Инклинометр Советский патент 1981 года по МПК E21B47/02 

1

Изобретение относится к устройствам для геофизических исследований скважин, а именно к инклинометрии, и может быть использовано для измерения азимутальных и наклонных углов различных скважин при разведке нефтяных и газовых месторождений.

Известно устройство, содержащее корпус с кардановым подвесом, на валу которого размещен поплавок с магнитной стрелкой и ротор датчика угла, содержащего статор с обмотками 1.

При изменении азимутального угла ротор вместе с магнитной стрелкой устанавливается по полю Земли, а сигнал снимается со статорной обмотки датчика.

Устройство имеет следующие недостатки:

1.Низкую надежность из-за наличия подвижных токоподводов ротора датчика угла.

2.Ограниченные возможности, так как устройство может быть использовано лишь для измерения азимутальных углов.

3.Пизкую чувствительность из-за наличая воздушного трансформаторного датчика угла.

4.Низкую точность передачи сигнала изза его амплитудного характера.

Известно также устройство, которое содержит корпус, преобразователь угла с обмотками на цилиндрическом статоре, соединенными в две параллельно и встречно включенными «звездами, внутри статора размещен плоский ротор 2.

Устройство имеет ограниченные возможности, обусловленные только измерением азимутальных углов.

Кроме того, оно имеет следующие недостатки:

1. Недостаточно надежно из-за подвижных токоподводов роторов датчика углов. 2. Низкую чувствительность из-за наличия воздушных трансформаторных датчиков углов.

3. Невозможность определения критических углов наклона скважин из-за постоянного изменения выходного сигнала в области критических углов, что ограничивает возможности устройства.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений.

Указанная цель достигается тем, что инклинометр снабжен установленным на карданном подвесе сплошным магнитом и жестко связанным с корпусом полым магнитом и шестью герконами, причем сплошной магнит размещен в полом магните, а герконы - в зазоре между магнитами под соответствующими обмотками статора.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема инклинометра; на (йг. 2 и 3 - размещение герконов, вид сверху; на фиг. 4 - схема соединения герконов и обмоток; на фиг. 5 - теоретическая кривая зависимости

t/Bbix- /(v).

Инклинометр содержит кардановую систему 1 с осью 2 (фиг. 1). На оси 2 установлен ферромагнитный ротор 3 и сплошной цилиндрический магнит 4, размещенный на конце оси. Магнит 4 свободно охвачен полым цилиндрическим магнитом 5, жестко установленным в корпусе. Ротор 3 (фиг. 2) свободно охвачен цилиндрическим статором 6 с щестью обмотками 7-12. В зазоре между магнитами 4 и 5 (фиг. 1) по поверхности телесного угла, образующие которого определяются максимальным вертикальным углом скважины, установлены щесть герконов 13-18, каждый из которых размещен в плоскости, соответствующей обмотке статора (геркон 13 под обмоткой 7, геркон 14 под обмоткой 8, геркон 15 под обмоткой 9, fepKOH 16 под обмоткой 10, геркон 17 под обмоткой 11, геркон 18 под обмоткой 12). Обмотки 7-12 включены встречно в две трехфазные параллельные «звезды, каждый из герконов соединен накоротко с соответствующей обмоткой. Диаметр ротора 3 меньще внутреннего диаметра статора 6 на величину, определяемую максимальным вертикальным углом отклонения.

Принцип действия инклинометра заключается в следующем.

При строгом вертикальном размещении корпуса ротор 3 устанавливается в среднем положении, при этом сигнал на выходе между нулевыми узлами звезд равен нулю ввиду равенства сопротивлений плечей трехфазного моста, т. е. .

При отклонении скважины от вертикали под действием силы тяжести ротора 3 и магнита 4 происходит смещение оси 2. Однако угол этого смещения меньще угла отклонения скважины от вертикали, поскольку магниты 4 и 5 включены встречно, что приводит к появлению усилия, возникающего при отклонении магнита 4 от среднего положения и действующего на магнит 4 в сторону, противоположную отклонению. При этом на выходе появляется напряжение t/Bbix7 0, амплитуда которого будет определять величину угла отклонения от вертикали, а фаза будет определять азимут плоскости отклонения скважины. Так, если плоскость отклонения направлена через

обмотку 7 (фиг. 3), то фаза в-ыходного напряжения будет опред,еляться напряжением фазы А; если плоскость отклонения будет проходить через обмотку 9, то фаза выходного напряжения будет определяться фазой В. Если плоскость отклонения будет проходить через обмотку 8, то фаза выходного напряжения будет определяться фазой С. В соответствии с из ложенным можно записывать:

вых Т „-С08(,

где Y - угол отклонения скважины of Вертикали;

№-азимутальный УГОЛ. При достижении критического угла отклонения, определяемого условиями бурения, что фиксируется с помощью герконов,

включается тот геркон, к которому максимально приближается магнит 4, при этом происходит короткое замыкание соответствующей обмотки, и на выходе между нулевыми углами «звезд появляется напряжение, в несколько раз превышающее напряжение аналогового (непрерывного) сигнала (фиг. 4, угол 7крит.), т. е. С/вых t/крит.

В инклинометре помимо непрерывного изменения вертикального и азимутального углов удается с большой точностью определить максимальный вертикальный угол отклонения.

Формула изобретения

Инклинометр, содержащий корпус, преобразователь угла с обмотками на цилиндрическом статоре, соединенными в две параллельно и встречно включенными «звездами, внутри статора размещен плоский ротор, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, он снабжен установленным на карданном подвесе сплошным магнитом и жестко связанным с корпусом полым магнитом и щестью герконами, причем сплошной магнит размещен в полом магните, а герконы расположены в зазоре между магнитами под соответствующими обмотками статора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 285860, кл. Е 21В 47/02, 10.11.70. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2359733, кл. Е 21В 47/02, 31.08.77.

/J

IS

Фиг. 3

и/

Фиг. 5

Укрит,