Механический инклинометр Советский патент 1982 года по МПК E21B47/02 

(5) МЕХАНИЧЕСКИЙ ИНКЛИНОМЕТР

Изобретение относится к геояогоразведомной измерительной технике., например, для измерения пространственного положения стволбв буровых скважин. Известен инклинометр, включающий корпус, чувствительные элементы датчиков азимутального и зенитного угло и арретирующее устройство, в котором с целью расширения пределов измерений чувствительный элемент азимуталь ного угла выполнен в виде градуирова ной полусферы, свободно посаженной н подпружиненной оси, установленной на чувствительном элементе зенитного угла, который подвешен на осях кронштейна, жестко связанного с арретирующим устройством. Управление последним осуществляется электромагнитной системой с часовым механизмом Прибор охватывает измерениями весь диапазон возможного положения скважин и может доставляться в них как На канате, так и на бурильных трубах 1. . Однако для данного инклинометра характерны ограничение измерений по диаметру скважин, так как минимальный измеряемый диаметр скважины равен 6 мм; недостаточная конструктивная прочность и, следовательно, пониженная надежность измерений; . недостаточная амортизация (амортизацию имеют только опора чувствительного элемента азимутального угла). При эксплуатации прибора очень часто наблюдаются деформации конически/ опор подвески чувствительного элемента зенитного угла. Нередки случаи срезания этих опор. Кроме того наблюда ются случаи изгиба оси кронштейна. Известен также инклинометр, содержащий корпус, часовой фиксирующий механизм, поворотную рамку с эксцентричным грузом и укрепленную в подвесах магнитную стрелку с подпят39

НИКОМ, узел измерения зенитных углов и арретирующий механизм 2.

Недостатками указанного устройст- ва являются увеличение сил трения на полых оСях подвески измерительного узла и ухудшение точности измерений, так как такие оси неизбежно требуют увеличения их диаметров; ухудшение точности измерений за счет сокращени длины магнитной стоелки так как фиксирующие толкатели, расположенные в полых осях подвески, отнимают у магнитной стрелки значительное пространство.

Цель изобретения - повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что рабочая точка подпятника магнитной стрелки расположена в ее геометричес)ом центре, на котором размеще-, на магнитная стрелка, а корпус снаб|кен штоками, установленными с возможностью взаимодействия с поворотной рамкой и с часовым фиксирующим механизмом.

На фиг. 1 представлен предлагаемый механический инклинометр, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. - принцип расположения точки опоры магнитной стрелки.

инклинометр содержит корпус 1 с ниппелями 2 и 3, камневые опоры, амортизационную пружину 5- Шток 6 удерживается в рабочем положении посредством плоских пружин 7, а для достижения высокой точности центрации опор штоки 6 снабжены направляющими лысками 8, предохраняющими штоки от их осевых поворотов. В ниппеле 3 расположена система передачи фиксации поворотной рамки от часового механизма, состоящая из шайбы 9 и штоков 10. К ниппелю 3 присоединяется часовой механизм 11 с исполнительным штоКоМ 12. 8 корпусе 1 помещена поворотная рамка 13 с цапфами 14 и 15I сидящими в опорах k. В поворотной рамке 13 на осях подвешен азимутальный измерительный узел, состоящий из корпуса 16, магнитной стрелки 17, стеклянного лимба 18 (со шкалой от О до 360°) и фиксатора 19, являющегося одновременно и эксце1нт.ричным грузом этого узла. Арретирующее устройство узла магнитной стрелки состоит из пружинящих ры0 .4

чагов 20 и 21 и возвратной пружины 22. В закрытой камере поворотной рамки 13 на оси 23, цапфы которой помещены в цилиндрических камневых опоpax,подвешено угломерное устройство 2 с несимметричным грузом 25.

На внешней цилиндрической поверхности устройства 2 нанесена шкала от О до 90, предназначенная для измерения зенитных углов. Арретиром угломерного устройства 2 служит V-образная пружина 26, снабженная резиновым тормозом 27. Индикатором отсчета углов этого узла является заитНое стекло 28 с двумя рисками, ненесенными на обеих сторонах стекла. Ограничителями поворота угломерного устройства служат амортизаторы 29. Поворотная рамка 13 снабжена

радиальными амортизаторами, состояими из резиновых колец 30, а ее осевыми амортизаторами служат шайбы 31, размещенные на ниппелях 2 и 3. Управление арретирующими устройствами

узла магнитной стрелки и угломерного устройства Zk осуществляется штоками 32, скрепленными по торцам посредством перемычек 33 и 3. Система штоков 32 с перемычками 33 и 3 может

принудительно передвигаться вдоль рамки 13 :(на фиг. 1 шток 32 показан в виде ломаной линии). Передача арретирующего усилия от штока 32 на пружину 2б обеспечивается толкателем 35,

который может входить в скошенную впадину . Ось подвески угломерного устройства 23 имеет пружинящие ограничители 361 На ниппеле 2 установлен Г-образный пружинящий ограничитель 37, предохраняющий выхоД узла магнитной стрелки из заданной зоны измерений. Эксцентричным грузом поворотной рамки является непосредственно форма ее конструкции со смещением ее о&цего центра тяжести от оси (фиг 3) и дополнительным грузом 38. Фиксатором, действующим на арретирукйцие устройства измерительных узлову служит пружина 39, действующая через исполнительный шток 12.

Магнитная стрелка (фиг. k) состоит из собственно стрелки 17, изготовленной из магнитного материала, корпуса подпятника k1 и камня-подпятника +2.

Механический инклинометр работает следующим образом.

59

При взводе часового механизма его исполнительный шток 12 утапливается внутрь часового механизма в направлении, противоположном направлению стрелки В, сжимая фиксирующую пружину 39. Вслед за штоком 12 под действием слабой пружины (не показана), перемещается и промежуточное передаточное устройство, состоящее из шайбы 9 и штоков 10. При этом поворотная рамка 13, освобожденная от действия пружины 39, спускается, а цапфа 15 вместе с поворотной рамкой останавливается на подпятнике опоры 4, пружина 5 которой имеет предварительный натяг, значительно превышающий силу веса поворотной рамки со всеми заключенными в ней механизмами. Одновременно с этим верхняя опора А устанавливается в исходное прложение, при котором между плоским подпятником этой опоры и, торцом цапфы образуется незначительный зазор (0,03-0,05 мм), необходимый для уменьшения трения и обеспечиваемый при сборке инклинометра путем регулировки обеих опор А. В таком положении между перемычкой З и шайбой 9 образуется зазор, обеспечивающий полную свободу вращения пово ротной рамке 13. В то же время возвратная пружина 22 отводит рычаги 20 и 21 от узла магнитной стрелки и, оказывая давление через рычаг 21 на перемымку 33, перемещает штоки 32 вниз. Толкатель35 войдя в скошенную впадину 40, имеющуюся наштоке 32 (фиг. 3). освобождает от фиксации угломерное устройство 2, а пружина 36 ложится на наружную стенку камеры угломерного устройства. Последнее занимает в своей камере такое положение, при котором появляются свободные зазоры между угломером 2 и стенками камеры. Пружина 2б с тормо.зом 27 прижимается к внутренней стенке камеры и не мешает свободным колебаниям угломера 2. Для уменьшения трения в подвеске угломерного устройства между пружинами ЗЬ и торцами оси 23 обеспечивается небольшой люфт устраняющий боковой зажим оси. В результате взвода часового механизма поворотная рамка 13 и размещенные в ней измерительные узлы получают свободу.

Заключенный в герметичную гильзу (контейнер) инклинометр доставляется в скважину в зону измерения на сталь0 .6

ном канате или на бурильных трубах. В последнем случае между гильзой инклинометра и бурильными трубами устанавливается разделительная немагнитная штанга достаточной длины, чтобы устранить магнитное влияние бурильных труб, если последние обладают таким свойством.

В скважине под действием эксцентричного груза 38 поворотная рамка 13 вращаясь в опорах , устанавливается так, что плоскость угломерного устройства 2 совпадет с апсидальной плоскостью измеряемой скважины, а yi-

ломер 2 под воздействием своего несимметричного груза 25 устанавливается так, что деление шкалы с отметкой 30- совпадет с вертикальной линией пространства, проходящей через

геометрическую ось подвески 23. Узел магнитной стрелки под действием груза-фиксатора 19 устанавливается на подвесах так, что стеклянный лимб 18 занимает горизонтальное положение,

и магнитная стрелка, опустившаяся на опорный керн, также занимает горизонтальное положение и устанавливается на керне по магнитному меридиану. Такая свобода установки узла магнитной стрелки обеспечивается тем, что оси его подвески, закрепленные на рамке 13, расположены на диаметральной линии этой рамки и параллельной геометрической оси подвески 23 (на фиг.1

оси подвески узла магнитной стрелки не видны, так как одна ось снята разрезом вида, а вторая находится за корпусом 1б в точке вершины керна магнитной стрелки)..

Перед истечением времени завода часового механизма инклинометра, находящегося в скважине, начинается движение по стрелке В исполйитёльного штока 12 и действующей на него пружинь1 39., Это движение штока 12 происходит скачкообразно. При каждом полупериоде колебаний баланса (маятника) часового механизма происходит резкий поворот анкерного колеса на

один зуб, что приводит к мгновенному повороту всех передаточных колес часового механизма, и, в конечном счете, к скачкообразному (вибрирующему) передвижению исполнительного штока 12, при этом каждый скачок линейного передвижения исполнительного штока с частотой 2 кол./с составляет 3 4 мкм. Когда исполнительный шток 12 поднимет промежуточную систему (шай6у 9 w шток 10) до соприкосновения с перемычкой 3, энергия вибрации штока 12 с пружиной 39 будет переда ваться поворотной рамке 13 и заключенным в ней измерительным узлам в течение некоторого периода времени, пока верхний торец поворотной рамки не упрется в шайбу 31. При этом цапфа И поднимает опору 4 и : сжимает пружину 5 От воздействия «брации на поворотную рамку ее измерительные узлы принимают более точное положение относительно измеряемых параметров. При дальнейшей работе часового механизма штоки 32 с перемычками 33 и 3 двигаются в Ьторону узла .магнитной стрелки и ocy 4ecтвЛйюt фиксацию магнитной стрелки и угломерного устройства. При этом перемычка 33 поворачивает пружинящие рычаги 21 и 20, последний сидит в прорези рычага 21 и опи рается на него одним концом. Рычаги 20 и 2t (в некотором диапазоне угла оба одновременно, в зависимости от величины зенитного угла) поднимают груз-фиксатор 19 и прижимают магнитную стрелку к стеклянному лим бу 18. В то же время движение штоков 32 выводит толкатель 35 из скошенной впадины tO, а возникающее пр этом усилие обеспечивает отвод пружины 26 с тормозом 27, которые и прижимают угломерное устройство 2k к стенке камеры рамки 13. Таким образом, после окончания работы часового механизма в арретиррванном состоянии находятся измерительных узла и поворотная рамка 13 а взаимное расположение узлов, и деталей принимает вид, приведенный на фиг.1 Дпя устранения деформаций угломер .нЬго устройства 2 при его арретиро вании и создания амортизаци по оси 23 имеются плоские пружины 3 Отсчет измеренных углов после извлечения прибора из скважины и из за щитной гильзы осуществляется следующим образом. Через большое окно, имеющееся в корпусе 1, распохюженное в зоне размещения измерительного узла магнитно стрелки, пальцем вр;ащают поворотную рамку вокруг ее оси до тех пор, когда аналогичное окно поворотной рамки совместится с окном корпуса 1, затем также пальцем руки поворачивают узел магнитной стрелки на осях подвески д упора 37- Пои этом плоскость стеклян 0 . 8 ного лимба 18 и прижатая к нему изнутри магнитная стрелка обращены к наблюдателю, следящему за большим окном в корпусе 1. По прочтении замера величины азимутального угла необходимо повернутьприбор вокруг его оси на 180 и через малое окно в корпусе 1 , с которым уже совмещено индикаторное стекло 28, взять отсчет зенитного угла. Для этого необходимо лучом зрения совместить две риски, имеющиеся на внутренней и наружной сторонах стекла, в одну линию и по образовавшейся линии (визирной плоскости) взять отсчет угла по шкале зенитных углов. . Прибор обеспечивает измерение скважин с зенитными углами 0-90, однако это не является препятствием для измерения восходящих скважин с зенитными углами 90-180. В таких случаях прибор помещается в гильзу в перевернутом положении, т.е. он находится в восходящей скважине относительно горизонтальной плоскости точно так же, как ив нисходящей (измерительная часть выше узла часового механизма). При этом истинное положение измеренного интервала восходящей скважины при начале отсчета ее угловых координат от нисходящей вертикали следующее: азимут скважины равен измеренному значению азимутального угла плюс 180°; зенитный угол равен ISC минус измеренное значение зенитного угла Скважины. При динамических :нагрузках, могущих появляться как при эксплуатации прибора, так и при транспортировках, включаются в работу следующие защитные приспособления, предохраняющие прибор от поломок и от смещений его зафиксированных измерительных элементов. При радиальных динамических нагрузках масс поворотной рамки 13 через цапфы 1 и 15 передает усилие на опоры 4,которые, смещаясь в радиальном направлении, двигают штоки 6 и отводят пружины7 на некоторую величину, после чего поворотная рамка получает опору на стенке корпуса 1 через амортизаторные кольца 30, последние гасят оставшуюся энергию внешнего радиального удара. Одновременно в моменты боковых ударов могут срабатывать не более двух штоков 6 в каждой опоре подвески поворотной рамки (фиг. 2).

При прекращении действия внешних динамических или иных нагрузок оооры поворотной рамки автоматически устанавливаются в исходное рабочее положение/ В итоге при появлении динамических нагрузок любого направления срабатывакзт последовательно две пре дохранительные амортизационные системы.

Использование предлагаемого инклинометра обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: повышение точности измерений и надежности работы -устройства; расширение области измерений, включая скважины

0-10

диаметром 36 мм; снижение стоимости единичных измерений.

Формула изобретения

Механический инклинометр, содержащий корпус, часовой фиксирующий механизм, поворотную рамку с эксцентричным грузом и укрепленную в подвесах магнитную стрелку с подпятником, узел измерения зенитных углов и арретирующий механизм, отличающийся тем, что, с целью.повышения точности, рабочая точка подпятника ма1- нитной стрелки расположена в ее геометрическом центре, на котором размещена магнитная стрелка,а корпус снабжен штоками(установленными с возможностью взаимодействия с поворотной рамкой и с часовым механизмом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Л-А

6-6

Фиг.Ъ