Преобразователь наклона скважины и поворота скважинного снаряда

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАКЛОНА СКВАЖИНЫ И ПОВОРОТА СКВАЖИННОГО СНАРЯДА, содержащий корпус, в котором установлены .с возможностью осевого вращения два чувствительных элемента, два фотоэлектрических узла, каждый из которых включает, источник света световод, фотоприемник, и регистрирующий узел, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен блоком отработки программы измерения, оперативным запоминаювщм блоком, генераторот импульсов , элементами И и ИЛИ-НЕ, счетчиком , цифроаналоговом преобразователем , усилителем мощности, управляемым коммутатором, причем каждый из чувствительных элементов имеет кольцевые обмотки, установленные на соответствующей оси вращения, и цилиндрическими постоянными магнитами осевого намагничивания с центральньв 1И отверстиями , в которых расположены световоды , кольцевые обмотки и постоянные магниты, причем выход генератора импульсов через элемент И подключен . на счетный вход счетчика, выход которого через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь , усилитель мощности и управляемый коммутатор связан с кольцевыми обмотками, а чувствительные элементы через элемент ИЛИ-НЕ подключены на второй вход элемента И и к блоку отработки программы измерения, выходы последнего связаны с управляемьв4 коммутатором , источниками света, третьим входом элемента И, R -входом счётчика и управляю1цим входом оператив|1О д :л го запоминанщего блока, информационный вход которого подключен к выходу м счетчика. Э)

CQO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 315Р Е 21 В 47/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ н автаюснаа свмдатильстви (21) 3556278/22-03 .(22) 24.02.83 (46) 23.11,84. Бюл, Ф 43 (72) Г.Н.Ковюов и Г.В.Миловзоров (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Орджоникидзе (53) 622.342(088.8) .(56) 1. Авторское свидетельство СССР .

В 402640, кл. Е 21 В 47/022, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

У 876978, кл. Е 21 В 47/02, 1981

3. Авторское свидетельство СССР.

У 933968, кл. Е 21 В 47/022, 1982. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАКЛОНА СКВАЖИНЫ И ПОВОРОТА СКВАЖИННОГО СНАРЯДА, содержащий корпус, в котором установлены с возможностью осевого вращения два чувствительных элемента, два фотоэлектрических узла, кажпый иэ которых включает. источник света, световод фотоприемник, и регистрирующий узел, .отличающийся. тем, что, с целью повьипения точности измерений, он снабжен блоком отработ- ки программы измерения, оперативным запоминающим блоком, генератором импульсов, элементами И и ИЛИ-НЕ, счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, усилителем мощности, управляемым коммутатором, причем каждый из чувствительных элементов имеет кольцевые обмотки, установленные на соответствующей оси вращения, и цилиндрическими постоянными магнитами осевого намагничивания с центральными отверстиями, в которых расположены световоды, кольцевые обмотки и постоянные магниты, причем выход генератора импульсов через элемент И подключен . на счетный вход счетчика, выход которого через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, усилитель мощности и управляе- Я мый коммутатор связан с кольцевыми обмотками, а чувствительные элементы через элемент ИЛИ-НЕ подключены на второй вход элемента И и к блоку отработки программы измерения, выходы Я последнего связаны с управляемьнч коммутатором, источниками света, третьим входом элемента И, К -входом счетчика и управляющим входом оперативного запоминающего блока, информационный вход которого подключен к выходу счетчика.

1 11253

Изобретение относится к бурению наклонно направленных скважин и может быть использовано в составе инклинометров или в комплексной геофизической аппаратуре для определения зенит- 5 ных углов траектории скважины и угла поворота скважинного снаряда вокруг собственной продольной оси или угла установки отклонителя бурового инструмента. 10

Известно устройство для определения кривизны скважины, содержащее корпус, две рамки с эксцентричными грузами, датчики углов поворота, установленные на рамках, и систему съема сигналов с внешней рамки (1 .

Недостатком данного устройства является необходимость системы съема сигналов с внешней рамки, которая может быть выполнена в виде бескон-тактного трансформатора, что усложняет конструкцию и вносит дополнительную погрешность, или в виде скользя" щих токосъемных пар, момент сил сухоro трения в которых также снижает точность измерений эа счет неустановки внешней рамки в плоскость наклона особенно при малых зенитных углах.

Кроме того, для обеспечения высокой надежности скользящих контактов в парах необходимо применение драгоценных металлов, что ведет к повышению стоимости устройства и снижает технологичность в целом.

Известно также устройство для из35 мерения углов наклона скважины, содержащее кожух, корпус, состоящий из двух взаимно перпендикулярньи стоек с маятниками и планками с ферромагнитными грузамц, электромагнит и записывающий механизм, причем маят ющий механизм причем маятни- снабжен блоком отработки программы ки выполнены в виде дисков с дебалансами, центр колебаний которых размещен в их геометрическом центре, при этом каждый диск снабжен угловой шка45 лой, а планки с ферромагнитными грузами расположены напротив электромагнитов и центров дискон со стороны расположения их шкал )2) . блоком, генератором импульсов, элементами И и ИЛИ-НЕ, счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, усилителем мощности, управляемым коммутатором, причем каждый из чувствительных элементов имеет кольцевые обмотки установленные на соответствующей

l оси вращения, и цилиндрическими постоянными магнитами осевого намагничивания с центральными отверстия"m, в которых расположены световоды, кольцевые обмотки и постоянные магниты, причем выход генератора импульсов через элемент И подключен на счетный вход счетчика, выход которого через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, усиНедостатком данного устройства яв-50 ляется низкая точность измерений, обусловленная механической регистрацией отклонений маятников, а также визуальным считыванием информации, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст- .ройство для определения зенитного и визирного углов в скважине, содер64 2 жащее корпус, заполненный вязкой жидкостью, два поплавка-маятника с эксцентричными грузами и электрическими преобразователями углов поворота, связанными со штепсельным разъемом, причем оси вращения маятников и продольная ось прибора ортогональны (3) .

К недостаткам известного устройства относятся сложность токоподвода к роторам электрических преобразователей углов поворота, а также низкая точность измерений, обусловленная неустановкой маятников по вектору ускорения свободного падения за счет момен а сопротивления, создаваемого токо одводами. Кроме того, в известном техническом решении информация представляется в аналоговой форме, а для записи в оперативное запоминающее устройство или передачи по каналу связи на поверхность Земли необходимо аналого-цифровое преобразование. Это в свою очередь усложняет схемы вторичного преобразования и увеличивает дополнительную погрешность результата измерений, вносимую элементами канала аналого-цифрового преобразования.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что преобразователь наклона скважины и поворота скважинного снаряда, содержащий корпус, в котором установлены с возможностью осевого вращения два чувствительных элемента, два фотоэлектрических узла, каждый из которых включает источник света, световод, фотоприемник, и регистрирующий узел, 3 1125 литель мощности и управляемый коммутатор связан с кольцевыми обмотками, а чувствительные элементы через элемент ИЛИ-НЕ подключены на второй вход элемента И и к блоку отработки программы измерения, выходы последнего связаны с управляемым коммутатором, источниками света, третьим вхо,дом элемента И, Щ "входом счетчика и управляющим входом оперативного за 10 поминающего блока, информационный вход которого подключен к выходу счетчика.

На фиг. 1 представлен предлагаемый преобразователь, продольный разрез, на фиг. 2 - функциональная схема преобразователя.

Устройство содержит корпус 1, заполненный вязкой жидкостью, кожух 2, поплавки-маятники 3 и 4, на осях 5 и .6 вращения которых установлены под-. шипники 7 и 8,- цилиндрические постоянные магниты 9 и 10 с центральными отверстиями осевого намагничивания, оправы 11 и 12 со. световодами

13 и 14, фиксирующие гайки 15 и 16, источники 17 и l8 света, фотоприемни= ки 19 и 20, кольцевые обмотки 21 и

22, штепсельный разъем 23, генератор 24 прямоугольных импульсов стабильной частоты,.-элемент И 25, счет30 чик 26 цифроаналоговый преобразова- . тель (ЦАП) 27, усилитель 28 мощности, управляемый коммутатор 29» оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 30, элемент ИЛИ-НЕ 31 и блок

32 отработки программы измерения (ВОПИ) .

Устройство работает следующим образом. 40 .В начальном положении (при нулевых зенитном угле и угле поворота вокруг собственной продольной оси) источники 17 и 18 света, световоды

13 и 14 и фотоприемники 19 и 20 sa- 45 ходятся на продольной оси корпуса 1, которая совпадает с вектором ускоре ния свободного падения. При измерении пространственного положения корпуса 1 преобразователя, т.е. при из- 50 мерении наклона скважины и при повороте преобразователя вокруг собственной продольной оси (или изменении угла установки отклонителя) поплавки-маятники 3 и 4, ориентируясь по некто 55 ру g, поворачиваются в подшипниках

7 и 8 на некоторые углы вместе с осями 5 и 6, магнитами 9 и 10 и оправа364 а ми 11 и 12 со световодами 13 и 14.

При этом световоды 13 и 14 отклоняются от оси начального положения и прерывают оптическую связь между источниками 17 и 18 света и фотоприемниками 19 и 20.

С приходом импульса на вход "Управление" БОПИ 32 начинается цикл изме-. рений и записи результатов в ОЗУ 30.

Этот импульс мажет быть отработан наземной аппаратурой и передан по каротажному кабелю в ВОПИ 32 .(если предлагаемое изобретение будут использовать в кабельном варианте), электронным таймером, сейсмоприемником, фиксирующим остановку движения скважннного снаряда с целью проведения.измерений в данной точке траектории, или каким-либо другим устройством. Затем по командам ВОПИ 32 включается источник 17 света, счетчик 26 сбрасывается в ноль, управляемый коммутатор 29 подключает выход усилителя 28 мощности к кольцевой обмотке

21 и на третий вход элемента И 25 поступает уровень логической единицы, разрешая тем самым поступление так- товых импульсов с выхода генератора

24 на счетный вход .счетчика 26. (4

На выходе последнего формируется код, пропорциональный числу импульсов, поступивших на его вход, кото рый преобразуется ЦАП 27 в постоянное напряжение, квантованное по уровню.

Это напряжение усиливается в усилителе 28 мощности и через управляемый коммутатор 29 запитывает кольцевую обмотку 21 которая создает магнитное поле с напряженностью, также квантованной по уровню в соответствии с кодом на выходе счетчика 26.

Направление тока в кольцевой обмотке

21 выбирается так, чтобы-взаимодействие создаваемого ею магнитного поля и магнитного поля цилиндрическоro постоянного магнита 9 вызывало поворот поплавка-маятника 3 в направле» нии, противоположном начальному отклонению. Поворот поплавка-маятника 3 вместе с осью 5, оправой -11 и световодом 13 происходит до восстановления оптической связи между

l источником 17 света и фотоприемником 19, т.е. до тех пор, пока световод 13 не займет начального положе-ния и не установится по продольной оси корпуса 1. При этом луч от источника 17 света по световоду 13 поS 112536 ступает на вход фотоприемника 19 и на его выходе устанавливается уровень логической единицы. На выходе логического элемента ИЛИ-HE 31 появляется уровень логического нуля, который поступает на второй вход логического элемента И 25 и на второй вход БОНИ 32. Поступление тактовых импульсов на счетный вход счет- . чика 26 прекращается, БОПИ 32 отра-. батывает команду на управляющий вход

ОЗУ 30 и код с выхода счетчика 26, пропорциональный синусу угла поворота поплавка-маятника 3, записывается в ОЗУ 30 вместе с кодом-маркером, 15 вырабатываемым БОПИ 32. Код-маркер заполняет информативные младшие разряды записываемого числа и служит . для различения кодов при обработке информации. Например, код-маркер 1 0 со.2п ответствует показаниям верхнего датчика, а код-маркер 0 1 — нижнего.

После этого счетчик 26 сбрасывается в ноль, отключается источник 17 све-, та и включается источник IS света,уп- 25 . равляемый коммутатор 29 подключает выход усилителя 28 мощности к кольцевой обмотке 22.

Аналогично прок" ходит запись кода с выхода счетчика 26, пропорцио- .Зб нального синусу угла поворота по4 б плавка-маятника .4 с ОЗУ 30. С приходцм следующего импульса на вход

Управление". БОПИ 32 весь цикл измерения и записи повторяется. При обработке информации зенитный угол. траектории скважины в данной точке определяется как арктангенс корня квадратного из суммы квадратов тан-генсов поворотов поплавков-маятников, а угол поворота преобразователя saкруг собственной продольной оси (или угол установки отклонителя бурового инструмента) — как арктангенс отношения тангенсов,углов поворота поплавков-маятников.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с известным обладает более высокой точностью измерений, достигаемой устранением момента сопротивления ориентированию поплавков- маятников по вектору ускорения свободного падения, вызываемого токоподводами к ротору датчиков.

Кроме того, обладает более простой конструкцией и является более технологичным в изготовлении. Расположение кольцевых обмоток на корпусе соосно с его продольной осью позволяет также создать малогабаритное устройство и использовать его в скважинах малого диаметра.

11253 б4

Я

8

Фиг. Х

ЗНЦИШИ Заказ 8455/24 ТиРаж 444 Gogexcxoe

Филиал ППП "Патент г.Ужгород, улаПроектная, 4