Инклинометр Советский патент 1981 года по МПК E21B47/02 

(54) ИНКЛИНОМЕТР

Изобретение относится к исследованию скважин и может применяться при инклинометрии скважин и измерении ориентации скважин. Известен инклинометр, содержащий чувствительный элемент датчика азимута, выполнений на основе магнитной стрелки. Чувствительные элементы датчиков кривизны и положения отклонителя - маятникового типа. Чувствительные элементы связаны с подвижными эле ментами (роторами) датчиков, вьтоднен ных на основе двухфазных воздушных фазовращателей. При помощи фазовращателей угол поворота ротора преобразуется в фазу выходного сигнала. В рква жинном приборе фаза выходного сигнала преобразуется во временной интервал и последовательно с каждого датчика формируются посылки несущей частоты, длительность которых несет информации о величине передаваемого параметра. В измерительной панели эти посылки преобразуются в напряжение, величина которого пропорциональна измеряемому параметру 1. Однако у данного инклинометра недостаточная точность измерения азимута наклона скважины из-за большого момента трения в подшипниках Фазовращения по сравнению с моментом магнитной стрелки. Кроме того, в данном инклинометре фаза превращается во временной интервал в скважинном приборе, поэтому в результате измерения вносится погрешность за счет изменения его температуры и скважинная аппаратура получается сложной, что снижает ее надежность. Известен также инклинометр, содержащий датчик азимута, включакндий маятниковый узел и феррозонд, датчик импульсного направления, датчик зенитного угла, детектор, датчики соединены валом электродвигателя. Линию связи, усилительно-преобразовательный блок, включающий усилитель и преобразователь, и регистратор 2. Недостатками данного инклинометра являются малая точность измерения азимута наклона скважины при искрив Ленин, блиэ|:ом к вертикальному, и необходимость расшифровки записанной регистратором кривой с введением поправки в результат измерения на негоризонтальность плоскости вращения феррозонда. При этом поправка может значительнопревышать, измеряемую ве.ггачину, существенно снижая измерения

при больших (более зенитных yr;iax.

Цель изобретения - повышение точности и обеспечение непрерывности измерения.

Указанная цель достигается тем, что маятниковый узел снабжен винтом, жестко связанным с феррозондом, а усилительно-преобразовательный блок снабжен фазометром, причем выходы датчиков через линию связи, усилители и преобразователи подключены на входы фазометра и детектора/ выходы которых подключены к регистру.

На фиг. lизображен блок датчиков .на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - блок-схема устройства; на фиг..4 - временные диаграммы работы устройства, в качестве чувствительного элемента магнитного датчика которого используется феррозонд.

Конструктивно блок датчиков состоит из цилиндрического корпуса 1, винтового маятника 2, акселерометра 3, электромеханического отметчика 4. Винтовой маятник, акселерометр,

электромеханический отметчик соединены с электродвигателем 5 общим валом 6.

Винтовой маятник размещен в герметичном отсеке корпуса. Снизу отсек закрывается крышкой 7 с уплотнитедъным резиновым кольцом 8. В крышке имеется отверстие под пробку 9, через которое в отсек заливается жидкость-диэлектрик . Крышка может перемещаться под действием давления, изменяющегося внутри отсека при колебаниях температуры. Внутри отсека имеются ребра 10, которые служат для торможения вращения жидкости диэлектрика. Вал проходит внутрь отсека через отверстие, уплотняемое резиновым кольцом 11, вал вращается относительно корпуса в подшипниках 12 и 13.

Винтовой маятник состоит из карданова соединения вала 6 с винтом 14 и карданова подвеса груза 15 к корпусу, внутренние рамки 16 и 17 которых соединены подшипником 18. Карданово соединение вала с винтом образуют : вилка 19 вала, оси 20, внешняя 21, а внутренняя 16 рамы; На внутренней раме 16 жестко закреплены феррозонд 22, винт и внешняя обойма подшипника 18. Карданов подвес включает оси 23, внешнюю 24 и внутреннюю 17 рамы. На внутренней раме 17 жестко закреплены груз 15, стержень 25 и на последнем внутренняя обойма подшипников 18.

Продолжение вала, на котором находится электромеханический отметчик служит обойма 26 акселерометра. Электромеханический отметчик представляе собой маховик, на котором изоляционное кольцо с проводящим контактом 27. Щетка 28 электромеханического отметчика расположена на корпусе. -.

Феррозонд 22, контакт 27 и акселерометр 3 соединены с токосъемом

29проводами, проходящими через гер- метичное отверстие внутри вала. Токосъем служит для электрического соединения вращающихся феррозонда и акселерометра с электрической схемой, а также подачи напряжений к электромеханическому контакту.

Верхний конец соединяется с двигателем через муфту 30 и редуктор 31. Редуктор крепится жестко к корпусу 21, а к редуктору - корпус : лектррдвигателя.

5 В процессе измерения электродвигатель 5 через редуктор 31 и муфту

30вращает вал 6. Вместе с валом вращается акселерометр 3, контакт 27 электромехалического отметчика 4, вил

0 ка 19, винт 14 и феррозонд 22. Груз 15 электродвигателем не вращается.

При наклоне прибора в результате воздействия силы тяжести груз 15 стрёмится сохранить вертикальное положение стержня 25 и через подашпник 18 не позволяет отклоняться плоскости вращения винта 14, а следовательно и феррозонд 22 от плоскости горизонта. . :

0 При вращении винта в жидкости,

заполняющей плоскость отсека, созда-. ется подъемная сила, направление которой противоположно силе, тяжести, приложенной к грузу 15. Конструкция

5 винтового маятника выбирается из условия обеспечения полной разгрузки опор подвеса при заданной скорости вращения двигателя. При.больших углах наклона продольной оси прибора из-за карданова преобразования возникает неравномерность вращения винта и следовательно знакопеременные нагрузки в опорах подвеса.

Указанное действие аналогично вибрации и является благоприятным для

5 уменьшения трения.

Блок-схема устройства (фиг. 2) включает наземную часть, которая сое-: тоит из генератора 32 и измерительной панели 33. Генератор питает через

0 линию связи (каротажный кабель) 34 , и блок 35 питания все электронные цепи скважинного прибора.

Двигатель 5, акселерометр 3 и фа|3ометр 36 питаются переменным током.

5 К электромеханическому отметчику 37 подведено постоянное напряжение.

Сигнальная обмотка феррозонда соединена со входом избирательного усилителя 38, настроенного на вторую raipMo0 нику. с выхода избирательного усилитетеля сигна.п поступает на первый вход частотного модулятора 39, на него же поступает., напряжениев виде импульса постоянного тока с электромеханического контактаВ момент его замыкания.

Сигнал с акселерометра подается на вход усилителя/40 и далее по второму входу модулятора. С выхода часточного модулятора частотно-модулированный двумя поднесущими 41/и 42 сигнал поступает на усилитель 43 мощности и через него в линию.связи.

На поверхности частотно-модулированнЕяй сигнал фильтруется от напряжения питания генератора фильтром 43 верхних частот и детектируется частотным детектором 44.

На выходе частотного детектора сигнал представлен смесью двух подне суноих частот, модулированных по амплитуде с частотой вргицения соответственно акселерометра и феррозонда. Смесь сигналов поступает на раздели-, тельные фильтры поднесущих 45 и 46. С выходов фильтров разделенные по ка.налам сигнгиш поступают на фазочувствйтельные выпрямители 47 и 48 опорные нап:ряжения к которым подаются от генератора 32 через Фазовращатели 49 и 50; фазовращатель является одновременно удвоителем частоты.

Сигналы с выходов фазочувствительных выпрямителей представлен переменными напряжениями с частотой вра1цёния акселерометра и феррозонда, сдвиг по фазе между которыми равец ; азимуту искривления скважины. Переменное напряжение с феррозонда несет также отметку в виде импульса. Фаза напряжения соответствующая ему равна азимуту ориентации прибора.

Сигнал с фазочувствительного 1В1Ыпрямителя поступает на вход усилителя-ограничителя 51 и далее к фазометру 52, а с фазочувствительного вш1ря мителя - на другой вход фазометра. С выхода фазометра напряжение постоявного тока, пропорционального азимуту наклона скважины, подается k регистратору.;

Сигнал акселерометра с выхода фазочувствительного выпрямителя 11 поступает также на детектор-преобразователь 53, откуда в виде на11ряжения постоянного тока, пропорционального синусу зенитного угла - к регистратоРУ. «

Сигнал феррозонда с фазочувствительного выпрямителя поступает также на импульсное фазоизмерительное устройство 54, откуда в виде постоянного напряжения, пропорционального азимуту ориентации скважинного прибора - к регистратору.

Экономическая эффективность от внедрения устройства по предварительным расчетоцл составит 50 тыс .р. в год на один комплект и будет уточнена на стадии разработки рабочей документации и освоения серийного производства.

Формула изобретения

Инклинометр, содержспций датчик азимута, включающий маятниковый узел и феррозонд, датчик апсидальнЪго направления - датчик зенитного угла, детектор, датчики соединены валом электродвигателя , линию связи, усилительно-преобразовательный блок, включающий усилитель и преобразователь,и регистратор, о тл ич ающий с я тем, что, с целью повышения точности и обеспечения непрерывности измерения, маятниковый узел снабжен винтом жестко связанным с феррозондом, а усилительно-преобразовательный блок снабжен фазометром, причем выходы датчиков через линию связи, усилители и «преобразователи подключены на -входы фазометра и. детектора, выходы которых подключены к регистру.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фиг, 2