Оптико-механическое устройство для измерения искривлений скважин

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

5!> 4 F- 21 В 47/022

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2! ) 3831450, 22-03 (22) 26.12.84 (46) 23.06.86. Вюл. № 23 (71) Ижевский механический институт (72) В. Н. Шиляев, О. Н. Киселева, С. А. Тюрин и В. А. Мыльников (53) 622.24! .7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 480829, кл. Е 21 В 47/022, 1973.

Авторское свидетельство СССР

¹ 872739, кл. Е 21 В 47/022, 1979. (54) (57) ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКОЕ УС1РОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И(:КРИВЛЕНИЙ СКВАЖИН, содержащее две цилиндрические цанги, соединенные гибкой связью, в одной из которых соосно закреплен корпус с источником света. а в другой — фиксатор отклонения светового луча с фотоприемниками, отличающеес. тем, I Io, с целью повышения точности измерения, фнк„„5U„„1239290 А1 сатор огклонения светового луча выполнен в виде пoc едовательно установленных в 11анI å коль. сво1о параболического отражателя, оптического блока, оптических клиньев и параболического отражателя, выполненного в виде отдельных секторов, в фокусах которых размещены фотоприемники, при этом оптический блок жестко связан с корпусом источника света и выполнеH в виде оптически взаимосвязанных между собой делиTt.1ьных п.1астин, зерка;1а и плоских отражателей. и оптические клинья выполнены в виде плоскопараллельных Ilëàñòèí переменной о11тической плотности. размещенных равномерно по окружности в плоскости, перпендикулярной оси цилиндрической цанги, причем корпус с источником света связан с цан1.ой сферическим шарнирным соединени еи. жестко укрепленным в фокусе кольцсв 11о параболического отражателя.

1239290

Изобретение относится к техническим измерениям, в частности для определения направления и величины искривления любых цилиндрических каналов, и может быть использовано, например, в горной промышлен ности для контроля искривлений различных скважин.

Цель изобретения -- повышение точности измерений.

На фиг. 1 приведен оптико-механический прибор для измерения искривлений скважин; общий вид; на фиг. 2 — сечение А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б — Б на фиг. l.

Устройство содержит цанги 1 и 2, соединенные гибкой связью 3. В цанге 2 с помощью жестких связей 4 соосно с ней неподвижно закреплен корпус 5, в котором

1(яход?!Тся исто >ник 6 c(po(IIHpB 7 H »KccTKHx с!)язей

8 соединен c HBHI oH H может «fo80РячиВяться !3 v1с(.т(с !,ЯНГОН 2 Относитсль-! Очки О, o > op!>H являстся Llpнтром }3p3(пения сферического ш-рнира 7. Источник 6 с>Зета установлен в корпусе 5 тяк, что его

Оff)HHpcKBH ocb проходит через точку 0. Исгочник 6 с}>с.гd оптически связан с опти- 25 ческим блоком 9, жестк0 связанным с корпусом 5. И выполненным ?3 ви,}е набора деil liT(. lbl!bIx l1л3) тин 10 — — i? и 3(окала 13, которые 0(17?1 !С(.ки связаны с соответствую!цими отражателями 14 и 15. Опти (сский блок

9 оптически связан с кольцевым параболическим отра»<ателем 16, жестко связанным с v,3íãî!3 l, расположенным так, что pi o фокус совпадает с центром вращения О шарjlHpa 7. Отражатель !6 В свою очередь Опти(РСКИ СВЯЗ;!Н C IP7 !(РЬХ)Я ОПТИЧЕСК?(М И КЛ И НЬЯ;;». 17, жестко связанн>,(ми < цангой l и ныполненны 7Н в виде плоскопаряллельш-.(х и IBcTHH I7pðp33pHfIoé оГTHHåñêîé плот((ости, причем оптичсш«ис кл!. .))! 17 ВыполнеHbi так, (то и.< оптическая (>3 >тн(>сть меняется и>

Л-! НЕ?)НОWV 3 "! ХОIIУ В 0,,НOМ I, Я(!РЯВЛPНИ и И

J остается 1>ос Го)(ИH»?; В .3руго;)1. Так, на((ример, Д)! 11 К. IH iihf- ., К(Г(;1 : —.! P .(1 P "(. <ОС7.()К>,".:3, Н,-! K)0(33, (Сз:, I H >, Па)рал, !С,:,)—

I)oм плоское-: if УУ, их ошги->вские плотности из.. (Ия(отсн Ifo >!Ilf!> йному зако,>у, 3 В любом .еч(нии, р) рпендикулярном плоскости . ", 35 их Оптическис плотности focToянн>1. Кяж f,ый из оптических клиньев 17 о(г> ичсски свя:3 и с соответствуK) цим параболи It ским отра«<зтелем 18. вьшолненным и !>1(.(p сегме((та, жестко связанного с цянгой 1. Фотоприсм О ники !9 Оптически спязань отра>кат(ляМИ 8 И )CTBIIOÂ)7PIIÜI ТЯК )(TO ИХ и!Э IIIHÚIB(0 цая поверхность соьч!ядаст с фокусом парабол ичсcKHx. Отраж ITE. ()H 18 (зде h lio I, (>0K)сом понимастся точка пересечения лу (p?«I, падающих на отражатель 18:(ара,".лел>н о 15 оси 1(анги 11. .Фот(3>>ГИ! См)»?к> 9 элехтрн:ссК;1; В?(ЗЗНЫ РЕ(-ИСТРОМ >Г> 1(ДЛЯ HOP.,(-! V ), 1-." И и Ч ъ В С 7 !3 H > С Л Ь Н 0(". H l b ) I ) ) P ) 0 H "1 (Ю Т С и В виду приемники, расположенныс в сечении

УУ или ХХ) соединены по мостовой схеме.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений устройство устанавливают так, чтобы цанга 2 была строr0 coocHB c }!ЯНГОЙ 1. BK.7fo«3(01 исто !!iи к 6 света, луч света из него попадает в оптический блок 9, где с помо(цью делительных пластин 10 в 12 и зеркала 13 делится на четыре луча равной интенсивности (Af, А, В(, В2), причем лучи Af u A. Лежат в плоскости ХХ, но направлены в противоположные стороны, а лучи В! и В лежат в плоскости УУ, перпендикулярной плоскости ХХ и имеют разное направление. Каждый из лучей, отразившись от соответствующих отражателей 1.4 и 15, попадает на кольцевой параболический отражатель 16. Отражатели 15 мста>(овле:(ы тB> ., что (If>H продолжении лучей А!, А;, В . В) в сторону, противопо.>ОЖНМIО ИХ;>3(>OBÃ,)I),) f:(O, Ojfh 1:СРЕССК;ТСЯ В

T0vIKp, COÂÏà 3)-,Х>Ш(.Й C ТОЧКОЙ О, 7.E. . < Н:С)!ТрОМ вращения сферического !Нарнира 7 и фокусом

17 Яр(1!)Ол и ic!скОГО OTp3»

Согласно свойству параболических зер-! ял lip H таком нолОже ни и (очей А), ь

В>. В, они посзе отраже>(ия от параболи(ссксго зеркала !6 и!>ра,! 7сз j! j один, рмгому Il центральной оп "HH(.KO?f оси устройства 0 и расположены в и ocKncгя;(ХХ и УУ

Пройдя через соотве((.7< ч(;л.:-;.. Оптические клинь?! 17, л))чи A). А, В), В) H;M(!jяют (BOIO ИНТЕНСИВНОСТЬ В ЗЯВИСIIÓ(>CTH ОТ ОПТИЧССКС И П.707 НОСТИ КЛИН Ь()3 ) !3 Я 3 Н>IОМ (..7 v чае (вследствие сHМ".с7рии системы HB одну вели (ину) и попа7;:т на соответствую:цие отра>катели 18, 0TpBBHBITIHcb от которых п(>падут ня соотвстствмющ}(е фотоприемники 19, которые выработают злсктри)!Еск?: Й СИ ГНЯЛ Of!1)(.,";0,1ЕННОИ НС (ИЧИ—

HbI H KOT0;>blH IIO(T, If: Т HB регистр}!7».) 20.

13)чи А>, A), В>, В ) им(.ют р! 13!I v)ю Hнтсн)зив(>1 ность и изменя)от .. с:I >):. р;х()жд(:н )if 0(1ТИЧЕСКИХ );;(ИНЬС!3;, >>3 () )И!(3 ;:03 >О В,.H);«(f1)v (ри BTO)1 )! ф;> I 0(>ри(".")1(-, ; > >1 1 9 ") )il )K fsbf выработать сигнал одз:., !<О!>ой вели IHhbl.

1 Bcxо:кденне снГHB„!0): 1 «.,:с;>(3)1(Г)(л) «уl(> Be)IH lH !Ó, К(>ТОРОС "IO»<(«VO?!HI!TH Н За CH T

i! of l)PI, (нос) H о) I THH()) х >) -, i(c !17 Ов )), cа Нх

)1))oт(> (>pи)з!", и коl3 1 9., !), (т (>ы b (т > н нс))0 >1CK > i>0f1 j. >Iivf I! . <.! 011(Г". -.. М И. K j >! ««П)> 3ЗС)!)(, I

;)ол, 31(ется начальн(3: з.)3;.:ис си(палов

113 р(!ГИСТраТОрЕ, СОО) В(1. Т!3> Ю!це< Н )ЛЕВОМу

3:> 3 че() и))) с к (Он с и" "B ) (" ) 2 Рт

I<(f0(Iv)i и;l;(гу 2 на (>I:.>(де, I) и;!ы(и >))ест;>ЫЕ ))> Ibl, СИГflB«73 В ЯПPB 7С:IH? . I:. IOCÅOC

Ги « (, 3 за Гем В H3!lp33. !(ни и )! 10)1<0 . (H ) У, ;IO.(у) .:)IОГ ЗЯВИСИ vlOCTI-. ИЗМЕ(:E -1>Ия СИ: Н:-),>а С

1 «

)>1()T0 (р?(ем ?!иков 1. От (3p. 1 ичины с ) K.TO«p f!3?I .,Я}! Г)>, .:. ! 1= IР?;М: P, LIB(If . (;Тl;,)ОНЯС-ТСЯ IIB 0(IPP, iP,!(! l l,ь1й,) "Î, 1 f3 l!:.3 l1 )-. .. Н, f и И ХХ, ) Я х:<Як

)!0!>1! (: 5 (!>}(Зм(!Н(l)lf! " с H(.м H) ((>ч:>икох)

6 с!ICTB»<((ТКО <В я)3> )(" ОC! C >3?fз)) -- = 1! B If);>ff ".,) ñ;3j:».;(03) И;;)(,(I) 1239290 з ком шарнире 7 относительно точки О. Кроме того оптический блок 9 жестко связан с корпусом 5, он также развернется на искомый угол, это приведет к тому, что лучи А(„

А», оставаясь в плоскости ХХ, изменят свое положение относительно центральной оси OF. оставаясь параллельными один др гому после отражения от параболического зеркала 16 и займут положение Ai и А ..

Это приведет к тому, что лучи Ai и А пересекут соответствующие оптические клинья 17 в сечениях с различной оптической плотностью, причем для одного из лучей она изменится в сторону увеличения от начальной оптической плоскости, а для другого в сторону уменьшения, что приведет к соответствующему изменению интенсивности све- 15 товых лучей от начальной. Так как лучи

А1 и A(остаются параллельными ос1. О!., они параллельны и своему начальному положению Ai и А, это приводит к тому, что лучи А1 и А . после отражения от coofветствующих параболических отражател H

18 попадут на соответствую1цие фотоприемники (согласно закону, что параллельнь(е лучи, падающие на поверхность параболического зеркала, после отражения собираются в фокусе). Так как интенсивности лучей А, и А изменяются, то соответственно изменяются и электрические сигналы с соответствующих фотоприемников 19. Изменяя угол отклонения цанги 2 относительно цан— ги 1 в плоскости ХХ, получают ряд значений величины сигнала с фотоприемников 19, каж- ЗО дый из которых соответствует определенному углу отклонения цанги 2. При отклонении цанги 2 в плоскости ХХ лучи Bi и В., лежащие в плоскости УУ, изменяет свое положение относительно плоскости УУ и займут положение В, и В, под соответствующим уг( лом к УУ (при этом продолжения лучей В,, В,, как и А,, А, пересекутся по-прежнему в точке 0). Отразившись от кольцевого параболического отражателя 16, лучи В, и В( займут положение, параллельное оси OF u соответственно своему начальному положе4

Hit(a Bi v. В . причем В, и Bi, В и В> наxolHTc51 в плоскостях, параллельных плоскости ХХ.

Таким образом, отразившись от кольцевого параболического отражателя 16, лучи Bi u

t (В пересекут соответствующие клинья 17 в сечениях, где оптическая плотность их не изменится по сравнению с начальной, а значит

1 l не изменится и интенсивность лучей Bt и В по сравнению с интенсивностью лучей Bi

1 и В . Это приведет к тому, что лучи Bi и В, отразившись от отражателей 18 и поступив на фотоприемники 19, не изменят величину электрического сигнала. Изменяя откinHettHe цанги 2 относительно цанги 1 в плоскости УУ, можно получить такую же зависимость электрического сигнала с фотодатчиков, как н при отклонении в плоскости ХХ.

Таким ооразом. устройство, кроме измереHHя непосредственно угла отклонения, может также определять и направление отклонеttHÿ. Имея две зависимости изменения электрического сигнала от величины угла отклонения в плоскости ХХ и УУ, можно проводить измерени51.

При перемещении устройства по участку скважины, имеющей искривление. цанга

2 отклоняется относительно цанги 1 и устройство работает аналогично опи-анному. Со всех четырех фотодатчиков 19 снимаются и регистрируются регистратором 20 электрические сигналы, по измененик5 которых можно определить величину и направление искривления.

Составнгсл : И Кирби:lllilгкая

Редактор H. Марголина Тскред И. Ворсе Коррскм р, I. 1!атан

Заказ 3366/28 Тира к 5 18 I! одн ис иве

ВНИИПИ Государстве" íîãî комитета СССР но делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж 35, Раушская наб.. л. 4, 5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. 1!роектная. 4