Преобразователь зенитного угла для измерения искривления скважины Советский патент 1990 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к промыс- ловой геофизике и может быть -исполь- зовано для определения зенитного угла скважины в процессе бурения.

Цель изобретения - повышение надежности работы за счет виброустойчивости.

На чертеже приведен преобразователь зенитного угла для измерения искривления скважины.

Преобразователь содержит корпус 1, связанный с грузом 2, центр тяжести Которого смещен относительно оси Корпуса 1, центрируемого опорными под щишшками 3 и 4. Внутри корпуса 1 размещен жидкостный чувствительный рлемент в виде сообщающихся между со- бой цилиндрической спиральной трубки 5 и тороидальной полости, выполненой Из двух половинок 6 и 7 разного сечения в корпусе 1 над трубкой 5 в вертикальной плоскости, проходящей через ось корпуса 1 и центр тяжести груза 2

Площади S.J и Вг радиального сечения половинок 6 и 7 тороидальной полости и площадь У„ поперечного сечения трубки 5 выбраны из условия S0 . Половинка b с площадью S1 радиального сечения расположена относительно оси корпуса 1 по направлению смещения центра тяжести Груза 2. Тороидальная полость в виде половинок 6 и заполнена двумя несмешивающимися жидкостями 8 и 9 с различной диэлектрической проницаемостью и различными удельными весами. В половинках 6 и 7 тороидальной полости установлены электроды 10 и 11 емкостного датчика зенитного угла. В нижней части тороидальной полости размещена радиальная перегородка 12, по разные стороны от которой выведены концы трубки 5 Перегородка 12 предназначена для того, чтобы перемещение жидкости происходило по всему объему чувствительного элемента.

Преобразователь работает следующим образом.

При отключении скважины от вертикали корпус 1 под действием эксцентричного груза 2 поворачивается, и чувствительный элемент устанавливается в плоскость наклона скважины, при этом происходит перемещение жидкостей в чувствительном элементе, а половинка Ь тороидальной полости с площадью S1 радиального сечения отклоняется в сторону наклона скважины. Так как величина перемещения границ раздела жидкостей 8 и 9 определяется величиной зенитного угла, то электрический сигнал, снимаемый с емкостного датчика, прямо пропорционально зависит от значения зенитного угла.

Предлагаемый преобразователь зенитного угла может использоваться для измерения без остановки бурового инструмента. Известно, что максимальные перегрузки от вибраций приходятся на спектр частот 20-30 Гц. Для стабильной работы преобразователя в процессе бурения необходимо, чтобы частота fu его собственных колебаний была бы значительно ниже частоты вынужденных колебаний при бурении. В преобразователях зенитного угла, где применен жидкостный чувствительный элемент, частота определяется по формуле

0 81Г2 L

(О

где g L

ускорение свободного падения; длина чувствительного элемента.

При прокладывании наклонно направленной скважины от вибраций бурового инструмента граница раздела несмешивающихся жидкостей отклоняется на некоторую постоянную величину f и колеблется относительно этого нового равновесного положения.

Значение величины этого отклонения можно определить по следующей формуле

cf n4|i)2sin20

4(4- |й)2

(2)

где п - коэффициент перегрузок;

fc - частота собственных колебаний f - частота вынужденных колебаний б - зенитный угол.

Снизить дополнительную ошибку Г можно лишь уменьшением величины отношения частоты собственных колебаний к частоте вынужденных колебаний. Как видно из формулы (1), частоту собственных колебаний можно уменьшить путем увеличения длины L чувствительного элемента, что достигается увели- чением длины цилиндрической спиральной трубки, но это связано с увеличением габаритов преобразователя.

Для жидкостного чувствительного элемента при отношении частот собственных и вынужденных колебаний, равном КГ , и частоте 0,25 Гц собственных колебаний ошибка от вибраций около одного градуса. Но для достижения такой частоты собственных колебаний необходимо применить дополнительную спиральную трубку длиной около 10 м, что приводит к увеличению габаритов преобразователя и невозможности его использования при бурении скважин малого диаметра.

Для чувствительного элемента формула (1) принимает вид:

Ј

,(1ф)

L bj be

(3)

где 1, - длина жидкости в тороидальной полости;

мым

I1(1+sj) в формуле (3),

ъ

сокращенную формулу частоты ных колебаний:

gd+f1) -i4ff l|i

(4)

0

5

20

5 30

45

0

5

0

Из формулы (4) видно, что уменьшить частоту собственных колебаний fc можно не только изменением длины 1 цилиндрической спиральной трубки, но и подбором площадей сечений ( S) трубки и половинок тороидальной полости.

Подбирая площади S0,St и S2 так,

что ,25, а , частоту 0,25 Гц

Ь1Ьс

собственных колебаний можно получить при длине спиральной трубки всего 1,8 м, в то время как у известного преобразователя при равных сечениях длина спиральной трубки 10 м.

Выполнение чувствительного элемента в виде сообщающихся между собой двух половинок тороидальной полости разных сечений с перегородкой и цилиндрической спиральной трубки с наименьшим сечением позволяет без увеличения диаметра преобразователя уменьшить длину цилиндрической спиральной трубки и уменьшить частоту собственных колебаний, что приводит к снижению ошибки при воздействии вынужденных вибраций при бурении п повышению виброустойчивости преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь зенитного угла для измерения искривления скважины, содержащий корпус, связанный с грузом, центр тяжести которого смещен относительно оси корпуса, и размещенный внутри корпуса жидкостный чувствительный элемент в виде сообщающихся между собой цилиндрической спиральной трубки и выполненной в корпусе над трубкой в вертикальной плоскости, проходящей через ось корпуса и центр тяжести груза, тороидальной полости, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями, с установленными в полос

Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для определения зенитного угла скважины в процессе бурения. Цель - повышение надежности в работе за счет виброустойчивости. Преобразователь содержит корпус (К) 1 с грузом 2, центр тяжести которого смещен относительно оси К 1. Внутри К 1 размещен жидкостный чувствительный элемент в виде сообщающихся между собой цилиндрической спиральной трубки (Т) 5 и тороидальной полости (П), выполненной из двух половинок 6 и 7 разного сечения. Над Т 5 размещена П в вертикальной плоскости, проходящей через ось К 1 и центр тяжести груза 2. Площади S₁ и S₂ радиального сечения половинок 6 и 7 и площадь S₀ поперечного сечения Т 5 выбраны из условия S₀*98S₁*98S₂. Половинка 6 расположена относительно оси К 1 по направлению смещения центра тяжести груза 2. В половинках 6 и 7 П, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями 8 и 9, установлены электроды 10 и 11. В нижней части П размещена радиальная перегородка 12, по разные стороны от которой выведены концы Т 5. Под действием груза 2 К 1 поворачивается, а П устанавливается в плоскость наклона скважины. Величина перемещения границ раздела жидкостей 8 и 9 определяется величиной зенитного угла, измеряемого по сигналу с электродов 10 и 11. 1 ил.

1 - длина цилиндрической спираль- ти электродами и размещенной

ной трубки. Если учесть, что длина 1, значительно меньше длины цилиндрической спиральной трубки и пренебречь слагаеней части радиальной перегор разные стороны от которой вы концы трубки, отличаю тем что, с целью повышения

в е е н иж ти электродами и размещенной

ней части радиальной перегородкой, по разные стороны от которой выведены концы трубки, отличающийся тем что, с целью повышения надежное715449638

ти рабоы за счет виброустойчивости,трубки выбраны из условия ,S7,

тороидальная полость выполнена изПРИ этом половинка с площадью S,

двух половинок разного сечения, площа-радиального сечения расположена отди S и $г радиального сечения кото- ,носительно оси корпуса по направлению

рых и площадь S0 поперечного сечениясмещения центра тяжести груза.