Инклинометр

 

ИНКЛИНОМЕТР, содержащий наземный измерительн блок, включающий фильтр, делитель напряжения и цифровой индикатор, скважинньй прибор, включающий коммутирующий механизм, состоящий из электромагнита , кулачков, контактных щеток, храпового механизма, содержащего храповик и собачку, измерительное устройство, состоящее из рамки с установленными в ней арретирующими тягами, рычагами, датчиком азимута и датчиком зенитного угла, содержащим ось, отвес и резистивный элеi мент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности работы, скважинный прибор снабжен узлом калибровки , состоящим из контрольного сопротивления , выполненного в виде катушки , жестко посаженной на ось храповика , и коллекторного устройства, выполненного, например, в виде контактных секторов , жестко связанных с катушкой, и неподвижных контактов, обеспечивающих подключение контрольного сопротивления к электрической схеме скважинного прибора, при этом отвес в датчике зенитного угла подпружинен в осевом направлении и снабжен опорой, установленной по от (Л ношению к оси отв.еса с противоположной резистивному элементу стороны, а измерительное устройство снабжено передаточным звеном, выполненным в виде балки, передающей усилие арретирования , приложенное к ее середине , одним концом датчику зенитного NU угла, а другим - датчику азимута, СП причем коммутирующий механизм снабжен арретирующей пружиной, которая через систему рычагов, тяг и штока 4 связана с балкой измерительного устройства .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1145124 А

4(5l) ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯ!

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3654429/22-03 (22) 20. 10. 83 (46) 15.03.85. Бюп. Р 10 (72) В. 0. Галета, А.А. Назарчук, А,Г.Кушнир и О.А.Майер (71) Опытно-конструкторское бюро геофизического приборостроения

Объединения "Укргеофизика" (53) 622.241 (088.8) (56) 1. Померанц Л.И., Чукин В.Т.

Аппаратура и оборудование для геофизических методов исследований скважин. M., "Недра", 1978, с. 246-250.

2. Авторское свидетельство СССР

1 972068, кл. Е 21 В 47I02, 1980 (прототип). (54)(57) HHKJIHHONETP содержащий наземный измерительный блок, включающий фильтр., делитель напряжения и цифровой индикатор, скважинный прибор, включающий коммутирующий механизм, состоящий из электромагнита, кулачков, контактных щеток,. храпового механизма, содержащего храповик и собачку, измерительное устройство, состоящее из рамки с установленными в ней арретирующими тягами, рычагами, датчиком азимута и датчиком зенитного угла, содержа щим ось, отвес и резистивный эле-! мент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности работы, скважинный прибор снабжен узлом калибров ки, состоящим из контрольного сопротивления, выполненного в виде катушки, жестко посаженной на ось храповика, и коллекторного устройства, выполненного, например, в виде контактных секторов, жестко связанных с катушкой, и неподвижных контактов, обеспечивающих подключение контрольного сопротивления к электрической схеме скважинного прибора, при этом отвес в датчике зенитного угла подпружинен в осевом направлении и снабжен опорой, установленной по отношению к оси отвеса с противоположной резистивному элементу стороны, а измерительное устройство снабжено передаточным звеном, выполненным в виде балки, передающей усилие арретирования, приложенное к ее середине, одним концом датчику зенитного угла, а другим — датчику азимута, причем коммутирующий механизм снабжен арретирующей пружиной, которая через систему рычагов, тяг и штока связана с балкой измерительного устройства.

4 1

Изобретение относится к геофизи/ ческим исследованиям в скважинах, в частности к средствам определения пространственного положения стволов скважин, и может быть использовано в условиях нормального геомагнитного поля.

Известен инклинометр с резисторными преобразователями, включающий

„ Ъ наземный блок с мостовой схемой измерения сопротивлений и делителем напряжения и скважинный прибор, со- . стоящий из переключающего механизма, содержащего электромагнит, разрядник, храповой механизм, кулачки, толкатели и контактнущ группу, и измерительного устройства, включающего рамку, в которой установлены датчики зенитного угла и азимута, арретирующие тяги и рычаги (1j .

Недостатком данного инклинометра является то, что измерительная цепь подвергается действию повышенного напряжения, необходимого для пробоя разрядника и срабатывания электромагнита, что нередко приводит к выходу из строя резистивных элементов датчиков или пробою изоляции.

Кроме того, фиксация измеряемой угловой величины на поверхности с помощью мостовой схемы с ручным уравновешиванием приводит к существенным потерям времени при каждом замере.

Известен также инклинометр, содержащий наземный измерительный блок, включающий фильтр, делитель напряжения и цифровой индикатор, скважинный прибор, включающий коммутирующий механизм, состоящий из электромагнита, кулачков, контактных щеток, храпового механизма, содержащего храповик и собачку, измерительное устройство, состоящее из рамки с установленными в ней арретирующими

t тягами, рычагами, датчиком азимута и датчиком зенитного угла, содержащим ось, отвес и резистивный элемент (2 ).

Недостатком указанного инклинометра является то, что арретирующий кулачок занимает неустойчивое положение и в результате механических нагрузок при транспортировании или работе в скважине самопроизвольно опрокидывается, измерительная система разарретируется, что является частой причиной поломок и отказов прибора, нижняя шпилевая опора подвергается действию арретирующего

145124 2

15 усилия, что приводит к притуплению иглы и снижению чувствительности измерительного устройства к изменению азимута в особенности при малых зенитных углах, а направление усилия арретирования не совпадает с осью отвеса датчика зенитного угла, вслед— ствие чего на ось отвеса дополнительно действует изгибающий момент, что нередко приводит к выходу из строя опор отвеса. Кроме того, в позиции "Контроль, когда щетки переключателя позиций накладываются на коллектор измерительного устройства, датчики неарретированы, рамка под действием щеток может проворачиваться, что вносит погрешность в измерения. Затем контроль питаю-. щего напряжения и компенсация сопротивления кабеля производятся при полностью включенном сопротивлении резистивного элемента датчика, т.е. по концу диапазона измерения, а контроль по "нуль-сигналу" отсутствует, что приводит к погрешностям при измерениях величин, соответствующих началу диапазона измерений зенитных углов и азимутов.

Цель изобретения — повышение точности измерений и надежности работы.

Указанная цель достигается тем, что в инклинометре, содержащем на.земный измерительный блок, включающий фильтр, делитель напряжения и цифровой индикатор, скважинный прибор, включающий коммутирующий механизм, состоящий из электромагнита, кулачков, контактных щеток, храпового механизма, содержащего храповик и собачку, измерительное устройство, состоящее из рамки с установленными в ней арретирующими тягами, рычагами, датчиком азимута и датчиком зенитного угла, содержащим ось, отвес и резистивный элемент, скважинный прибор снабжен узлом калибровки, состоящим из конт,рольного сопротивления, выполненного в виде катушки, жестко посаженной на ось храповика, и коллекторного устройства, выполненного„ например, в виде контактных секторов, жестко связанных с катушкой, и неподвижных контактов, обеспечивающих подключение контрольного сопротивления к электрической схеме скважинного прибора, при этом отвес в датчике зенитного угла подпружинен в осевом направлении и снабжен опорой, уста3 1145124 4 новленной по отношению к оси отвеса с противоположной резистивному элементу стороны, а измерительное устройство снабжено передаточным звеном, выполненным в виде балки, передающей усилие арретирования, приложенное к ее середине, одним концом .датчику зенитного угла, а другим — датчику азимута, причем коммутирующий механизм снабжен арретирующей пружиной, которая через систему рычагов, тяг и штока связана с балкой измерительного устройства.

На фиг.- 1 представлена конструктивная схема коммутирующего механизма и измерительного устройства скважинного прибора, инклинометра; на фиг. 2 — то же, вид сбоку; на фиг. 3 — вид А на фиг. 2; на фиг.4— вид Б на фиг. 2, схема включения контрольного сопротивления; на фиг. 5 — электрическая схема инклинометра, включающего наземный блок и скважинный прибор.

Коммутирующий механизм состоит из штока 1 с собачкой 2, храповика 3, кулачков 4 и контрольной катушки

5, жестко посаженных на ось 6, рычага 7, шарнирно закрепленного на оси

8 в корпусе 9 и прижимаемого к кулачкам пружиной 10, тяги 11, пальца 12, штоков 13 и 14, флажков 15. и 16, щеток 17, 18, 19 и 20, закрепленных на штоках 13 и 14, контактов 21, 22 и 23, установленных в изоляционном корпусе 24, контактных секторов 25 и 26, жестко связанных с катушкой, выступа 27.

Измерительное устройство содержит датчик зенитного угла, включаю- 40 щий ось 28, отвес 29, жестко связанный с втулкой 30 и контактной стрелкой 31, пружину 32 и резистивный элемент 33, установленный в корпусе

34, и датчик азимута, включающий 45 корпус 35, резистивный элемент 36, обойму 37, иглу 38, на который установлена магнитная система, состоящая из корпуса 39, магнитных стержней 40 и контактной стрелки 41, ры- 50 чаг 42 и захват 43. Ось датчика зенитного угла установлена в рамке

44 на полуосях 45 и 46, датчик азимута установлен на полуосях 47 и 48.

Измерительное устройство включает 55 также коллектор, состоящий из колец

49, 50, 51 и 52, арретирующий меха- низм, состоящий иэ балки 53, рычага 55 с запрессованным в него штифтом 56., груз 57 и опору 58, рамка установлена на полуосях 59 и 60 °

Скважинный прибор также содержит трансформатор 61, выпрямитель 62, питающий электромагнит 63, реле 64, нормально замкнутый контакт 65 которого расположен в цепи питания электромагнита, а нормально разомкнутый контакт 66 — в цепи питания самого реле, дроссель 67, выпрямитель 68 и конденсатор 69.

Наземный блок инклинометра включает кнопку 70, конденсаторы 71 и (72, дроссель 73, делитель напряжения 74 цифровой индикатор 75. Наземный блок связан со скважинным прибором одножильным бронированным кабелем 76.

Инклинометр работает следующим образом.

Переменное напряжение подается в скважинный прибор, а именно в первичную обмотку трансформатора 61, через контакт 70, конденсатор 71, кабель 76. Электромагнит 63 и реле

64 подключены к выпрямителю 62, причем реле включено по схеме с временной задержкой. При подаче напряжения в скважинный прибор срабатывает электромагнит, а через некоторое время, соответствующее времени задержки, срабатывает реле 64, разрывает контакт 65, отключая тем самым электромагнит, и самоблокируется через контакт 66.

Электромагнит приводит в действие шток 1, который через собачку

2 поворачивает храповик 3 на один зуб. При отключении питания скважинного прибора с помощью контакта 70 реле 64 возвращается в исходное состояние, при последующем замыкании контакта 70 электромагнит снова срабатывает и цикл повторяется.

При каждом включении питания храповик 3 поворачивается на один зуб вместе с осью 6 и закрепленными на ней кулачками 4, катушкой 5 и выступом 27, обеспечивая определенную последовательность арретирования измерительной системы, а также подключения контрольной катушки или резистивных элементов датчиков.

Полный цикл работы коммутирующего механизма соответствует одному обороту оси 6 и включает пять позиций

jno числу зубьев храповика 4. ходится в арретированном состоянии, контрольная катушка 5 отключена (контактные секторы 25 и 26 уходят от контактов 21-23), а выступ

27 оси 6, упираясь поочередно во флажки 15 и 16, поворачивает сначала шток 13, замыкая при этом щетки

17 и 18 на коллекторные кольца 49 и

51 (третья позиция), а затем шток

14, замыкая тем самым контактные щетки 19 и 20 на коллекторные кольца

50 и 52 (четвертая позиция). К источнику питания 68 оказывается подключенным резистивный элемент датчика зенитного угла или датчика азимута, а снимаемое напряжение пропорционально измеряемой угловой величине.

Таким образом, в третьей позиции коммутирующего механизма происходит измерение зенитного угла, а в четвертой — азимута.

В пятой позиции выступ кулачка 4 снова отжимает рычаг 7; пружина 10 взводится, измерительная система разарретируется, щетки 17-20 не имеют контакта с коллекторными кольцами 49-52, источник питания 68 отключен, происходит разрыв цепи по постоянному току. Пятая позиция

"свободная".

Постоянное напряжение, снимаемое с контрольной катушки 5 или резистивных элементов 33 и 36 через дроссель 67 и кабель 76, поступает в наземный блок, где через дроссель

73 и делитель 74 подается на вольтметр 75.

Разделение цепей переменного и постоянного тока обеспечивается в наземном блоке конденсаторами 71 и

72 и дросселем 73, а в скважинном приборе — дросселем 67 и конденсатором 69.

Введение арретирующей пружины, связанной через систему рычагов и тяг с измерительным устройством, позволило исключить разарретирование в процессе механических нагрузок на скважинный прибор, а введение подпружиненного в осевом направлении отвеса и дополнительной опоры, воспринимающей усилие арретирования, позволило разгрузить опоры оси отвеса от осевых перегрузок и изги— бающего момента. Кроме того, введение контрольного сопротивления позволило осуществить контроль ра3 1145124

В первой позиции (фиг.1-5) кулачок 4 своим выступом отжимает рычаг

7, пружина 10 взведена (растянута), измерительное устройство разарретировано. Щетки 17-20 не имеют контакта с.коллекторными кольцами 49,52, измерительная система полностью свободна. Контакт 21 замкнут на сектор 25, а контакты 22 и 23 — на сектор 26, контрольная катушка под- 10 ключена к источнику питания через контакты 21 и 23, а снимаемое напряжение равно нулю, поскольку контакты 22 и 23 замкнуты между собой. 15

Таким образом, в первой позиции осуществляется контроль работы инклинометра по нуль-сигналу" и успокоение датчиков.

Во второй позиции, когда храпо- 2р вик 3 повернется на один зуб, выступ кулачка 4 уходит от контакта с рычагом 7 и под действием пружины.

10 рычаг 7 через палец 12, тягу 11, штифт 56, шток 55 и рычаг 54 воздейст- 25 вует на балку 53, один конец которой упирается во втулку 30, а другой— в рычаг 42. При перемещении втулки

30 относительно оси 28 контактная стрелка 31 длинным концом прижимает- щ ся к контактной дорожке резистивного элемента 33, а коротким ложится на опору 58.

При повороте рычага 42 конический захват 43 через корпус 39 прижимает контактную стрелку 41 к контактной дорожке резистивного элемента 36.

Таким образом, измерительное устройство во второй позиции арретировано, но щетки 17-20 не имеют контакта с коллекторными кольцами 4952, следовательно, резистивные элементы датчиков не включены в схему.

Поскольку катушка 5 повернется на

1/S оборота (на фиг.4 направление поворота показано стрелкой), контакты .21 и 22 замкнутся на сектор 25, а контакт 23 — на сектор 26.

В этой (второй) позиции снимаемое с катушки 5 через контакты 22 и 23 напряжение равно напряжению источника 68, таким образом, осуществляется контроль работы инклинометра по сигналу, соответствующему концу диапазона измерения зенитных углов или азимутов.

В третьей и четвертой позициях измерительное устройство также на1145124

72

9 ит. г.2 боты прибора как в конце, так и в начале диапазона, а также сократить время, затрачиваемое на измерение в скважине, так как контроль работы прибора и переключение с позиции Измерение зенитного угла в позицию Измерение азимута" осуществляется при арретированном состоянии измерительного устройства, т.е. измерения могут выполняться во время перемещения прибора на следующую точку замера.

Повышение точности измерений и надежности работы обуславливают экономический эффект от применения данного инклинометра.

1145124

1б

f 145124

ВНИИПИ Заказ 1137/25 ТиРаж 540 Подпясяое

Филиал ППП "Патеят", г.Улиород, уа.Проеятяаа, 4