью, проекции, на фиг о 4 - центрирование поплавка двумя несмеиивающимися жидкостямио

Оптоэлектронный инклинометр состо ит из цилиндрического корпуса 1 из н гмагнитного материала (например, латуни, титана и др,), в котором разме- элемент, изменяющий интенсивность с|ветового. луча при изменении зенитного и азимутального углов, выполненньй в виде двух сферических камер 2 с прозрачными стенками, в каждой из которых размещен сферический поплавок иа прозрачного материала Поплавок 3 одной из камер имеет кольцевой магнит 4 с явно выраженными полюсами и со смещенным по оси поплавка 3 центром тяжести и полусферическую пластину 5 с оптической плотностью изменякщейся пропорционально величине угла на полу сЗзере от геодезической линии АВ нулевого азимута (фиг.З), которая нанесена на полусфере.

Поплавок б другой камеры имеет металлическое кольцо 7 из немагнитного материала со смещенным по, оси поплавка 6 центром тяжести и полусферическую пластину 8 с оптической плотностью, изменяющейся пропорционально величине телесного угла от оси поплавка 6. Кольцевой магнит 4 и кольцо 7 служат противовесами, имеют одинаковую массу и смещение на одинаковое расстояние от геометрических центров поплавков. Пространство между по плавком и соответствующей камерой заполнено двумя несмепшвагацимися жидкостями, причем плотность одной из жидкостей 9 меньше, а плотность другой жидкости 10 больше объемной плотности

поплавка. Плотности несмешивающихся жидкостей 9 и 10 выбираются так, что поплавки 3 и 6 имеют примерно среднюю объемную плотность, при этом они занимают симметричное по вертикальной

оси положение в камере. Для центровки поплавков 3 и 6 по горизонтали они вьтолнены из материала, который несмачивается обеими несмешивающимися жидкостями 9 и 10 (фиг.4), Жидкость

10 с большей плотностью, по отношению к материалу камеры 2, является несмачивающей и имеет объемную массу больще по отношению к жидкости 9 с меньшей плотностью, которая является смачивающей для материала камеры 2, Напри-, мер, при изготовлении камеры 2 из оптического стекла; жидкость 9 - гек- сан с объемной плотностью 0,655 г/см , жидкость 10 - глицерин с объемной

плотностью 1,258 г/см, а поплавок изготавливается из светопроницаемого пластика на основе смол ПНМ-25 ПНМ-8, этилцеллюлозы и других материалов, т,е. из материалов несмачиваемых указанньми жидкостями и нерастворяющихся в них. Могут быть применены и другие сочетания жидкостей и материалов. Поплавок 6 с датчиком зенитного угла

314

вьтолнен аналогично. Форма менисков при этом принимает такую конфигурацию, которая обеспечивает симметричное положение поплавков относительно камер 2 в диаметральной плоскости.

Источник сфокусированного светового луча размещен между камерами 2 и состоит из источника 11 света, конденсаторов 12, кожуха 13 и диафрагм 14, По обе стороны от камер 2 соосно с ними размещены фотоприемники 15 в экранах 16.

В корпусе 1 размещены также источник 17 питания, электронные усилительно-преобразующие блоки 18 и 19.

8состав усилительно-преобразующих блоков 18 и 19 электрической схемы инклинометра (фиг.2) входят дифференциальные усилители 20 и 21, преобразователи 22 и 23 напряжение-частота, ивдикатор 24, разделительные емкости

25 и 26. Вся электрическая схема инклинометра за исключением индикатора 24 размещена в корпусе прибора. Спус инклинометра в скважину осуществляется на стандартном каротажном кабеле при помощи каротажной лебедки.

Инклинометр работает следующим образом.

Луч от источника 11 света через конденсаторы 12 и диафрагмы 14 проходит на фотоприемник 15 по оси инкли- .нометра независимо от положения поплавков, так как камеры 2 и поплавки 3 и 6 сферической формы, а жидкости

9и 10 выбирают с близкими показате- лями преломления (например, для ука занной выше пары жидкостей показателя преломления составляют 1,472 и 1,473), Благодаря смещению центров тяжести поплавков 3 по продольной

оси относительно их геометрических центров кольцевой магнит 4 и кольцо 7 занимают горизонтальное положение, а поплавки - определенное положение в пространстве. Так при наклоне корпуса 1 относительно вертикали на какой-либо угол оси поплавков 3 и 6 отклонятся на тот же угол относительно корпуса инклинометра, Полусфери- ческая пластина 8 поплавка 6 также смещена относительно оси симметрии на такой же угол, а вследствие того, что ее оптическая плотность пропорциональна величине телесного угла от оси поплавка, световой поток, проходящий от источника 11 через конденсатор 12, диафрагму 14, пластину 8 на фотоприемник 15, также пропорциона0

5

5

3

5

0

5 0

10 4

лен углу наклона корпуса, чем и зафиксирован этот угол. Поплавок 3 ведет себя аналогичным образом.

Благодаря наличию кольцевого постоянного магнита 4 с явно выраженными пoлюca fи поплавок 3 устанавливается в определенном положении относительно магнитного меридиана. Оптическая плотность пластины 5 пропорциональна велш1ине угла между магнитным меридианом и направлением наклона корпуса устройства. Следовательно, светоёой поток, проходящий через конденсатор 12, диафрагму 14, пластину 5 на .фотоприемник 15, пропорционален азимуту угла наклона корпуса 1 инклинометра, чем и зафиксирован азимут угла наклона.

Изменение оптргческой плотности полусферической пластины 8 (фиг.З) показано с условным нанесением сетки в градусах зенитного угла для наглядной иллюстрации. При практическом вы- , полнен1га на полусферическую пластину 8 никаких делений не наносится - оптическая плотность ее изменяется плавно от О до 90 . Это положение соблюдается и для пластины 5 датчика азимута. Штриховые линии от центра нанесены условно и характеризуют плавное изменение оптической плотности от О до 3(0°. Разграничительная линия АВ нулевого азимута нанесена для точной установки кольцевого магнита.

Выходы фотоприемников 15 соединены с входами дифференциальных усилителей 20 и 21 (фиг.2),- напряжения на выходах которых пропорциональны световому потоку, поступающему на фотоприемники. Выходы дифференциальных усилителей подключены к преобразователям 22 и 23 напряжение-частота.

Разность частот преобразователя, например угла наклона, выбирается кратной измеряемой величине угла с тем, чтобы можно бьшо непосредствен- но вести отсчет при помощи счетчиков. Так, например, при измерении угла в 45° разность частот может быть 45, 90 или 180 Гц, в зависимости от требуемой точности прибора. Несущие частоты преобразователей угла наклона и азимута угла наклона принимаются различными и выбираются так, чтобы можно бьшо оба измерения передавать по одному каналу связи. Например, для передачи информации об изменении угла наклона можно использовать частоту 1 кГц (с вариацией при измереНИИ в пределах 1000-1180 Гц; и для азимута 5 кГц (с вариацией 5000- 5360 Гц) J, Передача показаний приборов по линии связи частотно-модулированным сигналом практически полностью устраняет помехи, возникающие в линии связи и не требует согласования измерительной схемы с параметрами линии связи, т,ес, не зависит от дли- нь1 линии связи (глубины скважины).

процесс измерения заключается в установке инклинометра в требуемой точке скважины и после незначительной паузы, достаточной для успокоения д мер имеет кольцевой магнит со смещан- колебаний поплавков, отсчета показаний на индикаторе.

. Кольцевой слой жидкости между поплавками и камерой является хорошим демпфирующим материалом, т.е. фиксации поплавков при спуске и подъеме не требуется, что ускоряет процесс измерения. При спуске инклинометра на каротажном кабеле можно произво20

ным по оси поплавка центром тяжести и пластину в виде полусферы с оптической плотностью, изменямщейся пропорционально величине угла на полусфере от геодезической линии нулевого азимута, которая нанесена на полусфере, а поплавок другой камеры имеет кольцо из немагнитного материала со смещенным по оси поплавка центром

30

дить измерения азимутального и зенит-25 тяжести и пластину в виде полусферы

ного углов скважины дискретно или не- прерывно например, с записью на маг- |НИтную ленту,

Формула изобр втепия

1, Оптоэлектронный инклинометр, :включающий корпуср в котором размеще- :ны фотоприемники5 источник сфокуси-,- 1рованного светового луча и располо- 1женный между ними элементу изменяю- щий интенсивность светового луча при |изменении зенитного и азимутального УГЛОВ, отличающийся- тем, |4TOs с целью повышения точности и ус35

40

С оптической ПЛОТНОСТЬЮ, изменяющейся пропорционально величине телесног угла от оси поплавка, причем источник сфокусированного светового луча размещен между камерами, а фотоприем ники - по обе стороны от камер соос- но с ними.

2, Инклинометр по п,.1, отличающийся те, что поплавки выполнены из материала, несмачивающегося двумя несмегашаюпщмися жидкостями, а камеры выполнены из материа ла, смачиващегося жидкостью с мень- р1ей плотностью и несмачивакяцегося жидкостью с большей плотностью.

корения процесса измерения, элемент, изменяющий интенсивность светового луча при изменении зенитного и азимутального углов, вьтолнен в виде двух сферических камер с прозрачными стенками, в каждой из которых размещен сферический поплавок из прозрачного материала, а пространство между поплавком и камерой заполнено двумя не- смешивакяцимися жидкостями, плотность одной из которых меньше, а плотность другой больше объемной плотности поплавка, при этом поплавок одной из камер имеет кольцевой магнит со смещан-

ным по оси поплавка центром тяжести и пластину в виде полусферы с оптической плотностью, изменямщейся пропорционально величине угла на полусфере от геодезической линии нулевого азимута, которая нанесена на полусфере, а поплавок другой камеры имеет кольцо из немагнитного материала со смещенным по оси поплавка центром

С оптической ПЛОТНОСТЬЮ, изменяющейся пропорционально величине телесного угла от оси поплавка, причем источник сфокусированного светового луча размещен между камерами, а фотоприемники - по обе стороны от камер соос- но с ними.

2, Инклинометр по п,.1, отличающийся те, что поплавки выполнены из материала, несмачивающегося двумя несмегашаюпщмися жидкостями, а камеры выполнены из материала, смачиващегося жидкостью с мень- р1ей плотностью и несмачивакяцегося жидкостью с большей плотностью.

Фи2.2

А 0

Фи2.