Датчик зенитного угла буровой скважины Советский патент 1993 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к геологоразведочной технике, точнее к инклинометрам - устройствам для измерения углов искривления буровых скважин.

Чувствительным элементом для измерения зенитного угла, т.е. угла отклонения от вертикали, в современных инклинометрах обычно служит либо отвес, либо уровень жидкости. Положение отвеса в момент измерения определяется непосредственным отсчетом после фиксации его положения в скважине (в так называемых одноразовых инклинометрах) посредством фотографирования на пленку (в фотоинклинометрах) или путем преобразования положения отвеса в электрический сигнал при помощи электроконтактных, емкостных, индуктивных, феррозондовых и других датчиков. Датчики зенитного угла с чувствительным элементом в виде отвеса характеризуются невысокой чувствительностью (порядка 0,5°) и довольно сложной схемой преобразования положения чувствительного элемента в электрический сигнал.

Известно, например, устройство (VJ для измерений угла наклона скважины, которое содержит трубчатый световод, частично заполненный жидкостью, светочувствительный слой, окружающий световод, и источник света. При измерении включают питание источника света и на светочувствительном слое фиксируется положение уровня жидкости, по которому и определяют зенитный угол скважины. Это устройство обладает хорошей точностью, но низкой производительностью, так как является одноразовым и для каждого замера требует отдельного спуска в скважину.

Более высокую производительность имеет устройство для контроля кривиз00

ю ю ю со

31

ны буровых скважин 2, являющееся ближайшим аналогом изобретения. Это устройство содержит цилиндрическую камеру, частично заполненную электро проводной жидкостью, и погруженный в нее реостат, функции подвижного кон- тахта которого выполняет электропроводная жидкость. Недостаток этого устройства - излишняя сложность кон- струкции.

Цель изобретения - упрощение конструкции устройства.

Цель достигается тем, что реостат размещен непосредственно на внутрен- ней поверхности цилиндрической камеры.

Конструкция предложенного датчика предельно проста: цилиндрическая ка- мера, частично заполненная электро- проводной жидкостью, и реостат (пле- ноч ный или проволочный) на ее внутренней поверхности. При вертикальном расположении датчика (зенит.ный угол

0°) поверхность электропроводной жид кости горизонтальна и сопротивление реостата равно сопротивлению той его части, которая располагается выше уровня жидкости (при условии, что сопротивление жидкости много меньше co противления каждого витка проволочного или единицы длины пленочного реостата) .

При отклонении датчика от вертикали уровейь жидкости поднимается относительно реостата в стороне, проти воположной отклонению нижнего конца датчика, (т.е. скважины), и хорошо- проводящая жидкость замыкает, закорачивает те витки (или ту часть реостата) , до которых она поднимается. В результате при отклонении датчика от вертикали сопротивление реостата уменьшается тем больше, чем больше

зенитный угол датчика.

i

Между деталями датчика нет механического трения, он удобен для непрерывных и дистанционных измерений. Дополнительное преимущество, которое достигается при указанном размещении реостата, заключается в повышении чувствительности датчика по сравнени с прототипом.

На фиг, 1 изображен датчик, вмонтированный в корпус инклинометра, в вертикальном положении (продольный разрез); на фиг. 2 - датчик при отклонении его от вертикали и данные для расчета зависимости сопротивлени

Q

е

n

5 g

0

5

50

датчика от зенитного угла; на фиг; 3 расчетная зависимость сопротивления R«p датчика от зенитного угла Jf .

Датчик содержит измерительную камеру 1, выполненную из изоляционного материала (стекла или пластмассы). Камера имеет цилиндрическую форму и закруглена в нижней части. На внутренней поверхности цилиндрической части камеры нанесено сопротивление реостата 2. Реостат может быть выполнен проволочным, изготовлен путем напыления металлического порошка, нанесения тонкого слоя металла химическим путем или покрытием внутренней стенки камеры полимерной пленкой, обладающей некоторой электропроводностью. В наиболее простом случае при нанесении проволочного реостата его

наматывают виток к витку константа- новым, нихромовым или другим высоко- омным проводом, сопротивление которого мало зависит от температуры. Выводы от концов реостата 2 (на фигурах не показаны) подсоединены к жилам каротажного кабеля 3, через которые к реостату подключен измеритель сопротивления. Нижняя часть измерительной, камеры 1 до середины ее цилиндрической части заполнена жидкостью k, обладающей высокой электропроводностью, например ртутью. Жидкость Ц играет роль подвижного контакта реостата 2, положение этого контакта меняется в зависимости от зенитного угла датчика. Датчик установлен в нижней части корпуса инклинометра 5 и отделен от него амортизирующей прокладкой 6. Измерительную камеру после заполнения жидкостью Ц герметизируют.

I

Зависимость сопротивления реостата от зенитного угла датчика может быть рассчитана следующим образом.

Обозначим через L длину цилиндрической части измерительной камеры (см. фиг. 2), через а ее радиус. Обозначим через R полное сопротивление реостата, тогда сопротивление единицы его длины составит R/L.

I

Если измерительную камеру заполнить электропроводной жидкостью до уровня L/2, то при вертикальном по- 55 ложении датчика сопротивление реостата равно

1 „ 2 R

(1)

51

При отклонении датчика от вертикали на угол Ц 0 уровень жидкости перемещается вверх на отрезок b от середины цилиндрической части камеры и исключает из сопротивления реостата величину b R/Jj, после чего сопротивление реостата равно

I

R

Ч

R0 - b-R/L 0,5 R - a tg (f

R/L (0,5 L - я tgCf) -R/L.

(2)

При изготовлении реостата в виде проволочной намотки можно подсчитать величину R в зависимости от диаметра

8199936

провода d и сопротивления длины о :

Р d

5

R

2. a-L

10

По формуле (2) выполнен расчет Ец, f (if) для значений L 4 см и а 1 см, какими они были у образца датчика, изготовленного и испытанного в лаборатории ГИС кафедры рудной геофизики. Результаты расчета приведены в таблице, по ним построен график на фиг. 3.

Использование: в геологоразведочной технике, в частности в инкли- нометрии. Сущность изобретения: дат- чик содержит цилиндрическую камеру, частично заполненную жидкостью с высокой электропроводностью, и указатель положения уровня жидкости, выполненный в виде реостата, размещенного на внутренней поверхности цилиндрической камеры, причем функции подвижного контакта реостата выполняет жидкость. 1 табл., 3 ил.

Как следует из расчетов, предложенный датчик обладает достаточно высокой чувствительностью1 даже при малых зенитных углах.

Как видно из формулы (2) , изменение сопротивления датчика пропорционально отношению a/L. Следовательно, размещение реостата на внутренней поверхности измерительной камеры позволяет получить максимальную чувствительность датчика без увеличения его диаметра. особенность датчика существенна для измерений в условиях буровых скважин, так как диаметр последних ограничен. .„

Измерения с предложенным датчиком чрезвычайно просты.

Перед спуском датчика в скважину его подсоединяют к каротажному кабелю и через кабель к измерителю сопротивлений (омметру, мосту Уитстона или другому прибору). Датчик закрепляют в установочном инклинометричес- ком столе и производят его градуировку: измеряют сопротивление реостата при различных зенитных углах и строят график, аналогичный приведенному

на фиг. 3. Затем датчик опускают на забой скважины и производят регистрацию сопротивления реостата 2 при подъеме датчика в непрерывном режиме или при остановках датчика через определенные интервалы по стволу сква- жины. Величину зенитного угла определяют по величине сопротивления реостата, пользуясь градуировочным графиком.

Предложенный датчик зенитного угла может быть установлен в серийных инклинометрах ИК-1, ИК-2, МИР-36, И-7 и др., что значительно упростит их конструкцию и позволил- повысить производительность и точность измерений.

Ф о р м у л-а изобретения

Датчик зенитного угла буровой скважины, содержащий цилиндрическую камеру, частично заполненную электропроводной жидкостью, и реостат, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, реостат размещен на внутренней поверхности цилиндрической камеры.

)--ГИ

Фиг. 2

W