Инклинометр Советский патент 1980 года по МПК E21B47/02 

(54) ИНКЛИНОМЕТР

1

Изобретение относится к горному, делу, а именно к устройствам для измерения искривления скважин. Оно может быть применено в организациях, ведущих разведку и добычу полезных ископаемых.

Известен инклинометр, состоящий из рамки с эксцентричным грузом и установленных в рамке буссоли и отвеса. Их недостатком является снижение точности измерения азимута при малых зенитных углах в связи с застоем рамки. Ошибки измерения азимута при зенитных углах 2-5° составляют ±20°, а при углах 1 - 2° - ±40°. Известен способ уточнения отсчета при малых зенитных углах с помощью шарика, катающегося на вогнутой сферической поверхности 1.

Известен инклинометр, включающий свободно вращающуюся на вертикальной оси рамку с эксцентрично расположенным грузом и контактными кольцами и укрепленные в рамке буссоль и отвес, снабженные электрическими датчиками - реохордами, выводы которьгх соединены с контактными кольцами рамки 2.

Недостатком инклинометра является TOi что при малых .зенитных углах происходит «застой рамки в связи с тем, что уменьщившаяся по величине составляющая веса эксцентричного груза не в состоянии преодолеть силы трения рамки в опорах. Рамка не поворачивается в положение, когда она строго перпендикулярна апсидальной (вертикальной) плоскости, соответственно не совпадает с этой плоскостью начало реохорда, по которому отсчитывается азимут. Это приводит к большим ошибкам в измерениях азимута. По характеристике инклинометров диапазон измерений азимута с точностью

10 i 4 градуса начинается с зенитного угла 4-5°. В то же время во многих случаях

X требуется уже при углах 2-3°.знать направ,ление искривления скважины, чтобы принять своевременные меры по предупреждению или ликвидации искривления.

Цель изобретения повышение точности измерения азимута при малых зенитных углах.

Цель достигается тем, что известный инклинометр, включающий свободно вращающуюся на вертикальной оси рамку с эксцентрично расположенным грузом и контактными кольцами, укрепленные в рамке буссоль и отвес, снабженные электрическими датчиками -- реохордами, выводы которых соедийены с контактными кольцами, снабжен дополнительным реохордом, установ; еннь М перпендикулярно оси рамки, и желобом, жестко закрепленным на рамке параллельно реохорду, причем дополнительный реохорд установлен с возможностью осевого перемещения вдоль оси рамки и контактирования с помещенным в )Келоб шариком. Для автоматического уточнения показаний прибора дополнительный реохорд и желоб включены в электрическую цепь измерения азимута, причем начало азимутально-. го реохорда присоединено к началу дополнительного реохорда, а желоб-к контактному кольцу.

Уточнение показаний приборй возможно в связи с тем, что П1арик, свободно катающийся на полированной поверхности желоба, обладает большой способностью зани. мать положение в наиболее низко располо женной части желоба, т.е. в вертикальной плоскости, проходящей через ось прибора, чем рамка занимать положение перпендикулярное этой плоскости.

Нафиг. 1 изображен инклинометр; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 1.

Инклинометр устроен следующим образом.

В рамке 1, снабженной эксцентричным грузом 2 и свободно вращающейся на оси 3, расположена буссоль 4 с реохордом 5 и контгГКтн ой магнитной стрелкой 6 и отвес 7 с реохордом 8 и контактной стрелкой 9. Над буссолью перпендикулярно оси рамки расположен дополнительный реохорд 10 в диэлектрической колодке И, которая подвешена на, штырях 12 на нажимном кольце 13. Штыри 12 зЯкрёплены в колодке 11 и свободно -pa-3Mg ljeli.,f в dtBepcTHHX нажимного кольца 13. Между нажимным кольцом 13 и колодкой 11 дополнительного реохорда 10 размещены пружины 14. Под реохордом 10 жестко закреплен в рамке I .параллельно реохорду диэлектрический корпус 15 с гголирован1 ым металлическим желобом 16, в котором находится токопроводящий шарик 17. (Все элементы инклинометра выполнякзтся из немагнитных материалов). Желоб 16 занимает в корпусе 15 сектор около 240°. Со стороны, противоположной грузу 2, на корпусе 15 имеется выступ 18, расположенный на одном уровне с шариком 7. Инклинометр имеет толкатель 19, взаимодействующий с нажимным кольцом 13. На верхней оси рамки 1 располо ены контактные кольца 20, которые служат для снятия показаний инклинометра. С контактными кольца МИ при измерении св:язан наземный пульт управления (на схемах не показан). Со средним контактным кольцом соединенЬ проводником 21 начало реохорда 8 зенитного угла, с верхним кольцом с помощью проводника 22 свя.чаны конец реохорда 8 зенитного угла, контактная игла 9 и конец

746095

азимутального реохорда 5. Начало азимутального реохорда 5 соединено проводником 23 с началом дополнительного реохорда 10. Желоб 16 соединен проводником 24 с нижним контактным кольцом.

5 Дополнительный реохорд 10 по размерам и материалу проволоки анлогичен реохорду 5, но занимает часть круга, ограниченную сектором 240°. При этом угол / 120° заведомо больше возможных погрешностей измерения азимута, связанных с засв тоем рамки.

Электрическая цепь измерения азимута начинается на нижнем контактном кольце 20 и включает последовательно соединен, ные проводник 24, желоб 16, шарик 17, контактируюплий с желобом 16, часть реохорда 10 от ТОЧКИконтакта его с щариком 17 до конца, соединенного проводником 23 с началом азимутального реохорда 5; далее в цепь входит участок реохорда 5 от его

0 начала до северного конца контактной магнитной стрелки 6, стрелка 6, кольцевой контакт буссоли 4, соединенный через проводник 22 с верхним контактным кольцом 20.

Очевидно,что такая измерительна я цепь может быть замкнута только тогда, когда реохорд 10 прижат к расположенному под ним шарику 17, а контактная магнитная стрелка - к рео(орду 5 и контактному кольцу буссоли 4..

Для прижатия к реохордам 5 и 8 соответственно стрелок 6 и 9 инклинометр, аналогично известным серийно выпускаемым инклинометрам, снабжен рычажной системой, соединенной в плоскости рамки 1 с нажимным кольцом 13. Эта система на схеме не показана.

Инклинометр работает следуюгдим образом.

В скважине с большим зенитным углом центр тяжести груза 2 находится строго в апсидальной плоскости скважины. Плоскость рамки перпендикулярна апсидальной плоскости. Начало отсчета азимута (разрыв реохорда 5) строго совпадает с проекцией оси скважины на горизонтальную плоскость. В расположенном над буссолью желобе 16 щарик 17 тоже находится в апси дальной плоскости, строго по оси симметрии реохорда 10.

При нажатии, толкателя 19 на нажимное кольцо 13 (на фиг. 1 направление перемещения показано стрелкой) происходит с поj мощью рычажной системы прижатие контактной стрелки 6 к реохорду 5 и перемещение вниз колодки 11 до прижатия с одной ее стороны реохорда 10 к шарику 17, а с другой - плоскОсти колодки к выступу 18 корпуса 15. Усилие прижатия реохорда 10

к шарику 17 определяется силой сжатия пружин 14, так как после касания реохорда 10 и шарика 17 кольцо 13 прололжаег перемещаться вниз относительно штырей 12, ежимая пружины 14. Такая конструкция предохраняет систему от поломок. Колодка II реохорда 10 одним краем упирается через реохорд 10 в шарик 17, а другим в выступ 18, который служит для устранения перекоса колодки 11 и реохорда 10. Замыкается начинающаяся на контактных Кольцах 20 электрическая цепь измерения азимута, в которую входят проводник 24, желоб 16, укрепленный в корпусе 15 на рамке 1, шарик 17, часть дополнительного реохорда 10, проводник 23, часть азимутального реохорда 5, контактная магнитйая стрелка 6, контактное кольцо, проводник 22.

В цепь включена часть реохорда 5, соответствующая азимутальрюму углу а и половина дополнительного реохорда 10-угол Д т.е. общая длина реохорда соответствует сумме углов а + /.

В измерительный мост наземного пульта управления инклинометром должно быть включено постоянное сопротивление, компенсирующее включенную .в цепь половину дополнительного реохорда. Тогда инклинометр будет фиксировать азимут скважины а.

Система измерения зенитного угла, включающая реохорд 8, отвес 7 и стрелку 9 и проводник 21 работает независимо от измерения азимута так же, как ив известном инклинометре.

При малых зенитных углах в связи с застоем рамки I, связанным с трением в опоpax 3, центр тяжести груза 2 не совмещается с апсидальной плоскостью, отходя от нее на некоторый угол, являющийся ошибкой измерения. При расположении груза с левой стороны от направления скважины АВ ошибка прибавляется к азимуту,)а с правой - вычитается из него. На соответствующий угол повернуты вместе с рамкой желоб 16 и дополнительный реохорд 10. Шарик 17, обладающий большей чувствительностью, чем рамка I, скатывается по желобу 16 в положение более близкое к апсидальной плоскости или находящееся точно в ней.

При прижатии, дополнительного реохорда 10 к щарику 17 при измерении в цепь включается соответственно меньший или больший участок дополнительного реохорда.

Но в обоих случаях д.чим роохордов соответствует случаю, когда инк.1инометр показывает точное значение л:111мута. Следовательно, предлагаемая конструкция тШойяет 1вт6матичеЧки устранять или уменьшать (при некотором несовпадении шарика с апсидальной плоскостью) погрешность измерения азимутального угла скважины при малых зенитных углах.

Изобретение может быть реализовано в существующих серийных приборах без принu.tnнaльныx изменений конструкции. Нали0чие предлагаемой системы, как было показано, не мешает проведению измерений при любых больших зенитных углах скважины. Ожидается, что данное устройство позволит уменьшить опжбки измерения азимута при малых зенитных углах не менее, чем в 2 раза.

Формула изобретения

20

Инклинометр, включающий свободно вра1цающуюся на вертикальной оси рамку с .эксцентрично расположенным грузом и контактными кольцами, укрепленные в рамке буссоль и отвес, снабженные электрическими датчиками-реохордами, выводы которых соединены с контактными кольцами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения азимута при малых зенитных углах, он снабжен дополнительным реохордом, установленным перпендикулярно dcil рамки, и желобом с шариком, причем желоб жестко закреплен на рамке параллельно дополнительному реохорду, который установлен с возможностью осевого перемещения вдоль оси рамки, при этом дополнительный реохорд и желоб включены в электрическую цепь измерения азимута.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

20

A -A

(puz.Z ,6

f

.З