Индикатор направления искривления наклонных скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к проходке направленных выработок и может быть использовано при контроле направления естественного и искусственного искривления наклонных скважин.

Известен индикатор направления искривления наклонных скважин, включающий подвижный в осевом направлении ориентируемый носитель информации и шарнир с хвостиком, выполненный в виде штыря с толкателем с подпружиненного колпака с осевым каналом, несущего набор меченных игл, которые помещены в осевом канале и контактируют с толкателем. Замеры производят путем последовательного выталкивания игл в ориентированный экран, причем число замеров определяется количеством игл помещенных в кассету колпака.

Недостатками индикатора являются низкая надежность, недостаточный объем и точность измерений. Низкая надежность обусловлена принципом производства отметок на экране - последовательной подачей игл, так как этот процесс требует точной подготовки подающего механизма, в противном случае происходит заклин игл в колпаке и поломка толкателя. Весьма неопределенным может оказаться результат измерения, если в процессе замера угол между ведущим и ведомым звеньями индикатора на смежных участках не изменяется, т.е. произойдет укол в предыдущую точку. В этом случае подаваемая толкателем игла попадает в уже находящуюся в основании носителя информации иглу, что приведет либо к заклиниванию ее в канале колпака, либо она вовсе выпадает за пределы основания, следовательно, очередность замера будет не установлена и результат контроля будет неудовлетворительным. Помимо этого при подаче промывочной жидкости возможно зашламование вращающейся несбалансированной массы в подшипниковых опорах, что приводит к заклиниванию и дезориентации носителя информации. При малых зенитных углах скважины, близких к вертикали, смещающего момента несбалан- сированной массы может оказаться недостаточно для преодоления трения в опорах радиальных подшипников, что также не позволит ориентировать носитель информации в апсидальной плоскости скважины. Недостатком индикатора является также ограниченный объем количества замеров им за один спуск в скважину, Это обуславливается тем, что количество замеров определяется количеством меченых игл, которое ограничено {до 5-6 шт.) габаритами несущего колпака в его линейных и поперечных размерах.

Наиболее близким к предлагаемому является индикатор направления искривле- ния наклонных скважин, включающий штырь хвостовика и колпак, установленные коаксиально б ограниченным поворотом колпака относительно штыря с помощью кулачкового и храпкового механизмов и нано- сящего последовательно на носитель информации две метки - основную и метку- спутник, позволяющие установить очерёдность замера по изменяющемуся радиальному углу между ними. Кроме того, несбалансированная масса подвешена на гибком тросе, что позволяет увеличите точность замера при малых зенитных углах скважины. Это устройство имеет преимущество по сравнению с существующими, так как в нем метки замеров наносятся не отдельно помещаемыми в основание носителя информации иглами, а с помощью стационарно закрепленной иглы, что позво- лялет избежать выше приведенных ослож- нений с автономными иглами и несколько увеличить объем замеров за один спуск индикатора.

Однако данному индикатору также присущи существенные недостатки, относящи- еся к надежности, качеству и эффективности информации. Замер в одной точке данным индикатором сопровождается нанесением на неподвижном основании носителя информации одновременно трех меток, позволяющих определить порядок замера; так как эти три метки сконцентрированы на окружности диаметром не более 10 мм, то при большой кучности точек последующих замеров, определить их порядок по

радиальному смещению меток-спутников практически невозможно, что отрицательно скажется на качестве и достоверности приведенных замеров. Кроме того, для визуального определения порядкового номера замера радиальный угол между метками- спутниками должен быть не менее 30°., что позволяет за один спуск инструмента произвести не более 12 точек замеров, и следовательно, ограничивает объем информации. Регистратор, включающий несбалансированную массу, соединен с гидроприводом системы и помещен в корпус, заполненный в процессе работы промывочной жидкостью, что неизбежно вызовет зашламование храпового и кулачкового механизма, а также подшипниковых опор несбалансированной массы и соответственно их поломку или отказ.

Цель изобретения - повышение надежности, качества и эффективности работы.

Поставленная цель достигается тем, что в индикаторе направления искривления наклонных скважин, содержащем корпус из двух частей, соединенных шарниром, в верхней части которого размещены подпружиненный поршень и хвостовик в виде штыря с иглой, установленный соосно с корпусом в шаровой пяте шарнира, поршень закрепленный в верхнем конце хвостовика, несбалансированную массу, размещенную в нижней части корпуса с возможностью вращения относительно его в подшипниковых опорах и жестко связанная с носителем информации, выполненным в виде пластичного основания, покрытого лентой, нижняя часть корпуса снабжена штоком, размещенным в осевом канале несбалансированной массы с возможностью осевого перемещения, закрепленной в осевом штоке стойкой, с установленным на ней лентопротяжным механизмом, выполненным в виде зарядной кассеты, приемной катушки, кинематически (фрикционно) связанной с приводной катушкой, заневоленной спиральной пружиной, а пластичное основание размещено на стойке Лента индикатора выполнена перфорированной из фотопленки, а в торце несбалансированной массы установлены захватные крючки, взаимодействующие с перфорированной лентой. Носитель информации индикатора снабжен жестким основанием, расположенным под пластичным основанием, установленным между ними упругим элементом и дополнительной иглой, закрепленной в центре жесткого основания соосно с корпусом. Выполнение носителя информации с подвижной пленкой на его лицевой части позволяет производить очередные метки на отдельном кадре,

индивидуальном для каждого замера, что позволило избежать кучности меток, свойственной аналогам, улучшить качество и наглядность замеров. Периодическое смещение пленочного покрытия осуществляется при каждом взаимодействии хвостовика с носителем информации благодаря возможности осевого возвратно-поступательного движения последнего относительно несбалансированной массы и своеобразного грейферного механизма протягивающего пленку. Так как габариты устройства позволяют разместить в нем стандартную фотопленку, рассчитанную на 36 кадров, то это устройство обуславливает значительное увеличение количества замеров по сравнению с аналогами. Кроме того, вся система механизмов находится в закрытом контейнере, изолированном от промывочной жидкости, благодаря тому, что для осуществления меток в устройстве поступательно подвижным является не экран с не- сбалансированной массой (как это характерно для аналогов), а штырь, связанный с поршнем, находящимся в другом узле). Такая компоновка узлов позволяет значительно повысить надежность работы индикатора. Наличие в центре жесткого основания носителя информации иглы и выполнение пластичного основания подвижным относительно последнего позволяет при каждом взаимодействии хвостовика с экраном наносить на кадр пленки сразу две метки: центральную (отсчетную) и основную, что также улучшает качество и достоверность замеров.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить надежность, качество и эффективность существующих индикаторов кривизны.

На фиг.1 изображен индикатор замера кривизны, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 вид лицевой части экрана с метками; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1; на фиг.5 - сечение Г-Г на фиг.1.

Корпус индикатора (фиг.1) состоит из двух частей а - верхней и б - нижней, соединенных шарниром 1. В осевом канале шаровой пяты 2 шарнира, жестко соединенной с нижним переходом 3 трубчатого корпуса 4 ведомого звена, установлен хвостовик 5, который в верхней части выполнен в виде поршня б, опирающегося на пружину 7. В нижней, торцовой части хвостовика, соосно с ним жестко установлена игла 8. В нижней части корпуса 9 на подшипниковых опорах 10, 11 установлена несбалансированная масса 12, несущая на себе носитель информации и лентопротяжный механизм. Носитель информации установлен соосно с корпусом индикатора на торцовой планке 13 рамочной стойки 14, несущего лентопротяжный механизм, и-состоит из жесткого

основания 15, закрепленного с помощью винта 16 на планке 13, демпфирующего упругого элемента (резины) 17 и пластичного основания 18. На боковых плоскостях жесткого основания 15 экрана закреплены на0 правляющие планки 19, имеющие на свободном конце эллипсовидные отверстия 20, куда помещены цапфы лентопротяжных катушек 21. В промежутке между катушками 21 свободно установлено пластичное осно5 вание 18, охватывающее фигурными концами катушки, выполненные также из пластичного материала, например, из дерева. В центре жесткого основания 15 носителя информации, соосно с индикатором

0 установлена игла 22, по длине равная толщине демпфирующей и пластичной частей основания. Лицевая часть носителя информации (пластичное основание 18 и катушки 21) покрыта сверху фотопленкой 23, заправ5 ленной в лентопротяжный механизм. Лентопротяжный механизм смонтирован на рамочной стойке 14 и состоит из зарядной кассеты 24, приемной катушки 25. фрикци- онно взаимодействующей с приводкой ка0 тушкой 26, которая заневолена спиральной пружиной 27, установленной на этой катуш- ке. Фотопленка 23 протянута с зарядкой кассеты 24 через оттяжной ролик 28 на лицевую часть экрана и далее через ролик 29

5 на приемную катушку 25. В лицевой части носителя информации расположены проволочные скобы 30, направляющие и удерживающие пленку 23 (фиг.2). В тыльной части каркаса 14 с помощью винта 31 закреплен

0 осевой шток 32, который помещен в осевом канале несбалансированной массы 12 на пружину 33. Шток в осевом канале массы 12 перемещается с помощью направляющего винта 34. который входит в продольный паз

5 35 штока (фиг.5), что позволяет всей системе лентопротяжного механизма совершать продольное движение относительно несбалансированной массы, не вращаясь относительно ее. В торце несбалансированной

0 массы 12 установлены захватные крючки 36 (фиг.1, фиг.4), взаимодействующие с перфорацией фотопленки 23. Внутренняя полость нижней части корпуса в изолирована от внешней среды и от промывочной жидко5 сти, проходящей через верхнюю часть корпуса а благодаря уплотнению 37 и 38 на хвостовике 5, уплотнению 39 в нижней части корпуса в. В нижней части несбалансированная масса 12 осью 40 через шаровой подпятник 41 опирается на торец регулировечного болта 42, с помощью которого регулируется зазор между иглой 8 на хвостовике 5 и лицевой частью экрана (фиг 1).

Индикатор работает следующим образом.

Индикатор собирается, регулируется и на колонне бурильных труб 43 опускается в скважину на глубину замера искривления. На требуемой глубине верхняя и нижняя часть корпуса индикатора устанавливаются по касательной к траектории локального искривления и угол образованный их осями копирует пространственный угол кривизны скважины на заданной глубине При этом несбалансированная масса, подчиняясь смещающему моменту, самоустанавливается симметрично апсидальной плоскости наклонной скважины, поворачивая одновременно в ориентированное положение и носитель информации совместно с лентопротяжным механизмом. Благодаря наличию шаровой опоры 41 и радиальных подшипниковых 10 и 11 несбалансированная масса с экраном легко ориентируется в апсидальной плоскости даже при малых (2- 3 зенитных углах скважины. Послэ установки индикатора на заданной глубине в бурильную колонну 43 подается промывочная жидкость, которая создает избыточное давление в полости верхней части корпуса а и воздействует на поршень 6 хвостовика 5. который опускается вниз, сжимая пружину 7 (фиг.1). Опираясь на лицевую часть носителя информации хвостовик 5 наносят основную метку иглой 8 на фотопленке 23, покрывающей ее пластичное основание 18 под воздействием хвостовика подается вниз относительно жесткого основания 15, деформируя упругий элемент 17 (фиг.1, фиг.З), при этом игла 22, протыкая пленку 23 с другой стороны, наносит одновременно центральную (осевую) метку отсчета на кадре фотопленки. Продолжая движение вниз, хвостовик 5 опускает всю систему носителя информации и лентопротяжного механизма относительно несбалансированной массы 12 на величину хода, равную ширине кадра фотопленки, сжимая при этом пружину 33. Ход поршня 6 вниз совместно с системой лентопротяжного механизма и носителя ин- формации ограничивается упором в переход 3. Таким образом, при движении хвостовика вниз на фотопленке экрана наносят две метки: основная метка А и осевая метка О (фиг.2). После этого прекращают подачу промывочной жидкости; благодаря наличию дросселирующих отверстий а уравновешивается и поршень б под действием пружины 7 возвращается в исходное положение. Система носителя информации с

лентопротяжным механизмом под действием пружины 33 также возвращается в исходное положение поднимаясь вверх, при этом захватные крючки 36, которые при движении системы вниз свободно скользят по перфорированной кромке фотопленки, захватывают за перфорацию при обратном движении и протягивают ленту на величину кадра, извлекая ее из кассеты 24, автоматически натягивая ее на приемную катушку 25 под действием приводной катушки 26. Таким образом происходит смена кадра на лицевой части носителя информации и индикатор готов к производству очередного замера. После этого индикатор опускается на величину нижней части корпуса в и аналогичным образом производится замер кри- визны на смежном участке скважины. Количество замеров в этом случае лимитируется длиной фотопленки, что для стандартной пленки составит не менее 36 замеров. После подъема индикатора на поверхность фотопленка извлекается из лентопротяжного механизма вместе с приемной катушкой и производится анализ результатов измерений. Монтаж и демонтаж кассеты, приемной и приводной катушек на стойке лентопротяжного механизма производится сравнительно легко благодаря наличию подпружиненных полуосей 46 (фиг,4). При оценке результатов измерений на каждом кадре фотопленки через отсчетную точку О проводят координатные оси симметрично кадру, замеряют горизонтальное и вертикальное отклонение точки А (фиг.2) и в соответствующем масштабе переводят их в угловые величины приращения зенитного и азимутного углов на данном интервале. Порядок замера легко устанавливается по порядку кадров на фотопленке. Основными преимуществами индикатора по сравнению с аналогами является то, что1 результаты единичных измерений фиксируются на отдельных кадрах фотопленки, что облегчает их расшифровку и позволяет избежать ошибок, связанных с определением очередности замеров и их качеством; гидропривод для нанесения меток связан с подвижным хвостовиком, а не с регистратором, включающим носитель информации и несбалансированный груз, что позволяет избежать отказов, связанных с заклином. либо дезориентацией при поступательном движениями последнего1 кроме того это обстоятельство сделало возможным изолировать корпус, включающий систему регистрации замеров, от промывочной жидкости, что также повышает надежность работы устройства; в индикаторе используется в качестве накопителя информации по замерам

эластичная лента, дающая возможность значительно увеличить количество замеров за один спуск инструмента; наличие в индикаторе радиального и шарового опорного подшипников, изолированных от внешней зашламованной среды, позволяют значительно повысить точность производства замеров.

С помощью индикатора можно качественно производить замеры как искусствен- ного, так и естественного искривления скважин за счет увеличения замеров за одни спуск, он может с успехом использоваться при контроле горизонтальных скважин и траншей под трубопроводы и кабель.

Формула изобретения 1. Индикатор направления искривления наклонных скважин, содержащий корпус из двух соединенных шарниром частей, в вер- хней части корпуса размещен подпружиненный поршень и хвостовик со штырем и иглой на нижнем конце, установленный со- осно с корпусом в шаровой пяте шарнира, поршень закреплен на верхнем конце хво- стовика, в нижней части корпуса размещена с возможностью вращения относительно корпуса в подшипниковых опорах несбалансированная масса, жестко связанная с носителем информации, выполненным в ви- де пластичного основания, покрытого лентой, отличающийся тем, что с целью

повышения надежности, качества и эффективности работы, нижняя часть корпуса снабжена осевым штоком, размещенным в осевом канале несбалансированной массы с возможностью осевого перемещения, закрепленной на осевом штоке стойкой с установленным на ней лентопротяжным механизмом, выполненным в виде зарядной кассеты, приемной катушки, кинематически связанной с приводной катушкой, занево- ленной спиральной пружиной, а пластичное основание размещено на стойке.

2.Индикатор по n.1s от л и ч а ю щ и (- с я тем, что лента выполнена перфорированной, а в торце несбалансированной массы установлены захватные крючки, взаимодействующие с перфорированной лентой.

3.Индикатор по п. 1, от л и ч а ю щи й- с я тем, что перфорированная лента выполнена из фотопленки.

А. Индикатор поп.1,отличающий- с я тем, что приемная и приводная катушки связаны фрикционно.

5. Индикатор по п. 1, о т л и ч Э ю щ и й- с я тем. что носитель информации снабжен жестким основанием, расположенным под пластичным основанием, упругим элементом и дополнительной иглой, упругий элемент установлен между пластичным и жестким основаниями, а дополнительная игла закреплена в центре жесткого основания соосно с корпусом.

fe CS 1Й

о«

Ч. Ч v VVSiSv ч JfnS j

i . . X v - алл ЧХхЧ- Г П тУт f - 4v

/ //Ух У иАу ТУУУУлхуу/ ИХ/УХ (Ууч OiK rfax у чКЛ р

V V к HfaW Vh V4V м

/ & и к I21- Iй/ . / Л, I

.- , , I IHJV«1 1. T L VЧ. «- . НИ III 1 I I HIVl

1 1 1 1 Ч ..

Vu

to

8-В

Изобретение предназначено для оперативного контроля и оценки резких искривлений наклонных и горизонтальных скважин, а также других выработок, в частности, траншей под трубопровод, кабель и т.д. Цель - повышение надежности, качества и эффективности работы. Индикатор содержит корпус из двух шарнирно соединенных частей: в верхней части корпуса размещены подпружиненный поршень и хвостовик с иглой, в нижней части размещена с возможностью вращения несбалансированная масса, связанная с носителем информации. Носитель информации установлен на несбалансированной массе с возможностью осевого перемещения относительно последней и включает систему кинематических связанных катушек для протяжки фотопленки, которая закрывает лицевую часть носителя информации, куда наносятуколом иглы метки, характеризующие угловое смещение шарнирно соединенных частей корпуса индикатора. Точечный замер искривления фиксируется на отдельном кадре подвижной фотопленки. За один спуск инструмента в скважину можно произвести не менее 30 измерений. 4 з.п.ф-лы, 5 ил, СО

Фиг б