Прибор для измерения кривизны буровых скважин Советский патент 1941 года по МПК E21B47/22 G01B5/24 

В нефтяной промышленности известно применение для измерения кривизны буровых скважин двух расположенных друг над другом сосудов с плавиковой кислотой, равно как и сосудов из кислотоупорного материала с плавиковой кислотой, отмечающей свой уровень на стеклянной пластинке, вставленной в каждый такой сосуд.

Предлагаемый прибор отличается от известных приборов подобного рода тем, что стеклянные пластинки для отметки уровня кислоты в двух имеющихся в приборе и помещенных друг над другом сосудах расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, таким образом, что при кривизне скважины отмечаемые на стеклянных пластинках следы образуют углы с горизонталью, по которым можно определить величину и направление искривления скважины.

Для этого определения служит специальный угломер, который состоит из планшетки с двумя взаимно перпендикулярными направляющими для рамок, несущих стеклянные пластинки с отмеченными на них плавиковой кислотой следами, и из двух

линеек, устанавливаемых по направлению этих отметок. Линейки эти снабжены прорезами для двух шарниров, помешенных во взаимно перпендикулярных прорезах планшетки, один из которых соединен с поворотным угольником, а другой пропущен одновременно через прорез угольника и прорез поворотного указателя, который на шкале угольника показывает угол искривления скважины.

На чертеже фиг. 1 и 2 показывают два вертикальных разреза прибора взаимно перпендикулярными плоскостями; фиг. 3 - разрез по АА на фиг, 1; фиг. 4 -угломер для определения угла искривления скважины по полученным на пластинках отметкам, произведенным алавиковой кислотой; фиг. 5 и 6 - две схемы, поясняющие действие угломера.

Искомый угол а искривления скважины определяется при помощи этого угломера автоматически из уравнения

,tg

без вычисления или измерения углов «j и а,, полученных на стеклянных пластинках.

предлагаемый прибор (фиг. 1-3) состоит из корпуса / с кольцевыми канавками для резиновых колецамортизаторов 2. Корпус / имеет два взаимно перпендикулярных сквозных гнезда, расположенных одно над другим. В эти гнезда вставляются кислотоупорные сосуды 3, За, герметически закрытые резиновыми крышками 5, 5а. Внутри сосудов помещаются стеклянные пластинки 4, 4а.

Таким образом, пластинки 4, 4а располагаются в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях.

Перед производством измерения кривизны скважины, в кислотоупорные сосуды 3 и За наливается, примерно до половины их высоты, плавиковая кислота, в них вводятся пластинки 4, 4а, и оба сосуда вставляются в корпус прибора 7,

Затем весь прибор устанавливается в направляющую желонку и сбрасывается в бурильные трубы или же спускается на канате в бурильные трубы или же непосредственно в скважину. На заданной глубине прибор выдерживается в течение 5- 10 минут, и затем поднимается на дневную поверхность (вместе с долотом или. же подъемом каната, в зависимости от способа опускания прибора). Во время стояния прибора в скважине в неподвижном состоянии на стеклянных пластинках 4 и 4а отметятся следы уровня кислоты. Допустим, что отмеченная линия уровня одной пластинки 4 составляет с нижней ее кромкой угол «i, а другой пластинки 4а - «2При вертикальности скважины следы на обеих стеклянных пластинках окажутся соответственно параллельными нижней их кромке, т. е. углы « и У.2, составляемые нижними кромками и следами уровней на пластинках, окажутся равными нулю.

В случае наличия кривизны скважины, в общем случае, эти углы получат какие-то значения, отличные от нуля. В частном случае, когда отклонение прибора произойдет в плоскости только одной из,стеклянных пластинок, на другой пластинке отмеченный угол («j или ag) будет

равен нулю. Угол кривизны а скважины определится из зфавнения

tga /tg2«j + ,

где у-1 - угол между линией уровня и нижне 1 кромкой одной пластинки и «2 - угол между линией уровня и нижней кромкой второй стеклянной пластинки. Справедливость этого уравнения видна из фиг. 5, к которой можно привести вышеуказанную задачу.

Рассмотрим дйе вертикально расположенные взаимно перпендикулярные полоски I и II (плоскости стеклянных пластинок 4 и 4а). Проведем горизонтальную плоскость /// и примем ее за плоскость уровня кислоты. Пусть плоскость /// пересечет плоскости / и // по прямым АО и ОБ.

Повернем плоскость /// в новое положение ///. Пусть плоскость /// пересечет плоскости / и // по прямым ОС и OD. Обозначим полученные углы АОС через а и BCD через «2 (в действительности плоскость /// всегда горизонтальна, поворачиваются же плоскости / и //, но мы для упрощения задачи поворачиваем плоскость ///, что одно и то же). Углы «1 и «2 соответствуют углам, отмечаемым на- двух стеклянных пластинках плавиковой кислотой.

Определим угол между плоскостями /// и ///, для чего через точку О проведем плоскость /I/, перпендикулярную к линии пересечения плоскостей /// и ///. Плоскость IV пересечет плоскости /// и /// прямы.ми ЕО и OF. Обозначим угол EOF через а. Угол У. и есть искомый угол искривления скважины, который мы определим, имея углы aj и «„ (на стеклянных пластинках).

Проведем в плоскости IV прямую OG, перпендикулярную к плоскости ///, а следовательно и к прямой OF. Полученный угол OOG обозначим через а . Углы к и а равны друг другу, как углы со взаимно перпендикулярными сторонами. Спроектируем прямую OG на две перпендикулярные плоскости / и //, для чего проведем через OG плоскость OGH(V), перпендикулярную

к плоскости /, и плоскость OG/ (VI) перпендикулярную к плоскости //. Пусть плоскость V пересечет плоскость / по прямой ОН. Угол ООН обозначим через а/. Пусть плоскость VI пересечет плоскость // по прямой О/. Угол OOI обозначим через «2.

Докажем, что углы «j и а/ равны. Для этого докажем, что прямые СО и ОН взаимно перпендикулярны. Линия OG пересечения плоскостей У и У1 перпендикулярна к плоско ;ти ///, следовательно, эти плоскости перпендикулярны к плоскости///. Плоскость /// перпендикулярна к плоскости V, но плоскость / также перпендикулярна к плоскости V.

Прямая СО есть след пересечения двух плоскостей / и ///, которые перпендикулярны к третьей плоскости V; следовательно, она также перпендикулярна к этой плоскости, т. е. прямая СО перпендикулярна к плоскости V, но в то же время она лежит в плоскости /, в которой лежит и прямая ОН. лежащая одновременно и в плоскости V. Отсюда следует, что прямые СО и ОН взаимно перпендикулярны. Перпендикулярность прямых АО и ОО очевидна. Следовательно углы АОС и ООН или иначе, углы «j и а/ равны между собой, как углы со взаимно перпендикулярными сторонами. Подобным же путем может быть доказано и равенство углов у и а/.

Проведем теперь через точку М лежащую на прямой OG, плоскость (VII), перпендикулярную к плоскостям / и //. Линия MN перпендикулярна к плоскости / как линия пересечения двух плоскостей V и V7/, перпендикулярных к третьей /. Точно так же и линия ML перпендикулярна к плоскости //. Угол NML - прямой, как угол между двумя перпендикулярами к двум перпендикулярным плоскостям. Прямая LO перпендикулярна к плоскости / как след пересечения двух плоскостей, перпендикулярных к третьей. Также и прямая NO перпендикулярна к плоскости II. Следовательно, угол прямой. Угол также прямой, так как

прямая MN есть перпендикуляр к плоскости /.

Из всего этого вытекает, что четырехугольник есть прямоугольник. Тогда можно написать:

(/Vi)2 ()2 ( + () Заменив а; а.,:

.

и сокращая на ОО, получаем tg а Y tg2a, , следовательно.

а агс tgV .

Значение искомого угла а может быть определено по значениям «j и «2 при помощи угломера, представленного на фиг. 4.

Схема его действия показана на фиг. 6.

Зададимся двумя перпендикулярными осями. От точки их пересечения О отложим отрезки 1. В точках а и b построим углы «i и а,. Точки пересечения сторон угла с осями координат обозначим через // и L. Из схемы следует, что

tg а,, tg ai.

Соединив N с L, можно, согласно выведенной выше зависимости, сказать, что

NL Y (OW)2 + ()2

/tg i+tg- a, tga.

т. е.

Л/. tg а.

Восстановим в точке L перпендикуляр к линии NL и отложим на нем отрезок /,.

Соединим точки Л и С. Ясно, что угол LCM и будет искомым углом а. Угол а отсчитывается по угловой шкале, связанной с прямым углом NLC. На основании этой схемы построен угломер.

На планшетке 6 (фиг. 4) в двух взаимно перпендикулярных направлениях проделаны прямоугольные направляющие 15, 16, в которых могут перемещаться рамки 17 и 18 для стеклянных пластинок 4, 4а. Над рамками 17 и /8 вокруг шарниров 7, 8, лежащих на перпендикуляре к направлению соответствующей рамки, могут поворачиваться линейки 19 и 20. Линейки 19 и 20 имеют прорезы, через которые проходят щарниры 7 и 8, помещенные в двух перпендикулярно направленных друг к другу прорезах хну планщетки. Один из щарниров 7 соединен с угольником 9, подвижным относительно планшетки 6, а другой 8 пропущен в прорез 22 угольника 9 и в прорез поворотно укрепленного в точке 2/ на угольнике 9 указателя 10. Угольник 9 снабжен угловыми делениями. прорезы хну планшетки 6 соответственно параллельны направлениям перемещения рамок 17 и 18. Рамки /7 и /S имеют пружины П и 12 для удержания пластинок 4, 4а. Линейки 19 и 20 имеют винты 13 и 14 для фиксирования их в заданном положении.

При нулевом положении угломера линейка 20 и указатель 10 лежат на одной прямой, а линейка 19 перпендикулярна к ним.

Работа угломером производится Следующим образом.

Стеклянные пластинки 4 и 4а, извлеченные из измерительного прибора (фиг. 1-3) после производства замера имеют на себе отметки, расположенные под углами «1 и «з к их нижним кромкам. Их помещают в рамки 17 и /8 (фиг. 4). Винты 13 и 14 линейки 19, 20 отпущены. Перемещением рамки 17 и линейки 19 добиваются совмещения отметки на пластинке 4 с ребром линейки 19В этом положении линейка 19 фиксируется винтом 13. Этим одновременно фиксируется положение шарнира 7. Затем, перемещением рамки /8 и линейки 20 добиваются совмещения отметки на второй пластинке 4а с ребром линейки 20. При этом угольник 9 и указатель 10, шарнирно связанный в точке 21 с линейкой 20, механически поворачиваются вокруг щарнира 7, и указатель Ю занимает искомое положение. Винтом 14 фиксируется искомое положение подвижной системы. Отсчет искомого угла а производится по угловой щкале угольника 9 у нулевой риски указателя 10.

Как можно убедиться из сравнения фиг. 4 и б, прорезы х ку (фиг. 4) играют роль координатных осей на фиг. 6, щарниры 7 и 8 соответствуют мочкам NL, линейки 19 и 20 являются линиями bL и aN. Роль линии -NC выполняет указатель 10. Точку С, лежащую на перпендикуляре CL к линии NL, представляет собою шарнир 21. Углы Xj и У.2 задаются положением отметок на стеклянных пластинках 4, 4а, вставляемых в рамки 17, 18.

Предмет изобретения.

1.Прибор для измерения кривизны, буровых скважин, снабженный двумя установленными друг над другом сосудами из кислотоупорного материала с плавиковой кислотой, отмечающей в каждом сосуде свой уровень на стеклянной пластинке, поставленной в сосуд, отличающийся тем, что стеклянные пластинки для отметки уровней кислоты в сосудах расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, с целью определения искривления скважины по величине двух отмечаемых кислотой на пластинках углов.

2.При приборе по п. 1 применение угломера для определения угла искривления скважины по, произведенным кислотой отметкам на двух стеклянных пластинках, состоящего из планщетки 6 с двумя взаимно перпендикулярными направляющими для несущих стеклянные пластины рамок 7 и /8 и с двумя устанавливаемыми по направлению отметок на пластинках линейками 19 и 20 с прорезами для шарниров 7 и 8, помещенных в двух взаимно перпендикулярных прорезах планшетки 6, один из которых соединен с ней поворотным угольником 9, а другой пропущен в прорез угольника 9 и в прорез поворотного указателя 10, служащего для указания на шкале угольника 9 угла искривления скважины.

Шиг.З

фиг, 2

ШигБ