Устройство для измерения азимута буровой скважины Советский патент 1980 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к области геофизических Исследований скважины и может применяться при инклинометрии скважин, измерении азимута ориентации сква- жинных приборов и отклонителей в процес се бурения. Известно устройство для контроля комплекса параметров траектории скважины и направления отклонителя, в котором используется Датчик азимута с магнитной стрелкой, выполненный в герметичном кожухе, заполненном непроводящей жидкостью. Чувствительным элементом датчика азимута служит магнитная стрелка, укреп ленная на роторе вращающегося бесконтактного преобразователя угла поворота в электрическое напряжение. Ротор снабжен поплавком, разгружающим его опоры. Магнитная стрелка, взаимодейств тощая с магнитным полем Земли, поворачивает взвешейный на поплавке ротор на определенный угол в зависимости от азимута скважины. В зависимости от угла поворота изменяет ся величина напряжения на выходе преоб- разователя, с которого снимают к подают на поверхность соответствующий сигнал Недостатками указанного устройства являются малая точность при измерении азимута вследствие трения в опорах преобразователя и малая надежность в условиях вибраций и ударов во время транспортировки и измерения, вызывающих быстрый износ и заклинивание подвимоюй части. Известно также устройство для измерения азимута буровой скважины, содержащее поворотный корпус с опорами, поплавок с магнитной стрелкой, вибратор с якорем и феррозонд 2, Недостатки указанного устройства - малая точность вследствие остаточного трения в подщипниковых опорах или вибрации струны, а также сложность конструкции, большие габариты и невысокая надежность. Невысокая надежность обусловливается наличием подшипниковых узлов и относительно большой массой взвешивавмого ротора датчика с мап1итами. В усло виях значительных вибраций при механическом бурении опоры ротора вькрдят из строя, вызывая заклинивание подвижной части датчика азимута. Целью изобретения является повьпие- ние точности измерения и надежности работы устройства. Цель достигается тем, что устройство снабжено сильфоном, поворотной рамксй с опорами и грузом, при этом сильфон установлен в корпусе и делит его на две герметичные- полости, в одной из полостей расположен вибратор, якорь которого соединен с сильфоном, а в другой - вьшол- ненная с воздушной полостью в верхней части поворотная рамка с опорами и грузом, внутри которой размещен поплавок с магнитной стрелкой, а снаружи - феррозонд, причем рамка с поплавком образует полость, сообщающуюся отверстием в нижней части рамки с полостью корпуса, а отверстием в верхней ее части - с воздушной полостью. На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство. Устройство содержит внешнюю поворот ную рамку 1 с герметичной полостью 2, служащей поплавком, и герметичной полостью 3, заполненной жидкостью. Рамка 1помещена в жидкость, снабжена эксцен ричным грузом и может поворачиваться вокруг собственной оси на опорах 4. Герметичная полость 3 отделена от полости 2сильфоном 5, с которым жестко скреплен якорь 6 электровибратора.. Катущка 7 электровибратора закреплена на рамке j в полости 2. Внутри герметичной полости 3 на опоpax 8 установлена внутренняя поворотная рамка 9, снабженная грузом 1О. Внутрен няя поверхность рамки 9 вьгаолнена в виде сферы, в которой помещен сферический пустотелый поплавок 11.Полость между рамкой 9 и поплавком 11 частично запол нена жидкостью. В рамке 9 имеется отверстие 12, через которое жидкость може заполнять внутреннюю ее полость-, и отвер стие 13, через которое сферическая полость сообщается с полостью 14, заполненной воздухом или газом. Объем полос ти 14 намного больше объема, заключенн го между двумя сферическими поверхностя ми (внутренней поверхности рамки 9 и внешней поверхностью поплавка 11).Внутри поплавка 11 жестко закреплены магни ная стрелка 15 и груз 16. Снаружи пово ротной рамки 9 жестко укреплен кольцевой феррозонд 17.; Устройство работает следующим образом, В наклонной скважине рамка 1 разворачивается на опорах 4 так, что плоскость качания рамки 9 устанавливается в апсидальную плоскость, а плоскость феррозон-. да 17 - приблизительно в горизонт. На катушку 7 электровибратора подается переменньгй ток, под действием которого якорь 6 перемещается, изменяя через сильфон 5 объем герметичной полости 3, При уменьшении объема герметичной полости 3 (ход якоря вниз) давление жидкости возрастает и жидкость поступает через отверстие 12 в полость между двумя сферическими поверхностями, вытесняя из нее воздух через отверстие 13 в полость 14. Поплавок 11 всплывает и центрируется. Движение поплавка происходит до тех пор, пока он полностью не отцентрируется и не перекроет отверстие 13, при этом магнитная стрелка 15 под действием груза 16 приблизительно устанавливается в горизонт и по направлению магнитного поля Земли. В этот момент движение якоря прекращается, так как жидкость практически несжимаема. При движении якоря в обратную сторону давление жидкости внутри герметичной полости 3 уменьшается. Уровень жидкости в полости между двумя сферическими поверхностями снижается и поплавок начинает движение вниз, не касаясь стенок внутренней сферической поверхности рамки 9. При этом поплавок более точно устанавливает магнитную стрелку по направлению горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Движение поплавка вниз происходит до тех пор, пока он не перекроет отверстие 12. /Движение якоря 6 прекращается. Затем начинается новый цикл и т.д. В результате магнитная стрелка точно устанавливается по направлению горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Движение поплавка под действием вибраций электровибратора способствует также снижению трения в опорах 8 и более точной установке плоскости феррозонда 17 в горизонт. По показаниям феррозонда регистрируется положение плоскости искривления скважины относительно плоскости магнитного меридиана (положение магнитной стрелки). Высокой точности установки плоскости феррозонда в горизонт не требуется.