Устройство для измерения искривления скважины Советский патент 1981 года по МПК E21B47/22 

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к нефтепромысловой геофизике и может быть использовано для непрерывного измерения азимута и зенитного угла скважины. Известен инклинометр, который пре назначен для непрерывного измерения азимута и зенитного угла скважины, состоящий из герметичного корпуса, в котором закреплены датчики азимута и зенитного угла. Датчик азимута состо ит из феррозонда, жестко закрепленно го на валу электропривода, и горизонтального маятникового механизма с постоянным магнитом. Для демпфирования колебания горизонтального маятника он помещен в емкость, заполненную вязкой жидкостью. При отклонении оси инклинометра от вертикали горизонталь ный маятник перемещает постоянный магнит в плоскость наклона. При вращении феррозонда электроприводом он реагирует г на магнитное поле Земли и поло тичс-.тояниого матиита, при этом iero сигнал записывается регистрато; ом. Сигнал с выхода феррозонда представляет собой синусоиду, на которой имеются изменения при прохождении феррозонда над постоянным магнитом. По расположению этих изменений на синусоиде определяют азимут наклона скважины. Существенным недостатком этого инклинометра является его малая точность и надежность при непрерывном измерении, так как при движении инклинометра в скважине на датчики непрерывно действуют толчки,вызванные рывками кабеля и ударами инклинометра о стенки скважины. fCaK показала практика непрерьганого измерения кривизны скважины, степень демпфирования датчиков за счет помещения их в вязкую жидкость недостаточна, поэтому под действием этих толчков горизон- . тальный маятник отклоняется от плоскости наклона, а поплавок датчика зе нитного угла - от горизонтального положения, за счет чего в показаниях датчиков появляются ошибки. Кроме того, под действием этих толчков маломоментные опоры датчиков быстро выходят из строя. Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения кривизны скважины,, которо также предназначено для непрерывного измерения в процессе бурения скважины Устройство состоит из корпуса с верхней и нижней крьшжами, связанными через опоры с поплавковой рамкой с эксцентричными грузами, расположенной в жидкости, датчика зенитного угла и азимута, кольцевых трансформаторов и расположенного в нижней части корпуса сильфона. Подвод питания и съем сигналов с датчиков осуществляет ся посредством бесконтактной трансформаторной передачи. Демпфирование колебаний рамки и поплавка датчика зе нитного угла осуществляется также за счет вязкой жидкости. При отклонении скважины от вертикали рамка под дейст вием эксцентричного груза разворачивается вокруг оси вращения так, что ось вращения поплавка датчика зенитного угла устанавливается перпендикулярно плоскости наклона. При этом электрические сигналы, снимаемые с соответствующих датчиков, будут про порциональны зенитному углу скважины и углу отклонителя f2 , Так как в известном устройстве демпфирование датчиков осуществляется за счет вязкой жидкости, а маломоментные опоры не защищены от толчков возникающих при непрерывном измерении то оно имеет также малую точность и надежность. Цель изобретения - повьшение надеж ности за счет исключения ударов в процессе эксплуатации. Указанная цель достигается тем,чт устройство снабжено дополнительными сильфонами, установленными в верхней части корпуса, кольцевыми и осевыми амортизаторами, которые соответствен расположены на верхней и нижней крыш ках корпуса, причем сильфоны заполне газом. На чертеже представлена схема пре лагаемого устройства. Устройство содержит Корпус 1,заполненный вязкой жидкостью, в которо а опорах 2 и 3 установлена поплавковая рамка 4 с эксцентричным грузом 5 На рамке 4 закреплены датчики зенитного угла 6 и азимута 7. Опоры 2 и 3 закреплены в крьшках 8 и 9 с амортизирующими кольцами 10-13. Крьшжа 8 прикреплена к корпусу 1 при помощи -, амортизирующих пружин . На крыш- ке 8 закреплен статор 18, а на оси поплавковой рамки 4 - ротор 19 кольцевого трансформатора, Сильфоны 20 и 21 закреплены в корпусе 1 таким образом, что один расположен по одну сторону поплавковой рамки 4, а другой - по другую. УстройсФво работает следующим образом. Под действием эксцентричного груза 5 поплавковая рамка 4 устанавливает плоскости качания маятников датчиков азимута и зенитного угла в плоскость наклона скважины и они измеряют азимут и зенитный угол скважины. При движении прибора в скважине корпус прибора испытывает толчки и удары как в осевом, так и в радиальном направлении. Так как поплавковая рамка 4 закреплена в корпусе 1 в осевом направлении при помощи осевых амортизаторов, например пружин 14-17, а в радиальном направлении - при помощи амортизируюпцах колец 10-13, то она имеет некоторую свободу перемещения относительно корпуса I за счет деформации амортизаторов и сильфонов.Поэтому при действии возмущающих сил корпус 1 перемещается, а поплавковая рамка 4 за счет сил трения стремится сохранить свое прежнее положение. При этом она перемещается внутри корпуса 1, заполненного несжимаемой вязкой жидкостью. При действии осевого удара,например снизу, происходит перемещение поплавковой рамки 4 вниз, при этом в нижней части корпуса 1 повышается давление жидкости, так как из-за малого поперечного сечения и большой длины демпфирующего зазора жидкость прайтически не успеет перетечь в верхнюю часть корпуса 1. Под действием давления жидкости газ внутри сильфона 21 сжимается и объем его уменьшается. Давление в верхней части корпуса 1 соответственно уменьшается и объем газа в сильфоне 20 возрастает. Таким образом происходит перемещение поплавковой рамки 4 без перетока жидкости через демпфирукщий зазор. В случае отсутствия сильфонов, заполненных газом амортизация поплавковой рамки в осевом направлении бьша бы невозможна, так как параметры демпфирующего зазора выбираются не из условия максимальной скорости перетока жид кости, а из условия оптимальной степ ни демпфирования поплавковой рамки А и ее конструкции. Для того, чтобы при заданном наружном диаметре поплавковой рамки 4 получить максимаЛьный устанавливающий момент и достаточную для разгрузки опор 2 и 3 вытал кивающую силу жидкости, необходимо, чтобы длина поплавковой рамки превышала ее диаметр в несколько раз. При этих параметрах демпфирующего зазоpa. при кратковременных ударах перет ка жидкости практически не будет и поплавковая рамка 4 будет испытывать через несжимаемую жидкость эти удары без ослабления. При действии радиальных ударов поплавковая рамка 4 перемещается за счет деформации амортизирующих колец 10-13 к боковой стенке корпуса 1. При этом происходит переток жидкости вокруг поплавковой рамки 4, причем путь перетока жидкости в этом случае определяется ее диаметром и во много раз меньше, чем при осевом ударе,Поэтому в радиальном направлении происходит достаточная амортизация без при менения каких-либо специальных мео. Необходимо только конструктивно обеспечить, чтобы при сильных ударах поплавковая рамка 4 не касалась боковой стенки корпуса 1, так как в этом случае опоры 2 и 3 испытывают возрастающую нагрузку только до соприкосновения поплавковой рамки 4 с корпусом 1, затем нагрузка на них остается постоянной, а вся остальная сила удара придется на поплавковую рамку 4 и закрепленные на ней датчики, А так как основная задача амортизации уменьщение возмущающих воздействий на датчики, то такая работа амортизаторов недопустима. Применение осевой и радиальной амортизации блока датчиков позволит существенно повысить Надежность инклинометра, а также точность измерения в непрерывном режиме. Это техническое рещение заложено в конструкцию непрерьшного цифрового инклинометра типа ИН1-721. Проведенные скважинные испытания макета инклинометра с амортизированным блоком датчиков показали, что величина толчков, действующих на датчики, уменьшилась за счет амортизации примерно в два раза. Это позволило увеличить скорость непрерывного измерения до 1000 м/ч и сократить время инклинометрических измерений скважины глубиной 2000 м в три раза по сравнению с точечньлм режимом измерения. Внедрение инклинометра в промьшленность даст годовой экономический эффект 31,7 тыс. руб. на один комплект, Формула изобретения Устройс- во для измерения искривления скважины, содержащее корпус, заполненный вязкой жидкостью, поплавковую рамку с эксцентричным грузом и датчиками азимута и зенитного угла, кольцевые трансформаторы и сильфоны, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности и скорости непрерывного измерения, а также надежности устройства, оно снабжено дополнительными Ьильфонами, осевыми и радиальными амортизаторами, при помощи которых поплавковая рамка закреплена в корпусе, а сильфоны заполнены газом и установлены по торцам корпуса по обе стороны поплавковой рамки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР 355338, кл. Е 21 В 47/02, 1972. 2,Авторское свидетельство СССР 402640, кл.В21 В 47/022, 1973 рототиг.