Датчик угла наклона буровой скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к геологоразведочной технике, а точнее к инклинометрам - устройствам для измерения пространственного положения буровых скважин.

Чувствительным элементом для измерения угла наклона скважины, т.е. угла отклонения скважины от горизонтальной плоскости или зенитного угла, т.е. угла отклонения скважины от вертикали, в инклинометрах служит отвес или уровень жидкости.

Положение отвеса в момент измерения определяется либо непосредственным отсчетом (в так называемых одноразовых инклинометрах), либо фотографическим путем, либо преобразуется в электрический сигнал с помощью электроконтактных, емкостных, магнитных индуктивных, ферро- зондовых, тензометрических и других преобразователей.

Известны инклинометры с чувствительным элементом угла наклона в виде отвеса.

Однако этим устройствам присуща довольно высокая сложность конструкции и недостаточно высокая чувствительность, а часто и низкая производительность измерений.

Известны также устройства с чувствительным элементом угла наклона в виде уровня жидкости, который обладает минимальной инерционностью, малым трением и поэтому способен обеспечить большую точность и чувствительность,

Положение уровня жидкости определяется как непосредственным отсчетом (например, в инклинометрах с плавиковой кислотой и стеклянной измерительной камерой), так и с помощью различных поплавков, емкостных или фотопреобразователей.

К группе инклинометров с чувствительным, элементом в виде уровня жидкости и фотопреобразователем относятся фотометрический инклинометр и устройство для определения угла наклона и направления искривления скважины.

Недостатком данных устройств является низкая производительность измерений, так как они являются приборами одноразового действия и для каждого измерения требуют отдельного спуска в скважину.

Наиболее близким к предлагаемому является датчик угла наклона буровой скважины, содержащий установленную в корпусе измерительную камеру, частично заполненную жидкой средой с высоким коэффициентом поверхностного отражения, источник света и кольцевой фотоэлектрический преобразователь, расположенные в камере со- осно выше уровня жидкой среды.

Недостатком указанного датчика является несколько пониженная чувствительность,, связанная с частичным рассеянием света, отраженного от поверхности жидкой среды с

повышенным коэффициентом отражения, поскольку вместе с отражением света происходит и его рассеяние.

Цель изобретения - повышение чувствительности датчика.

0 Поставленная цель достигается тем, что в датчике, содержащем установленные в цилиндрическом корпусе измерительную камеру, частично заполненную жидкой средой, кольцевой фотоэлектрический преобразова5 тель и источник света, расположенные в измерительной камере соосно выше уровня жидкой среды, дно измерительной камеры выполнено в виде отражателя, имеющего форму параболоида вращения, а в качестве

0 жидкой среды использована светопоглощаю- щая жидкость.

Как известно, при помещении точечного источника в фокусе параболического отражателя свет от него отражается параллельным

5 пучком. Поэтому в предлагаемой конструкции датчика угла наклона все световые лучи, отраженные от дна измерительной камеры, попадают на кольцевой фотопреобразователь. В результате электрический сигнал, вырабаты0 ваемый преобразователем, увеличивается по сравнению с сигналом датчика-прототипа, что приводит к увеличению чувствительности датчика.

Сигнал в предлагаемом датчике достига5 ет максимума при малых углах наклона (т.е. при большом отклонении от вертикали), когда весь отражатель свободен от светопоглощаю- щей жидкости и минимален при угле наклона, близком к 90°, когда светопоглощающая жид0 кость перекрывает всю ширину окна параболического отражателя. Таким образом, выходной сигнал датчика пропорционален углу отклонения от вертикали, т.е. зенитному углу р, дополняющему угол наклона у до 90°.

5 На фиг.1 изображен датчик при его вертикальном расположении (угол наклона 90°) и ход световых лучей осветителя, продольный разрез; на фиг.2 - то же, при отклонении датчика от вертикали; на фиг.З - зависи0 мость выходного сигнала датчика от зенитного угла скважины.

Датчик содержит измерительную камеру 1 цилиндрической формы. Дно камеры 2 выполнено в виде отражателя,

5 имеющего форму параболоида вращения. В . фокусе параболоида размещен источник 3 света (лампа накаливания). Выше источника соосно с ним расположен кольцевой фотоэлектрический преобразователь 4. В измерительную

камеру залита непрозрачная жидкость 5 с большим коэффициентом светопоглощения так, чтобы при вертикальном расположении датчика 5 уровень жидкости совпадал с контуром окна отражателя. Наиболее подходя- 5 щей для применения в датчике является жидкость, не смачивающая материал отражателя и обладающая к тому же низким испарением, , например глицерин, смешанный с порошковой черной краской. 10 Измерительная камера 1 размещена в нижней части корпуса инклинометра 6 и отделена от него амортизирующей прокладкой 7, Электрические выводы от осветителя и фотопреобразователя (не показано) подведе- 15 . ны к жилам каротажного кабеля 8.

При вертикальном расположении датчика (зенитный угол р 0°) светопоглоща- ющая жидкость 5 полностью закрывает отражатель 2 и поглощает все световые лучи 20 9 от источника 3 света (фиг.1). На фотопреобразователь 4 при таком расположении датчика попадает незначительное количество света, рассеянного от стенок измерительной камеры. Выходной сигнал датчика при 25 этом близок к нулю. При отклонении датчика от вертикали светопоглощающая жидкость 5 стекаетв сторону, противоположную отклонению нижнего конца датчика, и освобождает часть повер- 30 хности отражателя. Световые лучи 9, попадая от источника 3 на дно камеры, отражаются им в виде параллельного пучка на фотопреобразователь 4 (фиг.2).

Выходной сигнал датчика будет тем 35 больше, чем большая часть дна камеры будет свободна от непрозрачной жидкости, т.е. чем больше отклонение датчика от вертикали.

Датчик работает следующим образом. 40

Датчик подсоединяют к каротажному кабелю. Через жилы кабеля подключают к , осветителю стабилизированный источник питания, а к фотопрёобразователго - измерительный прибор, например гальвано- 45 метр. Перед спуском в скважину производят градуировку датчика, для чего его закрепляют в зажиме специального градуировочного ствола, заранее отнивелированного по установочным уровням. Приводят датчик в вер- 50 тикальное положение. Включают питание источника света и берут отсчет по измерительному прибору. Если этот отсчет отличается от нуля, стрелку измерительного прибора выводят на нулевое деление с по- 55

мощью нуль-корректора или простейшего компенсатора.

Далее датчику в градуировочном стволе придают определенные углы отклонения от вертикали с заданным шагом и при каждом угле берут замеры выходного сигнала. Как видно по фиг.2 при отклонении от вертикали количество световых лучей, попадающих на фотопреобразователь после отражения от дна измерительной камеры, увеличивается и выходной сигнал датчика растет. По результатам градуировки строят график (f ), изображенный на фиг.З.

После градуировки датчик на каротажном кабеле опускают в скважину 10 и ведут непрерывную регистрацию выходного сигнала на диаграммой бумаге каротажного самописца в функции глубины скважины при медленном перемещении датчика по стволу скважины или выполняют дискретные измерения при остановках датчика.

Величину углов наклона скважины определят по градуировочному графику (фиг.З). Шкала измерительного гальванометра может быть проградуирована непосредственно в градусах зенитного угла.

По окончании измерений датчик извлекают из скважины, снова устанавливают вертикально, проверяют постоянство нулевого сигнала на выходе фотопреобразователя и отключают питание осветителя.

Простая конструкция предлагаемого датчика и несложная методика измерений с. ним могут обеспечить ему широкое применение в скважинных инклинометрах, пластовых наклономерах, керноориентаторах и других устройствах, в которых необходимо определение угла наклона буровой скважины.

Формул а изобретения Датчик угла наклона буровой скважины, содержащий установленные в цилиндрическом корпусе измерительную камеру, частично заполненную жидкой средой, кольцевой фотоэлектрический преобразователь и источник света, расположенные в измерительной камере соосно выше уровня жидкой среды, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности датчика, дно измерительной камеры выполнено в виде отражателя, имеющего форму параболоида вращения, а в качестве жидкой среды использована светопоглощающая жидкость.

$иг.г

Использование: измерение пространственного положения буровых скважин. Сущность изобретения: датчик состоит из цилиндрической измерительной камеры 1, частично заполненной жидкой средой 5 с высоким коэффициентом светопоглощения. Дно измерительной камеры выполнено в виде параболического отражателя , в фокусе которого размещен источник 3 света. Выше источника света соосно с ним размещен кольцевой фотоэлектрический преобразователь 4. При вертикальном расположении датчика светопоглощающэя жидкость перекрывает все окно параболического отражателя и выходной сигнал фотопреобразователя близок к нулю. При отклонении датчика от вертикали на фотопреобразователь попадают световые лучи источника, отраженные от дна измерительной камеры. Чем больше отклонение датчика от вертикали, тем больше его выходной сигнал. 3 ил. ; (л