ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ИСКРИВЛЕНИЯ БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ И ЕГО АЗИМУТА Советский патент 1933 года по МПК E21B47/22 

Известны приборы для измерения кривизны буровых скважин, снабженные тяжелым отвесом, скользящим по контактам, с целью определения означенной кривизны; не представляет новизны также применение жироскопа, подвешенного на кардановом отвесе, для ориентирования прибора по странам света, а также регистрация искривления карандашами на ленте, надетой на барабан. В предлагаемом приборе, с целью регистрации угла искривления скважины, применен соленоид с сердечником, подвешенным на струне, переброшенной через ролики, при чем сердечник снабжен ползунком с цветными карандашами с целью прочерчивания диаграммы. Последняя надевается на барабан, приводимый во вращение около оси от барабанов лебедки весом спускаемого в скважину прибора при посредстве шестереночно-червячной и канатной передач. Для прочерчивания на диаграмме отдельной линии, отмечающей угол поворота прибора около своей оси, имеется добавочный соленоид, а для замера глубины скважины - особый прерыватель, делающий отметку на диаграмме при каждом обороте барабана при прерывании тока.

На чертеже фиг. 1 изображает вид прибора спереди; фиг. 2 - вид его сбоку; фиг. 3 - горизонтальный разрез его; фиг. 4 - вид лебедки спереди; фиг. 5 - вид его сбоку; фиг. 6 - вид ее сверху; фиг. 7 - вид спереди регистрирующего прибора; фиг. 8 - вид его сбоку; фиг. 9 - продольный разрез приспособления для пропускания тока в скважину; фиг.10 - то-же, поперечный разрез.

Предлагаемый прибор представляет собой комбинацию трех отдельных частей: помещенного на лебедке самопишущего прибора, лебедки с тросом и регистрирующего прибора, прикрепленного к тросу.

Самопишущий прибор (фиг. 1-3) состоит из барабана 1, свободно вращающегося на оси 7, составляющей одно целое со станиной 2, внизу которого нарезано зубчатое колесо 3 для червячной передачи. Это колесо сцеплено с червяком 4, составляющим одно целое с валом 5, на один конец которого насажен на шпонке шкив 6 для канатной передачи 6-30. Вверху и внизу барабана 1 имеются пружинки 13 для зажима бумаги, Верхняя часть оси 7 поднимается над барабаном и имеет квадратную форму 8; на ней при помощи кронштейнов 9, укреплены соленоиды 10 и 11, сердечники которых 17 и 18 и противовесы 15 и 16, соединенные друг с другом струной, удерживаются в нужном положении при помощи двух пар шкивков 19 и 20, укрепленных на специальных кронштейнах вверху над соленоидами и внизу под ними. К нижним частям сердечников соленоидов прикреплены ползунки 21, на некоторых имеются звездочки со вложенными в них цветными карандашами 22. На станине 2, на раздвижном кронштейне, укреплен прерыватель 12 в виде подковообразного электромагнита, якорь которого при размыкании тока оттягивается пружиной; с противоположной стороны якорь имеет иголку, которой может делать отметку на бумаге барабана.

Весь прибор помещен в деревянном ящике, который укреплен на платформе лебедки; здесь же установлены три вольтметра, амперметр, три реостата и четырехполюсный рубильник.

Лебедка (фиг. 2, 4-6) в конструктивном отношении не представляет собой ничего нового за исключением того, что на ней установлен мертвый барабан 24 с канатным шкивом 30 на конце, через который переброшен два или три раза трос, идущий от главного барабана и затем направляющий ролик 25, при помощи которого канат центрируется над скважиной. Для того, чтобы пропускать ток от аккумуляторов и самопишущего прибора в скважину, на конце оси главного барабана на одной с ним шпонке насажена втулка 26 (фиг. 10) из изоляционного материала, на которой укреплено восемь медных колец 27. На станине же лебедки укреплен кронштейн 28, на котором в изоляционном материале помещены восемь медных щеток 29, скользящих при вращении барабана по кольцам 27 и таким образом замыкающих ток; четыре электрических провода от самопишущего прибора направляются к щеткам 29, кольца же 27 соединены с проводами, помещенными в сердечник троса 31 (фиг. 7), который намотан на главный барабан лебедки, и свободный конец которого овивает мерный барабан 24 через ролик 25 и, будучи прикреплен к кольцу регистрирующего прибора, передает ток последнему. Шкив 30 мерного барабана 24 соединен со шкивом 6 самопишущего прибора резиновым канатиком или цепью Галля.

Регистрирующий прибор (фиг. 7 и 8) состоит из верхнего направляющего цилиндра, самого регистратора и нижнего направляющего цилиндра. Верхний направляющий цилиндр имеет по своей длине цилиндрический канал 32, вверху заканчивающийся камерой 34, в которой производится герметическое соединение проводов; трос же прикреплен к кольцу 33. Центрирование прибора в скважине достигается двумя парами роликов 36, расположенных под углом 90°, свободно вращающимися на болтах 35. Последние могут передвигаться в своих прорезах и тем самым центрировать прибор в скважинах разного диаметра. В нижней части цилиндра имеется резиновое кольцо 37, а ниже его - газовая резьба 38, служащие для герметичного присоединения цилиндра к регистрирующему прибору. Провода электрического тока подводятся к контактам 39.

Регистрирующий прибор состоит из маятника 40, укрепленного на шариковом шарнире 41 во втулке 42, которая, в свою очередь, ввинчена в изолятор 43, а последний - в верхнюю часть корпуса 44 прибора. В нижней части маятника имеется контакт 45, который скользит по сопротивлению, уложенному с внутренней стороны шаровой поверхности 46, выточенной в верхней части корпуса 47 прибора; провода от конца сопротивления 46 через отверстие 49 и от маятника (45, 40, 41, 42) через отверстие 48 выводятся на верх втулки 50, ввернутой в верхнюю часть корпуса прибора, где и присоединяются к контактам 51. Внутри корпуса 44 сделана выточка 63, с опущенным в нее через прорези 52 кардановым подвесом 53, на котором на шариковом подшипнике 58 свободно лежит обойма 62 жироскопического компаса 54, приводимого в движение электромотором 55, ток к которому подводится через щетки 57. Электрическое сопротивление имеет разрыв у северного конца прибора, т.-е. начинается оно на 0° и заканчивается на 359°; на обойме же жироскопа имеется контакт 60, скользящий по сопротивлению. Провода, как от электромотора, так и от сопротивления выводятся через отверстие 61 в корпусе прибора на верх втулки 50, где и присоединяются к соответственным контактам 51. Для герметичности под маятником уложено резиновое кольцо 64, а затем в корпус прибора 47 навинчен до отказа патрубок 65. В верхнюю часть этого патрубка ввинчивается верхний направляющий цилиндр. В нижней части 47 регистрирующего прибора сделана прорезь 66 с выходом на север и выточка 81, герметически закрывающаяся пробкой 85 на резине 86. С западной стороны прибора прорезь 66 имеет прямоугольное отверстие, закрывающееся крышкой 88, прикрепленной к корпусу прибора шурупами 74. Внизу корпуса 47 имеется в центре его нарезанная выточка 78 для болта нижнего направляющего устройства и прорез 77 для цепи Галля в случае работы в скважине большего диаметра. В прорези 66 помещается ведущий ролик 69, заклиненный на втулке 70, которая свободно сидит на болту-оси 71. Болт-ось может передвигаться к переферии прибора в северном направлении по прорезям 75 и закрепляться в нужном положении гайкой. Обод ролика выполнен из резины 76. На ролике нарезана шестеренка 72 и звездочка 73. Шестеренка 72 сцеплена с шестерней 67, которая на шпонке насажена на ось 68, один конец которой вращается в корпусе крышки 88, а другой через сальник 84 выходит в выточку 81. На этом конце насажено эбонитовое колесо 80 с четырьмя медными контактами 79. Под ним имеются два медных контакта 82. Пара проводов от контактов 82 через отверстее 87 выводится на верх втулки 50 для присоединения к последней свободной паре контактов 51. Снаружи цилиндр регистрирующего прибора имеет неглубокую черту, направленную параллельно образующей цилиндра и точно соответствующую северу жироскопического компаса, северу шарового сопротивления и вертикальной оси ведущего ролика. По этой линии и по оси ведущего ролика производится ориентировка прибора в скважине перед спуском. Нижнее направляющее устройство регистрирующего прибора представляет собой цилиндр с роликами и по конструкции аналогично верхнему. В случае применения прибора к минимальному диаметру скважины этот цилиндр имеет три ролика, из которых один направлен на юг, а два других - на запад и восток. Наверху цилиндра имеется нарезанный болт, которым он ввинчивается в выточку 78.

Собранный прибор устанавливают на ориентированной скважине, производят соединение проводов, по уровню в скважине придают прибору заданное положение и замыкают рубильник. После этого сила тока в цепи соленоидов 10 и 11, при помощи соответственных реостатов, приводится к нулю; затем, постепенно включая электромотор жироскопа, приступают к спуску прибора в скважину, для чего выключают малую шестерню лебедки и, пользуясь тормозом, производят спуск с любой скоростью. Трос при спуске регистратора вращает мерный барабан 24, а вместе с ним и шкив 30, который вращает шкив 6 самопишущего прибора. Последний при помощи шестереночно-червячной передачи вращает ось 7 барабана 1 и самый барабан. Диаметры колес и барабанов подобраны таким образом, что при опускании прибора в скважину на 1 м барабан 1 поворачивается на 2 мм. Если прибор сохраняет свою ориентировку при спуске и скважина вертикальна и имеет один диаметр, то на барабане 1 оба карандаша чертят горизонтальные линии, а игла прерывателя 12 делает укол на диаграмме через 0,5 мм; если же прибор повернулся вокруг своей оси к 0, то контакт компаса коснется сопротивления на 359°, другими словами, сразу выключит все сопротивление компаса, следствием чего будет увеличение силы тока в малом соленоиде 10, и сердечник 17 последнего будет полностью втянут в соленоид, а на барабане 1 карандаш прочертит почти вертикальную линию снизу вверх, несколько смещенную поворотом барабана. При дальнейшем увеличении угла поворота прибора в том же направлении контакт постепенно будет вводить сопротивление, и сила тока в соленоиде будет падать, а следовательно сердечник будет опускаться и на барабане 1 карандаш будет чертить наклонную линию вниз. То же явление имеет место при регистрации отклонения скважины от вертикали азимута этого отклонения. При строго вертикальной скважине маятник включает через свой контак полностью все сопротивление, и карандаш большого соленоида 11 чертит горизонтальную линию внизу барабана; коль скоро появилось отклонение скважины от вертикали, сейчас же прибор наклонится, а маятник, сохраняя вертикальное положение, постепенно будет переходить с одного витка сопротивления на другой и тем самым будем постепенно выключать сопротивление, вследствие чего увеличится сила тока в цепи, и сердечник 18 будет втягиваться в соленоид 11 все больше и больше, а карандаш на барабане 1 будет чертить некоторую линию, по которой можно определить угол отклонения от вертикали и азимут этого угла. При наличии в скважине увеличенных диаметров, ролик регистрирующего прибора на этих участках не будет касаться стенок скважины, а следовательно не будет вертеться и не будет поворачивать прерывателя 12, вследствие чего ток будет замкнут и иголка не будет прокалывать ленту барабана, который, поворачиваясь от движения троса вниз, даст указание - на каком участке имеет место увеличение диаметра.

1. Прибор для измерения угла искривления буровой скважины и его азимута с жироскопом на кардановом подвесе для ориентировки прибора по странам света, с тяжелым маятником, снабженным острием, скользящим по электрическим сопротивлениям на полусфере, и с электрическими приборами, расположенными на поверхности для регистрации угла искривления и его азимута, отличающийся тем, что, с целью регистрации угла искривления, применен соленоид 10 с подвешенным на струне, переброшенной через ролики, сердечником 17 с ползунком 21, снабженным для прочерчивания диаграммы цветными карандашами (фиг. 1, 3, 7, 10).

2. При приборе по п. 1 применение снабженного диаграммой барабана 1, приводимого во вращение около оси 7 от главного и мерного барабана лебедки весом спускаемого в скважину прибора, при помощи шестереночно-червячной передачи 3-4 и канатной 6-30 (фиг. 1, 6).

3. При приборе по п. 1 применение добавочного соленоида 11 с сердечником 18, служащего для прочерчивания на диаграмме барабана 1 отдельной линии, отмечающей угол поворота прибора около своей оси, причем для замера глубины скважины имеется подпружиненный прерыватель 12, делающий иголкой отметку на диаграмме при каждом обороте барабана 1 при прерывании тока (фиг. 1, 3).