Преобразователь зенитного угла для измерения искривления скважины

 

Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для определения зенитного угла скважины в процессе бурения. Цель - повышение надежности в работе за счет виброустойчивости. Преобразователь содержит корпус (К) 1 с грузом 2, центр тяжести которого смещен относительно оси К 1. Внутри К 1 размещен жидкостный чувствительный элемент в виде сообщающихся между собой цилиндрической спиральной трубки (Т) 5 и тороидальной полости (П), выполненной из двух половинок 6 и 7 разного сечения. Над Т 5 размещена П в вертикальной плоскости, проходящей через ось К 1 и центр тяжести груза 2. Площади S<SB POS="POST">1</SB> и S<SB POS="POST">2</SB> радиального сечения половинок 6 и 7 и площадь S<SB POS="POST">0</SB> поперечного сечения Т 5 выбраны из условия S<SB POS="POST">0</SB>*98S<SB POS="POST">1</SB>*98S<SB POS="POST">2</SB>. Половинка 6 расположена относительно оси К 1 по направлению смещения центра тяжести груза 2. В половинках 6 и 7 П, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями 8 и 9, установлены электроды 10 и 11. В нижней части П размещена радиальная перегородка 12, по разные стороны от которой выведены концы Т 5. Под действием груза 2 К 1 поворачивается, а П устанавливается в плоскость наклона скважины. Величина перемещения границ раздела жидкостей 8 и 9 определяется величиной зенитного угла, измеряемого по сигналу с электродов 10 и 11. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

119) (111

А1 (51) 5 Е 21 В 47/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4413968/23-03 (22) 25.04.88 (46) 23.02.90. Бюл. Р 7 (71) Днепропетровский инженерностроительный институт (72) Г.1!.Ковшов и А,А.Посыпаев (53) 622.243.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 628296, кл. Е 21 В 47/02, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 933967, кл. Е 21 В 47/02,,1980.

2 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗЕНИТНОГО УГЛА

ДЛЯ ИЗКЕРЕНИЯ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для определения зенитного угла скважины в процессе бурения. Цель — повышение надежности в работе за счет виброустойчивости, Преобразователь содержит корпус (К) 1 с грузом 2, центр тяжес-. ти которого смещен относительно оси

K 1. Внутри К 1 размещен жидкостный

1544963 чувствительный элемент в виде сообщающихся между собой цилиндрической спиральной трубки (Т) 5 и тороидальной полости (П), выполненной иэ двух

5 половинок 6 и 7 pas»oro сечения. Над

Т 5 размещена П в вертикальной плоскости, проходящей через ось К 1 и центр тяжести груза 2. Площади S, и Sz радиального сечения половинок 6 и 7 и площадь S поперечного сечения !

Т 5 выбраны из условия S S,iS,. Половинка 6 расположена относительно ,оси К 1 по направлению смещения цент-! ны от которой выведены концы трубки 5.

Перегородка 12 предназначена для того, чтобы перемещение жидкости происходило по всему объему чувствительного элемента.

Преобразователь работает следующим

25 образом.

11ри отключении скважины от вертикали корпус 1 под действием эксцентричного груза 2 поворачивается, и чувствительный элемент устанавливается в плоскость наклона скважины, при. этом происходит перемещение жидкостей в чувствительном элементе, а половинка 6 тороидальной полости с пло" щадью S< радиального сечения отклоняется в сторону наклона скважины. Так

35 как величина перемещения границ раздела жидкостей 8 и 9 определяется ве- личиной зенитного угла, то электрический сигнал, снимаемый с емкостного

40 датчика, пРямо пропорционально зави сит от значения зенитного угла.

Предлагаемый преобразователь зенитного угла может использоваться для измерения без остановки бурового ин45 струмента. Известно, что максимальные перегрузки от вибраций приходятся на спектр частот 20-30 Гц. Для стабильной работы преобразователя в процессе бурения необходимо, чтобы частота f

° .

50 его собственных колебаний была бы значительно ниже частоты вынужденных колебаний при бурении. В преобразователях зенитного угла, где применен жидкостный чувствительный элемент, частота определяется по фор55 муле

1 2= Ы

810 1, Изобретение относится к промыс,ловой геофизике и может быть использовано для определения зенитного уг ла скважины в процессе бурения.

Цель изобретения — повышение на;дежности работы эа счет виброустойчивости.

На чертеже приведен преобразователь зенитного угла для измерения искривления скважины.

Преобразователь содержит корпус 1, связанный с грузом 2, центр тяжести

Которого смещен относительно оси корпуса 1, центрируемого опорными под ° шипниками 3 и 4. Внутри корпуса 1 размещен жидкостный чувствительный элемент в виде сообщающихся между соФ бой цилиндрической спиральной трубки

5 и тороидальной полости, выполненой йз двух половинок 6 и 7 разного сечения в корпусе 1 над трубкой 5 в вертикальной плоскости, проходящей через ось корпуса 1 и центр тяжести груза 2.

Площади Ы и S радиального сечения половинок 6 и 7 тороидальной полости и площадь Ы поперечного сечения трубки 5 выбраны из условия S (Я CS . Половинка Ь с площадью Ь, ра1 диального сечения расположена относительно оси корпуса 1 по направлению смещения центра тяжести груза 2. Тороидальная полость в виде половинок 6 и: заполнена двумя несмешивающимися жидкостями 8 и 9 с различной диэлектрической проницаемостью и различными удельными весами. В поповинках 6 и 7 тороидальной полости установлены электроды 10 и 11 емкостного датчика зенитного угла, В нижней части тороидальной полости размещена радиальная перегородка 12, по разные сторора тяжести груза 2, В половинках 6 и 7 П, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями 8 и 9, установлены электроды 10 и 11. В нижней части П размещена радиальная перегородка 12, по разные стороны от которой выведены концы Т 5. Под действием груза 2

К 1 поворачивается, а П устанавливается в плоскость наклона скважины.

Величина перемещения границ раздела жидкостей 8 и 9 определяется -величиной зенитного угла, измеряемого по сигналу с электродов 10 и 11. 1 ил, 63 6

S мым 1, (t+- ) в формуле (3), получаем

2 сокращенную формулу частоты собственных колебаний:

g(1+-2-)

S р

S2 (4) о Б

4fi2 1 —

Sî

Из формулы (4) видно, что уменьшить частоту собственных колебаний f можно не только изменением длины 1 цилиндрической спиральной трубки, но и подбором площадей сечений (S,cS, <

i S 2) трубки и половинок тороидальной полости.

Подбирая площади S S и Б < так, Б» Б1 что —,-=0 25 а -,-=2 частоту 0 25 Гц

1 У Б У

У

2 о собственных колебаний можно получить при длине спиральной трубки всего

1,8 м, в то время как у известного преобразователя при равных сечениях длина спиральной трубки 10 м.

25 Выполнение чувствительного элемента в виде сообщающихся между собой двух половинок тороидальной полости разных сечений с перегородкой и ци- линдрической спиральной трубки с наи3р меньшим сечением позволяет без увеличения диаметра преобразователя уменьшить длину цилиндрической спиральной трубки и уменьшить частоту собственных колебаний, что приводит к сниже35 нию ошибки при воздействии вынужденных вибраций при бурении н повышению виброустойчивости преобразователя.

5 15449 где g ускорение свободного падения; длина чувствительного элемента.

При прокладывании наклонно напран5 леннои скважины от вибрациИ бурового инструмента граница раздела несмешивающихся жидкостей отклоняется на некоторую постоянную величину d и колеблется относительно этого нового

10 равновесного положения.

Значение величины этого отклонения можно определить по следующей формуле

n2 (— ) sin28

fî

15 д =- — — -- — —— (2)

4(4- — )

fo

f где n — коэффициент перегрузок; частота собственных колебаний; 20 частота вынужденных колебаний

8 — зенитный угол.

Снизить дополнительную ошибку d можно лишь уменьшением величины отношения частоты собственных колебаний к частоте вынужденных колебаний. Как видно из формулы (1), частоту собственных колебаний можно уменьшить путем увеличения длины L чувствительного элемента, что достигается увеличением длины цилиндрической спиральной трубки, но это связано с увеличением габаритов преобразователя.

Для жидкостного чувствительного элемента при отношении частот собственных и вынужденных колебаний, равном 10, и частоте 0,25 Гц собст 2 венных колебаний. ошибка от вибраций около одного градуса. Но для достижения такой частоты собственных коле- 40 баний необходимо применить дополнительную спиральную трубку длиной около 10 м, что приводит к увеличению габаритов пре образ ова теля и не возможности его использования при бурении 45 скважин малого диаметра.

Для чувствительного элемента формула (1) принимает вид:

g (1+-,— )

Б»

Б2

f2 (3)

50 о Б Б

4Рtl (1+ — )+1-i J

Бг Ба где 1, — длина жидкости в тороидальной полости;

1 - длина цилиндрической спираль- 55 ной трубки.

Если учесть., что длина 1, значительно меньше длины цилиндрической спиральной трубки и пренебречь слагаеФормула и з обре т е н и я

Преобразователь зенитного угла для измерения искривления скважи»»ы, содержащий корпус, связанный с грузом, центр тяжести которого смещен относительно оси корпуса, и размещенный внутри корпуса жидкостный чувствительный элемент в виде сообщающихся между собой цилиндрической спиральной трубки и выполненной в корпусе над трубкой в вертикальной .плоскости, проходящей через ось корпуса и центр тяжести груза, тороидальной полости, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями, с установленными в полости электродами и размещенной в ее нижней части радиальной перегородкой, по разные стороны от которой выведены концы трубки, отличающийся тем что, с целью повышения надежнос7 1544963 8

Составитель А.Цветков

Редактор H.ßöîëà Техред M.Äèäûê, Корректор М.Шароши

Заказ 479 Тираж 483

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина,101 ти рабоы за счет виброустойчивости, тороидальная полость выполнена из двух половинок разного сечения, площади Sq и S радиального сечения которых и площадь S поперечного сечения трубки выбраны из условия 8 (S iSy> при этом половинка с площадью S, радиального сечения расположена относительно оси корпуса по направлению смещения центра тяжести груза.