Гироскопический инклинометр

 

Изобретение относится к промысловой геофизике и позволяет повысить точность и надежность работы инклинометра при измерении углов искривления скважины. Гироскопический инклинометр содержит наземный блок 24 и скважинный прибор 23, блок 22 передачи информации которого связан с блоком 24. В основном корпусе прибора 23 размещен дополнительный корпус, подпружиненный в осевом направлении относительно основного корпуса. Внутри дополнительного корпуса установлены трехстепенной гироскоп с системой горизонтирования его главной оси, индукционные датчики /Д/ 4 и 14 азимутального и зенитного углов, индукционный ДЗ определения приборного азимута, вертикальный маятник и блок 22. Блок 24 выполнен в виде двух фазометров /Ф/ 29, 30 и регистратора 32, а блок 22 - в виде трех фазосдвигающих РС-цепей 25, 26, 27 и телеизмерительной системы /ТС/28. Индукционные Д 3 и 14 размещены в герметичных камерах, заполненных демпфирующей жидкостью. Выходы Д 3, 4 и 14 через РС-цепи 25, 26, 27 связаны с ТС 28, выход которой соединен с входами Ф 29 и 30. Сигналы α<SB POS="POST">г</SB> с Д 4 и α<SB POS="POST">к</SB> с Д 3 поступают через РС-цепи 26 и 25 в ТС 28 и Ф 29. С выхода Ф 29 сигнал α<SB POS="POST">г</SB> - α<SB POS="POST">к</SB>, пропорциональный гироскопическому азимуту, поступает в регистратор 32. Истинный азимут определяют добавлением к гироскопическому азимуту разности между истинным и приборным азимутами, определенной на поверхности Земли. Зенитный угол измеряют Д 14, сигнал с которого через РС-цепь 27, ТС 28 и Ф 30 поступает на регистратор 32. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„,90„„1548423 А 1 (51)5 Е 21 В 47/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНВ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4354674 23-03 (22) 04.01.88(46) 07.03.90. Бюп. И 9 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (72) Е.А.Салов, С.К.Поканещиков, И.А.Сеземов, А.В.Алешин и В.В.Мантров (53) 622.241.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 290112, кп. Е 21 В 47/12, 1969.

Авторское свидетельство СССР

В 642473, кл. E 21 В 47/022, 1977.

Исаченко В.Х. Инклинометрия скважин. — М.: Недра, 1987, с. 78-83. (54) ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИНКЛИНОМЕТР (57) Изобретение относится к промысло вой геофизике и позволяет повысить с точность и надежность работы инкли2 нометра при измерении углов искривления скважины. Гироскопический инклинометр содержит наземный блок 24 и скважинный прибор 23, блок 22 переда» чи информации которого связан с блоком 24. В основном корпусе прибора 23 . размещен дополнительный корпус, подпружиненный в осевом направлении от носительно основного корпуса ° Внутри дополнительного корпуса установлены трехстепенной гироскоп с системой горизонтирования его главной оси, индукционные датчики (Д) 4 и 14 азимутального и зенитного углов, индукционный

Д 3 определения приборного азимута, вертикальный маятник и блок 22. Блок Ф

24 выполнен в виде двух фазометров (Ф) е

29,30 и регистратора 32, а блок 22— в виде трех фазосдвигающих RC-цепей

25, 26, 27 и телеизмерительной системы (ТС) 28. Индукционные Д 3 и 14

1548423 размещены в герметичных камерах, заполненных демпфирующей жидкостью.

Выходы Д 3, 4 и 14 через RC-цепи 25, 26, 27 связаны с ТС 28, выход которой соединен с входам»» Ф 29

5 и 30. Сигналы а с Д 4 и a(c.

Д 3 поступают через PC-цепи 26 и 25 в ТС 28 и Ф 29. С выхода ф 29 сигнал, — a„ пропорциональный гироскопи- ið

15 !

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано для измерения азимута и зенитного угла скважин, обсаженных стальными колоннами или пробуренных в породах с магнитной восприимчивостью.

Цель изобретения — повьппение точности и надежности работы инклинометра.

На фиг. 1 приведен скважинный при- 25 бор инклинометра; на фиг. 2 — блоксхема инклинометра.

Гироскопический инклинометр содержит скважинньп» прибор (фиг. 1), внутри основного герметичного корпуса 1 которого размещен дополнительный корпус 2. В корпусе 1 внутри дополнительного корпуса 2 установлены свободный трехстепенной гироскоп с системой горизонтирования его главной оси, датчик 3 определения приборного ази 35 мута, датчик 4 азимутального угла и вертикальный маятник 5. Датчики 3 и 4 выполнены индукционньп»и в виде, например, бесконтактных синусно-косинусных трансформаторов (БСКТ). Вертикальный маятник 5 установлен на роторе датчика 3, а ротор датчика 4 через муфту 6 соединен с наружной рамкой 7 гироскопа. Система горизонтирования 45 главной оси гироскопа выполнена в виде установленного на внутренней рамке 8 гироскопа жидкостного маятникового датчика 9, связанного электрически с моментным двигателем, ротор 10 которого закреплен на оси наружной рамки 7, а статор 11 на корпусе 12 гироскопа. Датчик 3 с вертикальным маятником 5 размещен вгерметичной камере

13 заполненной демпфирующей жидкос1

55 тью.

Внутри дополнительного корпуса 2 установлен также датчик 14 зенитного угла, который по аналогии с датчиками ческому азимуту, поступает в регистратор 32. Истинньп» азимут определяют добавлением к гироскопическому азимуту разности между истинным и приборным азимутами, определенной на поверхности Земли. Зенитньп» угол измеряют Д 14, сигнал с которого через RC-цепь 27, ТС 28 и Ф 30 поступает на регистратор

32. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

3 и 4 выполнен индукционным в виде

БСКТ. Датчик 14 закреплен на рамке 15 с эксцентричным грузом 16. На валу датчика 14 установлен груз i 7. Датчик

14 размещен в заполненной демпфирующей жидкостью герметичной камере 18.

Дополнительный корпус 2 подпружинен в осевом направлении относительно основного корпуса 1 посредством приспособления в виде »»ольца 19, направляющих 20 и пружин 21. Направляющие 20 размещены с возможностью перемещения в отверстиях кольца 19, за- крепленного в корпусе 1.

В основном корпусе 1 расположен также блок 2 передачи информации.

Кроме скважинного прибора 23 (фиг. 2) гироскопический инклинометр содержит наземный 6пок 24. Блок 22 передачи информации связан кабелем с на-, земным блоком 24 и выполнен в виде трех фаэосдвигающих RC-цепей 25-27 и телеиэмерительной системы 28. Наземный блок 24 выполнен в виде двух цифровых фазометров 29 и 30. Выход фазометра 29 через преобразователь 31 связан с регистратором 32, а выход фазометра 30 через преобразователь 33 связан с регистратором 32.

Выходы индукционных датчиков 3, 4 и 14 через фаэосдвигающие цепи 25-27 связаны с телеизмерительной системой

28, выход которой соединен с входами фазометров 29 и 30.

В качестве телеизмерительной системы 28 может быть использована известная телеизмерительная система для аппаратуры геофизических исследований скважин, содержащая частотные преобразователи, пассивный сумматор и выходной каскад, выполненный на двух лампах, работающих на общую нагрузку.

В качестве регистратора 32 может быть использовано регистрирующее пе5 15484 чатающее устройство УП-1,типа "Ортех" выдающее информацию на бумажном носителе в цифровом виде.

Преобразователи 31 и 33 выполняют функцию блока управления регистрато5 ром 32, преобразуя параллельный код фазометров 29 и 30 в последовательнопараллельный код, воспринимаемый регистратором 32.

Гироскопический ичклинометр рабо— тает следующим образом.

Перед началом измерений на поверхности земли скважинный прибор . отклоняется от вертикали в направлении, азимут которого точно известен, и снимаются показания прибора. Затем определяется разность между истинным азимутом и приборным с учетом кардановой погрешности. Эта разность запоми- 20 кается. Данной операцией определяют угол между вектором кинетического момента гироскопа и истинным азимутом.

Затем скважинньпi прибор на кабеле опускается в скважину и при era подь- 25 еме начинается непрерывное измерение азимута и зенитного угла скважины.

При движении свкважинный прибор вращается вокруг собственной оси, а вектор кинетического момента трехсте- 30 пенного гироскопа не изменяет своего положения в инерциональном пространстве и, следовательно, не будет изменять своего положения и наружная рамка 7 гироскопа. Сигнал с датчика

35 . 4, статор которого жестко закреплен на дополнитепьном корпусе 2, а ротор через муфту 6 связан с наружной рамкой 7 гироскопа, будет пропорционален углу между корпусом 2 прибора и 40 вектором кинетического момента гироскопа. Обозначим его через Ы . Этот сигнал поступает на фазосдвигающую

RC-цепь 26, а затем подается на вход в телесистему 28. Сигнал с датчика

3, статор которого также жестко закреплен на дополнительном корпусе 2, а на вал ротора установлен вертикальный маятник 5, будет пропорционален углу между дополнительным корпусом 2 прибора и апсидальной плоскостью. Обозначим этот угол через

Этот сигнал поступает на фазосдвигающую КС-цепь 25, а затем на соответствующий Bxop B телесистему 28. В Тепе- 55 системе 28 эти сигналы преобразуются и по кабелю подаются в наземный блок 24, где поступают в цифровой фазометр

29. С выхода фазометра 29 сигнал, 23 пропорциональный гироскопическому азимуту, который равен разности двух сигналон 4„— a(, подается на вход пре- образователя 31, с выхода которого поступает на регистратор 32. Для того, чтобы определить величину истинного азимута необходимо к гироскопическому азимуту, скорретированному на величину кардановой погрешности, добавить разность между истинным и приборным азимутами, определенную на поверхности Земли. При сборке скважинного прибора датчики 3 и 4 устанавливаются таким образом, чтобы при расположении вектора кинетического момента гироскопа в апсидальную плоскость с выходов обоих датчиков шпи нулевые сигналы, а обмотки включены таким образом, что при повороте корпуса 1 их показания изменялись однозначно.

Для горизонтирования вектора кинетического момента на внутрнней рамке

8 гироскопа установлен жицкостной маятниковый датчик 9, сигнал с которого подается íà моментный двигатель, ротор 10 которого закреплен на валу наружной рамки 7, а статор 11 в корпусе 12 гироскопа.

Муфта 6 служит для компенсации несоосностей и перекоса осей вала датчика 4 и вала наружной рамки 7 гироскопа, что уменьшает величину паразитных моментов, действующих на наружную рамку 7 гироскопа.

Для увеличения степени демпфирования вертикального маятника 5, закрепленного на валу датчика 3 при движении скважинного прибора, эти элементы помещены в герметичную камеру 13, заполненную демпфирующей жидкостью.

Зенитный угол измеряется с помощью датчика 14, который установлен на рамке 15 с эксцентричным грузом 16, на валу ротора датчика 14 закреплен груз

17. Сигнал с датчика 14, пропорциональный зенитному углу, поступает в фазосдвигающую РС-цепь 27, которая соединена с соответствующим входом телеизмерительной системы 28. Далее сигнал по кабелю передается в наземный блок

24, где поступает в фазометр 30. С выхода фазометра 30 сигнал через преобразователь 33 передается на регистратор 32.. Для демпфирования колебаний, возникающих при движении прибора по скважине, датчик 14 зенитного угла помещен в герметичную камеру 18, заполненную лщцкостью.

1548423

Для уменьнения осевых возмущающих возде»»стви»», возникающих при движении прибора, на вертикальный маятник

5 и груз 17 датчика 14 зенитного угла а также для повышения надежности

5 гироскопиче»;кого инклинометра узлы блока датчиков закреплены в корпусе

1 при помощи дополнительного корпуса

2, амортизирующих пружин 21, которые установлены на направляющих 20, перемещающихся в отверстиях кольца 19.

Предлагаемый инклинометр по сравнению с известным имеет более высокую точность измерения, так как не содер- 15 жит токоподводов, в которых возникают моменты трения действующие на экс1 центричную рамку. Кроме того, повьппается надежность работы инклинометра, так как исключены отказы, обусловлен- 2О ные в известном устройстве износом щеток токоподвода и их загрязнением. Наличие демпфирования элементов позволяT ет производить измерения азимута и зенитного угла в процессе движения. 25

Применение фазового метода измерения позволило упростить электрическую схему преобразования и передачи измерительных сигналов.

Формула изобретения

1. Гироскопический инклинометр, содержащий наземный блок и скважинный прибор, в основном корпусе которого расположены трехстепенной гироскоп с системой горизонтирования его главной оси, датчики азимутального и зенитного углов, вертикальный маятник и блок передачи информации, связанный с наземным блоком, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения точности и надежности работы, он снабжен датчиком определения приборного азимута и размещенным внутри основного корпуса дополнительным корпусом, при этом наземный блок выполнен в виде двух фазометров, блок передачи информации — в виде трех фазосдвигающих

RC-цепей и телеизмерительной системы, а датчики азимутального и зенитного углов и датчик определения »»риборного азимута выполненЫ индукционными, причем гироскоп с системой горизонтирования, вертикальный маятник и датчики установлены внутри дополнительного корпуса, а выходы датчиков через фазосдвигающие цепи связаны с телеизмерительной системой; выход которой соединен с входами фазометров.

2. Инклинометр по п. 1, о т л и — . ч а ю шийся тем, что дополнительный корпус подпружинен в осевом направлении относительно основного корпуса, а индукционный датчик определения приборного азимута и датчик зенитного угла размещены в rерметичных камерах, заполненных демпфирующей жидкостью.

1548423

Tf

TH

16

17

Q3(Jz.1

Составитель А.Цветков

Редактор В.Бугренкова Техред Л.Олийнык Корректор Н. Король

Заказ 124 Тираж 486 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101