Устройство для определения азимутального и зенитного углов скважины

 

Изобретение относится к технике разведочного бурения и предназначено для измерения кривизны геолого-разведочных скважин. Цель изобретения - производительности и расширение области применения за счет обеспечения определения направления действия отклонителя в скважине. В корпусе основного измерительного узла размещена сферическая камера (СК), заполненная слабоэлектропроводной . жидкостью, например водой. В СК разСАЭ 00 СП 05 00 О5 ш Фиг 5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ .

РЕСПУБЛИК

А1 (I9) SU(I1) (51)4 F. 21 В 47 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

33

33

27

32

32

79

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4043569/22-03 (22) 25.03 ° 86 (46) 07.09.87. Бюл. Ф 33 (71) Центральная геолого-поисковая экспедиция Казахского научно-исследовательского института минерального .сырья (72) О.В. Эстерле, Г.И. Лоскутов, С.И. Бочаров, В.В. Гейман и А.Ф. Гройсер (53) 622.242(088.8) (56) Авторское. свидетельство СССР

Н- 1132002, кл. E 21 В 47/022, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1090863, кл. F, 21 В 47/02, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ПЛЯ ОПРЕДГЛЕНИЯ АЗИМУТАЛЬНОГО И ЗЕНИТНОГО УГЛОВ CKRAЖИНЫ (57) Изобретение относится к технике разведочного бурения и предназначено для измерения кривизны геолого-разведочных скважин. Цепь изобретения повышение производительности и расширение области применения за счет обеспечения определения направления действия отклонителя в скважине. В корпусе основного измерительного узла размещена сферическая камера (СК), заполненная слабоэлектропроводной .жидкостью, например водой. В СК раз13 мещен сферический поплавок с датчиками азимутального и зенитного углов, выполненными в виде магнитной стрелки 25 и отвеса. На поверхности нижней полусферы СК установлены концевые электроды 32 и 33 в плоскостях, перпендикулярных оси корпуса, и подключены к входам преобразователя (П).

На поверхности верхней полусферы СК размещены дополнительные электроды в виде отдельных полосок. Концы стрелок 25 связаны с проводником 27,установленным в поплавке по линии дей ствия отвеса. На наружной поверхности проводника 27 выполнена риска.

35686

В нижней части бурильной колонны (БК) 3 установлен электромагнит 15 с подпружиненным якорем и подключен к П, В верхней части БК 3 установлен акустоэлектрический П 41 и соединен с усилителем 42, выход которого подключен к входу индикатора. 43 °

В угломерном приспособлении 44 установлен дополнительный измерительный узел 45, П которого связан с индикатором 43. Устройство позволяет снижать значения зенитного и азимутального углов скважины и передавать их на поверхность без подъема БК 3, 2 з.п ° ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технике разведочного бурения и предназначено для измерения кривизны геолого-разведочных скважин и ориентирования отклонителей в процессе бурения. 5

Цель изобретения — повышение производительности и расширение области применения за счет обеспечения определения направления действия отклонителя в скважине.

На фиг. 1 представлен передатчик устройства, общий вид; на фиг. 2 сферический поплавок общий вид; на ! фиг, 3 — сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 — корпус со сферической камерой, 15 общий вид; на фиг. 5 — электрическая функциональная схема устройства; на фиг, 6 — временная диаграмма работы устройства.

Устройство содержит передатчик 1 и приемник 2, Линией связи между ними является бурильная колонна 3. Передатчик состоит из переходников 4 и

5, наружной трубы 6, внутри которой

25 между переходниками неподвижнО установлены заглушки 7 и 8, перегородка

9 и кожухи 10 и 11, соединенные между собой герметично неподвижными, например резьбовыми, соединениями.

В заглушке 7 установлен подпружиненный поршень 12, жестко связанный со штоком 13. Внутри кожухов установлен нормально замкнутый контакт

14, а электромагнит 15 с подпружиненным якорем 16 установлен в нижней 35 части бурильной колонны с возможностью взаимодействия с бурильной колонной через перегородку, Основной измерительный узел содержит преобразователь 17, корпус 18 со сферической камерой, заполненной слабоэлектропроводной жидкостью, например водой, в которой свободно плавает сферический поплавок 19, и источник 20 питания. Между корпусом и электромагнитом установлен защитный магнитный экран 21. В переходниках имеются каналы 22 и 23 для прохода промывочной жидкости, сообщающиеся с поршнем. Поплавок содержит полую оболочку 24, внутри которой вмонтироваиы датчики азимутального и зенитного углов, выполненные в виде магнитной стрелки 25, установленной в экваториальной плоскости поплавка, и отвеса 26, линия действия которого перпендикулярна экваториальной плоскости поплавка, и проводник 27, установленный по линии действия отвеса и соединенный с магнитной стрелкой. Концы магнитной стрелки и проводника выведены на наружную поверхность поплавка и закреплены в виде электродов 28-31, причем электрод 29 южного полюса магнитной стрелки выполнен шире электрода 28 северного полюса магнитной стрелки. Средняя плотность поплавка устанавливается равной плотности жидкости, в которой он плавает.

1335686

На внутренней поверхности сферической камеры корпуса размещены основные кольцевые электроды 32, расположенные в нижней части полусферы в плоскостях, перпендикулярных оси корпуса, и дополнительные электроды

33, расположенные в верхней части полусферы в плоскостях, которые содержат ось корпуса. Дополнительные 10 электроды не соединяются между собой и выполнены в виде отдельных полосок, сужающихся по мере приближения их к оси корпуса так, что расстояние между ними равно ширине полосок.

Преобразователь соединен с источником питания через нормально замкнутый контакт и состоит из трех групп резисторов 34-36, электронного регистра 37 сдвига, стабильного, напри- 2р мер кварцевого, генератора 38 импульсов и усилителя 39. Первая группа резисторов .34 одними своими концами соединена с основными кольцевыми электродами и с входом регистра, 25 а вторыми своими концами — с одним полюсом источника питания. Вторая группа резисторов 35 одними своими концами соединена с дополнительными электродами и с входом регистра, а 30 вторыми своими концами — с другим полюсом источника питания. Третья группа резисторов 36 состоит из двух последовательно соединенных резисторов, средняя точка которых соединена с входом регистра, а крайние точки соединены с источником питания.

Тактовый вход регистра соединен с генератором 38 импульсов, а выход соединен с усилителем 39, выход кото- 40 рого является выходом преобразователя и соединен с электромагнитом.

Один из дополнительных электродов принят за нулевой и его положение отмечено риской 40, лежащей в одной с ним плоскости и нанесенной на наружной поверхности переходника 4 °

Приемник состоит иэ акустоэлектрического преобразователя 41, установленного в верхней части бурильной колонны, усилителя 42, многоканального индикатора 43, например двухлучевого осциллографа, угломерного приспособления 44, например гониометра, имеющего шкалы зенитного и

- 55 азимутального углов, и дополнительного измерительного узла 45, аналогично измерительному узлу в передат- . чике. Акустоэлектрический преобразователь соединен с усилителем 42, выход которого подключен к одному пэ входов индикатора. Дополнительный измерительный узел установлен в угломерном приспособлении, а выход его преобразователя связан с вторым входом индикатора.

Устройство работает следующим образом.

Передатчик устанавливают в нижней части бурильной колонны непосредственно за буровым снарядом, опускают в скважину, подают промывочную жидкость и производят бурение обычным способом. При этом промывочная жидкость воздействует на поршень 12, который, преодолевая сопротивление пружины, перемещается вниз и, воздействуя через шток 13 на контакт 14, разрывает цепь питания передатчика, т.е. во время бурения передатчик не работает. При необходимости измерения пространственного .положения скважины бурение прекращают и прекращают подачу промывочной жидкости. При этом ,поплавок 19 занимает строго определенное положение относительно сторон света и оси скважины, а магнитная стрелка 25 и проводник 27 занимают строго определенное положение отно» сительно электродов 32 и 33 и замыкают цепь источника 20 питания через соответствующие этому положению резисторы 34 и 35. Поршень 12 под воздействием пружины преодолевает сопротивление столба промывочной жидкости, перемещается вверх и тянет за собой шток 13, в результате чего контакт 14 замыкается и преобразователь 17 подключается к источнику 20 питания °

Регистр 37 по тактовому входу от генератора 38 поочередно подключается к резисторам 34-36 и, если при подключении к резистору на нем есть падение напряжения, то на выходе регистра появляется импульс тока, который усиливается в усилителе 39 и приводит к срабатыванию якоря 16 электромагнита 15. Количество резисторов в группах 34 и 35 зависит от требуемой точности измерения зенитного и азимутального углов. При о точности измерения зенитного угла 5 требуется 18 резисторов в группе 34 и 18 электродов 32. При точности о измерения азимута 10 требуется 36 резисторов в группе 35 и 36 электро1335686 дов 33. Через резисторы 36 протекает ток при любом положении поплавка.

Возникающие при подключении к ним регистра импульсы являются синхроимпульсами и служат для определения начала цикла передачи и синхронизации приемника 2.

Цикл передачи при указанной точности состоит из 56 импульсов и содержит синхроимпульсы 46 и информационные импульсы для передачи значения азимута 47 и для передачи значения зенитного .угла 48. При периоде следования импульсов 0,5 с длительность цикла составляет 28 с. При поступлении импульса тока в обмотку электромагнита его якорь бьет по бурильной колонне 3. Возникающие акустические колебания распространяются вдоль бурильной колонны и попадают в акустоэлектрический преобразователь 41, прикрепленный к верхней части бурильной колонны, где превращаются в электрические импульсы, которые усиливаются в усилителе 42 и поступают на один из, входов двухлучевого осциллографа 43, частота развертки которого синхронизируется по синхроимпульсам 46. На второй вход осциллографа поступают импульсы от дополнительного измерительного узла

45. Изменяя пространственное положение дополнительного измерительного узла в угломерном приспособлении 44, добиваются что обе комбинации импульсов на экране осциллографа одинаковые.

Для облегчения этой операции вначале добиваются одинаковой комбинации импульсов по зенитному углу, а затем вращением дополнительного измерительного узла по образующей конуса добиваются одинаковой комбинации импульсов по азимуту. После этого по шкалам угломерного приспособления считывают величины зенитного и аэимутального углов, которые равны соответствующим углам бурового инструмента в скважине. Поскольку один из торцов магнитной стрелки 25 выполнен шире другого и замыкает одновременно несколько электродов 33, то это позволяет. отличить северное направление от южного. Заполнение сферической камеры корпуса слабоэлектропроводной жидкостью позволяет создать цепь электрического тока только через те электроды 32 и 33, напротив которых расположены в данном положении поплавка концы магнитной стрелки и проводника. Наличие проводника, 5 электрически соединенного с магнитной стрелкой, позволяет однозначно определять положение поплавка относительно корпуса.

При использовании устройства с от10 клонителем последний соединяется с передатчиком 1 так, что направление его отклонения совпадает с риской 40.

Положение информационного импульса

47 от электрода 33, совпадающего с

15 риской, на экране осциллографа известно ° Поэтому известно и направление действия отклонителя относительно магнитной стрелки, а вращением бурильной колонны можно устанавливать от20 клонитель в заданное положение.

Наличие в устройстве дополнительных электродов, размещенных на сферической поверхности корпуса, проводника, установленного в поплавке,элек25 тромагнита с подпружиненным якорем, взаимодействующим с бурильной колонной, специального преобразователя, содержащего три группы резисторов, электронный регистр сдвига, генера-

ЗО тор импульсов и усилитель, акустоэлектрического преобразователя, установленного в верхней части бурильной колонны, усилителя, многоканального индикатора и дополнительного измерительного узла, аналогичного измерительному узлу в передатчике и установленного в угломерном приспособлении, позволяет снимать значения зенитного и азимутального углов сква40 жины и передавать их на поверхность без подъема бурильной колонны, что повышает производительность.

Наличие на наружной поверхности переходника риски, лежащей в одной плОскОсти с Одним из допОлнительных электродов, позволяет использовать устройство в качестве ориентатора для ориентирования отклонителей практически любого типа., поскольку его работа не оказывается нй работе отклонителя, что существенно расширяет область его применения.

Формула изобретения

1, Устройство для определения азимутального и зенитного углов скважины, содержащее установленные в ниж1335686 ней части бурильной колонны переходник и измерительный узел, включающий в себя корпус, выпопненный из электроизоляционного материала и имеющий сферическую камеру, заполненную жидкостью, в которой свободно плавает сферический поплавок с вмонтированными в нем датчиками азимутального и зенитного углов, выполненными в виде магнитной стрелки и отвеса, преобразователь, источник питания и основные кольцевые электроды, размещенные на поверхности нижней полусфе ры сферической камеры в плоскостях, перпендикулярных оси корпуса, и подсоединенные к входу преобразователя, подключенного к источнику питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности и расширения области применения за счет обеспечения определения направления действия отклонителя в скважине, оно снабжено дополнительными электродами, проводником, электромагнитом с подпружиненным якорем, акустоэлектрическим преобразователем, усилителем, многоканальным индикатором, дополнительным измерительным узлом и угломерным приспособлением, при этом сферическая камера заполнена слабоэлектропроводной жидкостью, дополнительные электроды выполнены в виде отдельных полосок и размещены на поверхности верхней полусферы сферической камеры в плоскостях, которые содержат ось корпуса, причем на наружной поверхности переходника выполнена риска, которая расположена в одной плоскости с одним из дополнительных электродов, проводник установлен в сферическом поплавке по линии действия отвеса и соединен с магнитной стрелкой, концы магнитной стрелки и проводника выведены на наружную поверхность поплавка и закреплены в виде электродов, электромагнит с подпружиненным якорем установлен в нижней части бурильной колонны с возможностью взаимодействия

5 якоря с бурильной колонной и подключен к выходу преобразователя, акустоэлектрический преобразователь установлен в верхней части бурильной колонны и соединен с усилителем, выход

1п которого подключен к одному иэ входов многоканального индикатора, второй вход которого связан с выходом преобразователя дополнительного измерительного узла, который установ)5,ëåH в- угломерном приспособлении.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в качестве многоканального индикатора использован двухлучевой осциллограф, угломерное приспособление выполнено в виде гониометра, в качестве слабоэлектропроводной жидкости использована вода.

3. Устройство по п. 1, о т л и2 ч а ю щ е е с я тем, что преобразова-тель выполнен в виде трех групп резисторов, электронного регистра сдвига, генератора импульсов и услителя, при этом первая группа резисторов соединена одними концами с основными кольцевыми электродами, а другими — с одним из полюсов источника питания, вторая группа резисторов соединена од ними концами с дополнительными элек35 тродами, а другими — с вторым полюсом источника питания, точки соединения резисторов с электродами соединены с входом регистра сдвига,. тактовый вход которого подключен к генератору

40 импульсов, а выход соединен с усилителем, выход которого служит выходом преобразователя, причем третья группа резисторов имеет два последовательно соединенных резистора, средняя точка которых соединена с входом регистра сдвига, а крайние точки соединены с источником питания.

1335686

133568б

4ь2. 9 л

Составитель А, Цветков

Техред Б. Кадар

Редактор М. Бланар

Корректор И. Муска

Подписное

Заказ 4027/28 Тираж 532

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4

28

Я Ьиаг

А-А