Инклинометр Советский патент 1992 года по МПК E21B47/02 

узлом 4,два контакта 8 и 9 с подпружиненным контактным элементом 10, контакт 8 последовательна соединен с обмоткой электромагнита, а контакт 9 включен в цепь измерительного блока 1. При этом на торце толкателя 23 последовательно закреплены хвостовик 29 и электроизоляционный наконечник 20, установленный с возможностью взаимодействия с контактным элементом 10, Коммутатор выполнен с щеткодержателем 21 на оси 18 вращения, соединенный с осью вращения мультипликатора 11. Якорь 24 выполнен с ограничителями его осевого перемещения и осевым отверстием, через которое пропущен подпружиненный относительно торца электромагнита 7 толкатель 23. При этом толкатель 23 связан с рычагом 17 через узел синхронизации их перемещения. 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

Использование: промыслово-геофизиче- ская аппаратура, в частности инклинометры для исследования сверхглубоких скважин. Сущность изобретения: инклинометр содержит измерительный блок 1 с преобразователями 2 и 3 угловых перемещений, коммутатор 5, механизм 6 реле обратного действия, выполненный с рычагом 17, зубчатым сектором 14 и мультипликатором 11 на оси 18 вращения, толкатель 23, электромагнит 7, арретиру- ющий узел 4, заключенный в электромагнит якорь 24, кинематически связанный через толкатель 23 с коммутатором 5, механизмом реле 6 обратного действия и арретирующим

Изобретение относится к геофизическим скважинным приборам для измерения зенитных углов и азимутов искривления сверхглубоких скважин.

Известен инклинометр, предназначенный для работы, в условиях высоких температур и давлений.,

Наиболее близким к предлагаемому является инклинометр, содержащий измерительный блок с преобразователями угловых перемещений, коммутатор, механизм реле обратного действия, выполненный с рычагом, зубчатым сектором и мультипликатором на оси вращения, толкатель, электромагнит, арретирующий узел, заключенный в электромагнит якорь, кинематиче- ски связанный через толкатель с коммутатором, механизмом реле обратного действия и арретирующим узлом, два контакта с подпружиненным контактным элементом, один из контактов последовательно соединен с обмоткой электромагнита, а другой - «ключей в цепь измерительного блока.

Известный инклинометр не обеспечивает возможности последовательного опроса всех преобразователей измерительного блока в течение промежутка времени, задаваемого механизмом реле обратного действия после срабатывания электромагнита в режиме бестоковой коммутации. Следствием этого является необходимость использования сложной кинематической схемы управления процессом измерения угловых величин. В частности, усложняются требования к функциональным возможностям ар- ретирующего узла, который в известном инклинометре кроме двух основных операций, заключающихся в осуществлении поочередногоарретированияиразарретирования преобразователей угловых перемещений, должен сохранять заар- ретированное состояние последних при подаче на обмотку электромагнита промежуточных импульсов напряжения, управляющих одновременно работой коммутатора. Это и приводит к большим затратам времени на коммутацию преобразователей, снижая в конечном счете производительность инклинометрических исследований скважин. Кроме того, необходимость увеличения

в известном инклинометре числа срабатывания инклинометра на п-1 по сравнению с идеальной конструкцией (п - число коммутируемых позиций) приводит к снижению надежности инклинометра за счет более

интенсивного износа контактов и ухудшения упругих свойств пружин при воздействии повышенных температур в условиях сверхглубоких скважин.

Целью изобретений является повышение производительности и надежности в работе.

Поставленная цель достигается тем, что известный инклинометр снабжен последовательно закрепленными на торце толкателя хвостовиком и электроизоляционным наконечником, установленным с возможностью взаимодействия с контактным элементом, коммутатор выполнен с щеткодержателем на оси вращения, соединенной с осью вращения мультипликатора, якорь выполнен с ограничителями его осевого перемещения и осевым отверстием, через которого пропущен подпружиненный относительно торца электромагнита толкателя, при этом толкатель связан с рычагом через узел синхронизации их помещения.

Причем, щеткодержатель и мультипликатор установлены на одной оси вращения. Кроме того, узел синхронизации толкателя и рычага выполнен в виде закрепленной на толкателе двухпальцевой вилки и расположенного внутри нее рамка, установленного с возможностью попеременного упора на каждый из пальцев.

Кроме того, осевое отверстие в якоре выполнено двухступенчатым, при этом в участке меньшего диаметра размещен хвостовик, а в участке большего диаметра - толкатель.

Причем один ограничитель осевого перемещения якоря выполнен в виде верхнего торца толкателя, а другой - в виде шайбы, установленной на электромагните.

Кроме того, он снабжен полым цилиндром, охватываемым пружиной, соосно закрепленным на якоре, при этом наконечник установлен с возможностью осевого перемещения внутри цилиндра, шайба охватывает цилиндр с зазором, а внутренний диаметр цилиндра меньше диаметра якоря,

При этом инклинометр снабжен основанием с размещенными на нем контактами и контактным элементом, нижний торец которого размещен на цилиндре.

На чертеже представлена электрокинематическая схема предлагаемого инклинометра.

Инклинометр содержит скважинный прибор, включающий измерительный блок 1 с преобразователями 2 и 3 угловых перемещений чувствительных элементов, например магнитной стрелки и отвеса в электрические сигналы, арретирующий узел 4, коммутатор 5, механизм 6 реле обратного действия, прямоходовой электромагнит 7, а также размыкающий контакт 8, последовательно соединенный с обмоткой электромагнита 7 и замыкающий контакт 9, включенный в цепь измерительного блока 1, имеющие общий подпружиненный в сторону контакта 9 подвижный контактный элемент 10. Механизм б реле обратного действия аналогичен конструкциям известных инклинометров и состоит из кинематически связанных между собой баланса возвратного анкерного хода, обгонной муфты (не показано), мультипликатора с ведущим зубчатым колесом 1.1 (показано частично), пружины-двигателя 12 (показано частично) и зубчатой пары, включающей зубчатое колесо 13 (показано частично) и зубчатый сектор 14, несущий жестко присоединенный к нему рычаг 15 с роликом 16 на конце, и рычаг 17 для закрепления пружины-двигателя 12. При этом зубчатое колесо 13 с одной стороны жестко связано с выходной исполнительной осью 18 вращения упомянутого механизма, а с другой через обгонную муфту - с зубчатым колесом 11с возможностью совместного вращения с последним как одно целое против часовой стрелки и самостоятельного вращения по часовой стрелке за счет расцепления полумуфт указанной муфты. Выходная исполнительная ось 18 вращения механизма б реле обратного действия соединена с входной осью вращения коммутатора 5 и в наиболее простом варианте конструктивной реализации выполнена с последней как одно целое. При этом коммутатор 5 выполнен в виде печатной платы с печатными контактными

элементами 19 и проводниками 20, к которым припаяны выводы преобразователей 2 и 3. Щеткодержатель 21 коммутатора 5 жестко закреплен на оси 18 вращения и несет 5 на своем конце щетку 22 типа мухолапка, выходящую в исходном состоянии за пределы контактного элемента 19 последней коммутируемой позиции. Щетка 22 посредством гибкого пружинного проводника, на0 пример спирального волоска (не показано), электрически соединена с центральной жилой геофизического кабеля (ЦЖК), обеспечивая возможность поочередного подключения к последней обоих выводов

5 каждого из преобразователя 2 и 3 измерительной системы 1. Конструктивно измерительный блок 1 выполнен, например, в виде типовой системы, в которой преобразователи 2 и 3 включают в себя резистивные про0 водящие элементы (реохорды), обеспечивающие соответственно возможность измерения азимута и зенитного угла при фиксации на них контактов чувствительных элементов (магнитной стрелки и отве5 са), осуществляемой с помощью арретирующего узла 4. Арретирующий узел 4 имеет возможность взаимодействия через толкатель 23 с якорем 24 электромагнита 7 и выполнен, например, на основе известной

0 конструкции с треугольным фиксирующим кулачком, имеющим скругленные вершины. При этом толкатель 23 подпружинен относительно корпусов арретирующего механизма 4 и электромагнита 7 с помощью пружины

5 25 в направлении, противоположном направлению втягивания якоря 24, Для обеспечения этого толкатель .23 имеет жестко закрепленное на нем упорное кольцо 26. Причем упорное кольцо 26 через кронштейн

0 27 связано с узлом синхронизации перемещений рычага 15 и толкателя 23, выполненным в виде двухпальцевой вилки 28, охватывающей с зазором ролик 16 и имеющей возможность попеременного контакти5 рования с ним встречными поверхностями

пальцев. При этом величина упомянутого

зазора может составлять, например.0,05-0,5

. мм, а вилка 28 и кронштейн 27 могут быть

выполнены как одно целое. Толкатель 23

0 снабжен хвостовиком 29 с наконечником 20 из электроизоляционного материала и благодаря осевому отверстию, предусмотренному в теле якоря 24, образует с последним одноподвижную поступательную кинемати5 ческую пару. При этом якорь 24 снабжен собственной возвратной пружиной 31, а наконечник 30 в исходном состоянии электромагнита 7, взаимодействуя с контактным элементом 10, обеспечивает подключение контакта 8 к оплетке геофизического кабеля

(OK). Для ограничения возможности перемещения якоря 24 вдоль толкателя 23 он снабжен верхним и нижним ограничителями. При этом верхний ограничитель выполнен в виде жестко закрепленной на корпусе электромагнита 7 кольцевой шайбы 32, а нижним ограничителем служит торец толкателя

23,для чего осевое отверстие в якоре выполнено двухступенчатым. Кроме того, контакты 8 и 9 совместно с контактным элементом 10 закреплены на основании 33, выполненном из электроизоляционного материала. Основание 33 посредством полого цилиндра 34 с фланцем 35 смонтировано на якоре

24,При этом цилиндр 34 соосно присоединен к якорю 24, например, с помощью резьбы, имеет внутренний диаметр, обеспечивающий свободное осевое перемещение наконечника 30 и наружный диаметр, меньший диаметра якоря 24 и внутреннего диаметра шайбы 32. Причем пружина 31 размещена между шайбой 32 и фланцем 35, который может быть выполнен с цилиндром 34 как одно целое.

Наземная аппаратура предлагаемого инклинометра включает в себя стабилизированный источник 36 постоянного тока, блок 37 управления, подключенный через клеммы ЦЖК и ОК к геофизическому кабелю, и аналоговый каротажный регистратор 38. Стабилизированный источник 36 постоянного тока предназначен для питания измерительнойсистемы1спреобразователями 2 и 3, Блок 37 управления служит для организации совместной работы стабилизированного источника 36 постоянного тока, регистратора 38 и с.ква- жинного прибора, При этом он обеспечивает в ручном, либо автоматическом режиме подачу управляющих импульсов напряжения ма обмотку электромагнита 7, а также включает в себя устройство индикации цепи управления и коммутируемых позиций измерительной цепи.

Инклинометр работает следующим образом.

Исходное положение звеньев инклинометра такое, как изображено на чертеже. Условимся считать измерительный блок 1 заарретированным при спуско-подъеме скважинного прибора. Тогда после остановки скважиниого прибора в исследуемой точке ствола и подачи управляющего импульса напряжения на обмотку электромагнита 7 происходит разарретирование измерительного блока 1. При этом якорь 24, преодолевая упругое сопротивление пружин 31 и 25 и пружины-двигателя 12, втягивается в обмотку электромагнита 7 до достижения сво- его стопа. Совместно с якорем 24

перемещаются полый цилиндр 34 с фланцем 35, основанием 33 с контактами 8 и 9 и контактным элементом 10 при сохранении исходного состояния последних, обеспечивающем подачу напряжения на обмотку электромагнита 7 от блока 37 управления, При этом толкатель 23, взаимодействуя с арретирующим узлом 4, обеспечивает с его помощью освобождение чувствительных

0 элементов преобразователей 2 и 3 от фиксации в ранее принятых положениях. Перемещающееся совместно с толкателем 23 упорное кольцо 26 через хвостовик 27. вилку 28 и ролик 16 воздействует на рычаг 15.

5 Ролик 16 перекатываясь.по встречной поверхности верхнего зуба вилки 28, обеспечивает с наименьшими потерями на трение завод (растяжение) пружины- двигателя 12 механизма 6 временного реле обратного

0 действия. При этом зубчатый сектор 14, совершая совместно с рычагом 15 поворот относительно своей оси против часовой стрелки (в плоскости чертежа) и взаимодействуя с зубчатым колесом 13, приводит к

5 повороту в противоположном направлении щеткодержателя 21 коммутатора 5 с выбегом щетки 22 за пределы контактного элемента 19 первой коммутируемой позиции. Причем с выбегом щетки 22 якорь 24 элект0 ромагнита 7 достигает своего стопа, а все кинематические звенья скважинного прибора прекращают свои перемещения. Такое состояние скважинного прибора может сохраняться сколь угодно долго, пока не будет

5 снято напряжение с обмотки электромагнита 7. После обесточивания последней якорь 24 под воздействием пружины 31, совместно со смонтированными на его торце элементами 8, 9, 10, 33, 35 и 34, мгновенно

0 переместится в исходное положение, а контактный элемент 10 войдет в соприкосновение с контактом 9, обеспечивая, таким образом, подключение измерительного блока 1 к блоку 37 управления. Это произойдет

5 потому, что освобожденный от воздействия якоря 24 толкатель 23 не сможет мгновенно последовать за ним из-за вхождения ролика 16 в контакт со встречной поверхностью нижнего пальца вилки 28 под действием

0 пружины 25. Отстав от якоря 24, кинематическая система толкатель 23 - хвостовик 29 - наконечник 30 начнет синхронное с рычагом 15 замедленное перемещение в исходное положение под действием пружины 25

5 и пружины-двигателя 12. При этом щеткодержатель 21 будет совершать угловое перемещение (против часовой стрелки) в исходную позицию, поочередно скользя щеткой 22 по контактам 19. Однако из-за лазрывов электрических цепей, имеющих

место в измерительном блоке 1 между контактами чувствительных элементов и реохордами, аналоговые сигналы с преобразователей 2 и 3 на регистратор 38 в данном случае поступать не будут. И наконец при завершении отработки временного интервала, (например, около 20 с) механизмом 6 реле обратного действия, наконечник 3Q войдет в соприкосновение с контактным элементом 10, возвращая его в исходную позицию. Толкатель 23 своим торцом войдет в контакт с телом якоря 24, а ролик 16 - со встречной поверхностью верхнего пальца вилки 28. При этом упомянутый временной интервал используется для успокоения чувствительных элементов преобразователей 2 и 3, а исходное положение контактного элемента 10 индицируется блоком 37 управления и служит командой для подачи очередного импульса напряжения на обмотку электромагнита 7. При реализации этой команды происходит арретирование измерительного блока 1, благодаря чему в ее преобразователях 2 и 3 контакты чувствительных элементов прижимаются к реохордам в положениях, соответствующих определяемым пространственным геометрическим характеристикам ствола скважины. После обесточивания обмотки электромагнита 7 и образования электрической цепи контакт 9 - контактный элемент гО осуществляется измерение фиксированных угловых положений чувствительных элементов преобразователей 2 и 3 путем поочередного подключения выводов их реохордов к ЦЖК с помощью коммутатора 5 и записи на диаграммной ленте, регистратора 38 четырех аналоговых сигналов. Разность амплитуд первых двух аналоговых сигналов, полученных от преобразователя 2, эквивалентна определяемому азимуту, а разность амплитуд двух других аналоговых сигналов - зенитному углу ствола скважины, При всем этом следует отметить, что в режиме измерения процесс перемещения кинематических звеньев скважинного прибора как по времени, так и по динамике ничем не отличается от описанного вспомогательного процесса.

Предлагаемый инклинометр по сравнению с известными позволяет упростить конструкцию скважинного прибора, уменьшить затраты времени на коммутацию преобразователей, а следовательно, сократить простой скважины при проведении инклинометрических исследований, повысить надежность работы скважинного прибора в условиях сверхглубоких скважин.

Формула изобретения

5 обратного действия, выполненный с рычагом, зубчатым сектором и мультипликатором на оси вращения, толкатель, электромагнит, арретирующий узел, заключенный в электромагнит якорь, кинематиче0 ски связанный через толкатель с коммутатором, механизм реле обратного действия и арретирующим узлом, два контакта с подпружиненным контактным элементом, один из контактов последовательно

5 соединен с обмоткой электромагнита, а другой включен в цепь измерительного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и надежности в работе, он снабжен последователь0 но закрепленными на торце толкателя хвостовиком и электроизоляционным наконечником, установленным с возможностью взаимодействия с контактным элементом, коммутатор выполнен с щеткодержателем

5 на оси вращения, соединенной с осью вращения мультипликатора, якорь выполнен с ограничителями его осевого перемещения и осевым отверстием, через которое пропущен подпружиненный относительно торца

0 электромагнита толкатель, при этом толкатель связан с рычагом через узел синхронизации их перемещения.

5 выполнено двухступенчатым, при этом в участке меньшего диаметра размещен хвостовик, а в участке большего диаметра-тол- катель.

перемещения якоря выполнен в виде верхнего торца толкателя, а другой - в виде шайбы, установленной на электромагните.

линдр с зазором, а внутренний диаметр ци-с размещенными на нем контактами и конлиндра меньше диаметра якоря.тактным элементом, нижний торец которого

7. Инклинометр по пп. 1 и б, о т л и ч а-размещен на цилиндре, ю щ и и с я тем, что он снабжен основанием