Прибор для определения кривизны буровых скважин Советский патент 1931 года по МПК E21B47/22 G01B7/305 

В предлагаемом приборе для определения кривизны буровых скважин, опускаемом на тросе или штангах, отклонение скважины от вертикали и азимут ее определя1бтся выпуклой магнитной стрелкой с тремя штифтами на ней, насаженной на постоянно сохраняющую свое вертикальное положение ось, и полусферическим башмачком, связанным штоком с поддерживаемым навесу пружиной якорем, притягиваемым к электромагнитам в моменты пропускания через них мгновенного тока из внешней цепи, отчего башмачок каждый раз наталкивается на штифты магнитной стрелки и воспринимает на своей навошенной или покрытой желатином поверхности их отпечатки. По расположению полученных отпечатков и определяется величина и направление искривления скважин.

На чертеже фиг. 1 изображает вертикальный разрез прибора; фиг. 2-вид вверху башмачка с примерными оттисками магнитной стрелки.

Предлагаемый прибор состоит 1) из сферической магнитной стрелки (фиг. 1) с тремя острыми штифтиками на ее верхней поверхности, из коих один штифтик находится посередине стрелки, а остальные-по одному на концах ее; эта стрелка вращается на острие стальной иглы, заделанной в верхний конец медной оси 2, ввинчиваемой в медную

втулку 3 с тяжелым полусферическим нижним концом; втулка при помощи двух пар перпендикулярных и диаметрально расположенных шипов и одного промежуточного кольца 4 из дюралюминия свободно подвешена к стенкам внутренней медной трубы 5 прибора и потому при всяких отклонениях его от вертикали всегда сохраняет отвесное положение; 2) медного башмачка б с вогнутой сферической поверхностью с наклеенной на нее тонкой резиновой или суконной покрышкой, смазываемой перед употреблением прибора желатином или горячим воском, на поверхности которого и получаются отпечатки штифтов магнитной стрелки; сферическая поверхность башмачка и поверхность магнитной стрелки имеют один и тот же радиус кривизны; 3) механизма, приводящего башмачок 6 в движение и состоящего из двух пар электромагнитных катушек 7, расположенных вокруг длинной состоящей из двух частей оси 8 из дюралюминия, при чем на верхней (квадратной) части укрепляется с помощью гайки железный якорь 9, а нижняя (круглая) часть поддерживает навинченный на ее конец башмачок 6. Ось 8 свободно проходит через направляющие ее движение центральные отверстия в двух укрепленных шурупами к стенкам трубы 5 дисках: железного 10, служащего в то же время

основанием для электромагнитных катушек, и латунного 11 со втулкой 12с верхним шестигранным концом, ограничивающей ход башмачка 6 вверх в те периоды времени, когда тока в электромагнитах нет и вес якоря 9 вместе со связанными с ним частями не в состоянии преодолеть подъемной силы действующей на якорь спиральной пружины 13, упругость которой может быть регулируема при помощи длинной шестигранной муфты 14 также из дюралюминия, соединяющей между собой обе части оси 8.

Медная труба 5 закрывается сверху ввинчиваемой в нее медной же крышкой 15 и вместе со всеми находящимися в ней частями ввинчивается в наружную медную трубу 16, зажимая при этом резиновое кольцо 17, прокладываемое для герметичности соединения.

Сквозь крышку 15 проходит сквозной канал 18 с залитыми в нем каким-либо водонепроницаемым составом двумя электрическими изолированными гибкими проводами от внешней электрической цепи, идущими к двум контактным винтам 19, к которым присоединяются также концы обмотки электромагнитов прибора. На верхней части крышки имеется УШКО 20, охватываемое петлей гибкого троса, при помощи которого прибор опускается в буровую скважину.

Снизу прибор герметически закрывается крышкой 21, ввинчиваемой в наружную трубу 16 прибора.

Резиновые ролики 22, размещенные на каждой из крышек прибора в количестве четырех или трех штук и поддерживаемые вращающимися на шарнирах двойными стойками с пружинами 23 и упорными винтами 24, которыми можно изменять расстояния роликов от продольной оси прибора в соответствии с диаметром буровой скважины, а также регулировать нажим роликов на стенки обсадных труб,-служат для предупреждения отклонения прибора от оси буровой скважины или смещения его в сторону от этой оси, от чего зависит точность показаний прибора и возможность пользоваться одним и тем же прибором при исследованиях скважин разных диаметров, раздвигая для этого ролики на соответствующие расстояния от оси прибора. Для устранения возможности вращения прибора вокруг своей оси при опускании его в cквakинy в нижней крышке прибора имеется гнездо 25 с винтовой резьбой для присоединения какого- 1ибо баласта в виде ряда соединенных между собою буровых штанг.

При разборке прибора, с целью извлечения из него для осмотра башмачка б, отвинчивается сначала верхняя крышка 15, после чего за эту крышку извлекается из наружной трубы 16 внутренняя труба 5. Вслед за сим через широкие продольные прорезы 26 последней подвинчивают несколько вверх установочную втулку 12, свинчивают с оси 8башмачок 6 и боком вынимают его наружу через те же прорезы 26. При установке башмачка снова на свое место и при дальнейшей сборке частей прибора все перечисленные операции повторяются в обратном порядке.

Способ обращения с описанным прибором при производстве с ним работ состоит в следующем. Подвешенный на гибком тросе прибор вместе с присоединенными к нему проводами от внешней э йктpичecкoй цепи опускается в буровую скважину доопределенной глубины. По остановке прибора пропускается через него из включенного во внешнюю электрическую цепь аккумулятора мгновенный электрический ток, электромагниты прибора притягивают к себе якорь 9, вследствие чего связанный с ним при помощи оси 8 башмачок 6 поддается вниз до встречи с магнитной стрелкой, т.-е.,до получения на покрытой желатином или воском поверхности его оттисков штифтов стрелки. После этого выключают ток, извлекают прибор из скважины на дневную поверхность и, вынув из него башмачок, исследуют полученные на нём отпечатки.

Для возможности без затруднения распознавать, какой из оттисков магнитной стрелки относится к северному или южному ее концу, штифты магнитной стрелки располагают на ней на разном расстоянии от центрального штифта, напр., так, что северный штифт располагают от центрального штифта дальше, а южный-ближе.

При каждом приборе должен находиться комплект из нескольких башмачков, поочередно вставляемых в прибор, до момента окончания обследования оттисков на поверхности использованных башмачков. По рассмотрении оттисков, таковые удаляются путем смывания их водой или бензином, после чего поверхность башмачка вновь покрывается слоем желатина или воска для восприятия новых оттисков магнитной стрелки.

Чтобы воззраш,ающийся в свое исходное положение по снятии оттисков магнитной стрелки башмачок не увлекал эту стрелку за собой, на ось стрелки надевается удерживаемая на месте гайкой медная пластинка с загнутыми лапками, ограничивающая подъем стрелки некоторым пределом, за которым при дальнейшем ходе башмачка происходит отрыв прилипшей к его поверхности магнитной стрелки, которая затем под влиянием собственного веса и садится :нова на острие своей оси.

Для ускорения хода исследовательских работ можно операцию получения отпечатков на разнух глубинах буровой скважины повторять последовательно, не вынимая прибора из скважины. Тогда от каждого из трех вышеупомянутых штифтов(Магнитной стрелки на поверхности башмачка получится непрерывный ряд мелких углублений, при чем средний из этих рядов даст наглядное представление о пути буровой скважины по всей ее длине.

Для использования упомянутых отпечатков для измерения искривлений буровой скважины следует иметь ввиду, что отпечатки центрального штифта магнитной стрелки будут располагаться на сферической поверхности башмачка на большем или меньшем расстоянии от центра этой поверхности, в зависимости от степени отклонения буровой скважины от вертикального положения. Эта зависимости для каждого прибора может быть вычислена заблаговременно и занесена в особую таблицу, пользуясь которой или специально вычерченным масштабом и измеряя при этом циркулем упомянутые расстояния (хорды больших кругов на поверхности башмачка), можно будет сразу найти и те углы, на которые отклонилась скважина от вертикального или иного заданного ей направления.

Ориентировки отклонения по странам света определяются по углу между магнитной осью стрелки, изображенной на плане поверхности башмачка пунктиром в виде прямой (фиг. 2), представляющей собой проекцию на горизонтальную плоскость части дуги большего круга, каковую дугу можно в действительности провести на поверхности башмачка через имеющиеся на ней оттиски штифтов магнитной стрелки, и прямой, представляющей собой проекцию на ту же плоскость расстояния между отпечатком центрального штифта магнитной стрелки и центром сферической поверхности башмачка.

Так, например, если центральные штифты оттисков магнитной стрелки в двух ее положениях - I и II, показанных на плане поверхности башмачка, отстоят от его центра на расстояниях и , соответствующих по масштабу углам в 30 и 40, то из означенного чертежа можно видеть, что в первом случае имело место отклонение буровой скважины от вертикали на 30°, при чем это отклонение произошло на угол NiOilf к западу от направления, которое имела магнитная стрелка в момент снятия с нее первого отпечатка, т.-е. северного направления, во втором же случае-что буровая скважина отклонилась от вертикали на 40° и что направление этого отклонения определяется углом . на восток от северного направления.

В случае, когда направления осей магнитной стрелки во всех ее отпечатках, снятых на различных глубинах буровой скважины, параллельны между собой, достаточно иметь на поверхности башмачка только один отпечаток крайних штифтов магнитной стрелки, чтобы, пользуясь этим отпечатком, определить направление искривления буровой скважины по всем прочим находящимся на башмачке отпечаткам одних центральных штифтов магнитной стрелки, т.-е. в этом случае надобности в наличии во всех остальных отпечатках магнитной стрелки оттисков крайних штифтов ее не встречается. Поэтому можно сконструировать штифты магнитной стрелки таким образом, чтобы, по желанию, можно было получать или оттиски всех

трех штифтов магнитной стрелки, или только одного центрального из них, для чего последний можно сделать несколько длиннее остальных, а в электрическую внешнюю цепь включать или выключать добавочное сопротивление, изменяюш,ее силу тока, а следовательно, и силу действия электромагнитов прибора, вследствие чего на сферической поверхности башмачка и будут получаться оттиски то одного центрального штифта магнитной стрелки, то всех трех штифтов ее, из каковых оттисков средний будет несколько глубже остальных.

На фиг. 2 показан случай III расположения трех рядов оттисков магнитной стрелки, из каковых два крайних соответствуют отпечаткам крайних штифтов магнитной стрелки при упомянутой выше параллельности магнитных осей, а средний ряд б представляет собой оттиск центрального штифта и прямо указывает вид горизонтальной проекции пути искривления буровой скважины.

Чтобы при многочисленности оттисков штифтов на поверхности башмачка было легче разобраться в том, какому порядковому номеру соответствует тот или иной оттиск, можно оттиски трех штифтов магнитной стрелки (тройные оттиски) производить с определяемой вперед постепенностью (но не периодичностью) получения оттисков только одного центрального штифта. Поэтому, например, на чертеже между тройными оттисками число промежуточных (ординарных) меняется 6т 1 до 3.

Случай параллельности осей магнитной стрелки на поверхности башмачка может иметь место тогда, когда за все время нахождения прибора в буровой скважине, во-первых, его магнитная стрелка не выходит из плоскости магнитного меридиана данного места, что будет свидетельствовать об отсутствии в районе исследований магнитных руд, и во-вторых, когда вращения прибора вокруг своей продольной оси не происходит, так как в противном случае все предшествующие оттиски магнитной стрелки поворачивались бы по отношению к последующим на некоторые углы, соответствующие поворотам самого прибора, каковое обстоятельство .хотя и изменило бы указанный на чертеже вид

расположения непрерывных рядов крайних оттисков штифтов магнитной стрелки,, но ни в какой степени не помешало бы пользоваться ими попрежнему. В случае залегания на пути буровой скважины или вблизи ее магнитных руд, способных отклонить магнитную стрелку прибора от своего нормального положения на некоторый уголдг, для возможности пользоваться для исследований тем же прибором, необходимо принять меры к недопущению самопроизвольного вращения во время нахождения его в буровой, скважине, по направлению оттисков, полученных при нахождении прибора в устьи буровой скважины или вообще на той глубине ее, где влияние магнитных руд на магнитную стрелку не сказывается. При этом безразлично, какой из двух вышеупомянутых оттисков будет предшествовать другому. Важно лишь, чтобы угол между двумя вышеупомянутыми направлениями магнитной стрелки, равняющийся при указанных условиях как раз вышеозначенному . углу х, не изменил бы своей величины за весь промежуток времени получения оттисков магнитной стрелки, соответствующих названным направлениям. Определение величины угла искривления буровой скважины при указанных выше условиях, т.-е. при наличии в районе исследований магнитных руд, не изменяет описанного выше способа определения величины этого угла по расстоянию оттиска центрального штифта магнитной стрелки от центра сферической поверхности башмачка.

Применение описанного прибора может быть расширено для. исследования им залеганий магнитных руд, т. к., определяя с его помощью на различной глубине буровых скважин углы отклонения магнитной стрелки от нормального поло- жения и направления этих отклонений, можно получить данные для характеристики .расположенных в этом районе магнитных руд.

По указанию изобретателя, предлагаемый прибор значительно проще по конструкции, чем другие известные приборы, служащие для той же цели, т.-е. для определения кривизны скважин. Как на преимущества прибора, он указывает на возможность получения за один спуск

прибора в буровую скважину целого ряда его показаний, применимость прибора для обследования различных буровых скважин и, наконец, на применимость этого прибора непосредственно для исследований залеганий магнитных

рудПредмет изобретения.

Прибор для определения кривизны буровых скважин, отличающийся применением выпуклой магнитной стрелки Л с тремя штифтами на ней, насаженной на постоянно сохраняющую вертикальное положение ось 2, и полусферического башмачка -б, связанного при посредстве штока 8 и пружины 13 с якорем 9, притягиваемым электромагнитом 7 в моменты пропускания тока из внешней цепи, для получения отпечатка штифтов стрелки 1 на навощенной или покрытой желатином поверхности башмачка 6.