Индикатор направления искривления наклонных скважин

 

Изобретение предназначено для оперативного контроля и оценки резких искривлений наклонных и горизонтальных скважин, а также других выработок, в частности, траншей под трубопровод, кабель и т.д. Цель - повышение надежности, качества и эффективности работы. Индикатор содержит корпус из двух шарнирно соединенных частей: в верхней части корпуса размещены подпружиненный поршень и хвостовик с иглой, в нижней части размещена с возможностью вращения несбалансированная масса, связанная с носителем информации. Носитель информации установлен на несбалансированной массе с возможностью осевого перемещения относительно последней и включает систему кинематических связанных катушек для протяжки фотопленки, которая закрывает лицевую часть носителя информации, куда наносятуколом иглы метки , характеризующие угловое смещение шарнирно соединенных частей корпуса индикатора . Точечный замер искривления фиксируется на отдельном кадре подвижной фотопленки. За один спуск инструмента в скважину можно произвести не менее 30 измерений. 4 з.п.ф-лы, 5 ил, СО

. СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ (ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Е 21 В 47/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4817669/03 . (22) 23.03.90 (46} 15,08,92.Бюль 30 (75) В.С. Щербачев, И.В. Щербачев и

О.B.Ùåðáà÷åo, (56) Авторское. свидетельство СССР

N 1167311, кл. Е 21 В 47/022, 1983, Авторское свидетельство СССР

М 1395817, кл. Е 21 В 47/022, 1986, (54) ИНДИКАТОР НАПРАВЛЕНИЯ ИСКРИВЛЕНИЯ НАКЛОННЫХ СКВАЖИН (57) Изобретение предназначено для оперативного контроля и оценки резких искривлений наклонных и горизонтальных скважин, а также других выработок, в частности, траншей под трубопровод, кабель и т.д. Цель— повышение надежности, качества и эффективности работы. Индикатор содержит корпус из двух шарнирно соединенных частей:

Изобретение относится к проходке направленных выработок и может быть использовано при контроле направления естественного и искусственного искривления наклонных скважин.

Известен индикатор направления искривления наклонных скважин, включающйй подвижный в осевом направлении ориенти-. руемый носитель информации и шарнир с хвостиком, выполненный в виде штыря с толкателем с подпружиненного колпака с осевым каналом. несущего набор меченных игл, которые помещены в осевом канале и контактируют с толкателем, Замеры производят путем последовательного выталкивания игл s ориентированный экран, причем число замеров определяется количеством игл помещенных в кассету колпака.

БЫ,, l?54892 А1 в верхней части корпуса размещены подпружиненный поршень и хвостовик с иглой, в нижней части размещена с возможностью вращения несбалансированная масса, связанная с носителем информации. Носитель информации установлен на несбалансированной массе с воэможностью осевого перемещения относительно последней и включает систему кинематических связанных катушек для протяжки фотопленки, которая закрывает лицевую часть носителя информации, куда наносятуколом иглы метки, характеризующие угловое смещение шарнирно соединенных частей корпуса индикатора. Точечный замер искривления фиксируется на отдельном кадре подвижной фотопленки. 3а один спуск инструмента в скважину можно произвести не менее 30 измерений. 4 з.п.ф-лы, 5 ил, Недостатками индикатора являются низкая надежность, недостаточный обьем и точность измерений. Низкая надежность обусловлена принципом производства отметок на экране — последовательной подачей игл, так как этот процесс требует точной подготовки подающего механизма,-в противном случае происходит заклин игл в колпаке и поломка -толкателя. Весьма неопределенным может оказаться результат измерения, если в процессе замера угол между ведущим и ведемым звеньями индикатора на смежных участках не изменяется, т.е. произойдет укол в предыдущую точку.

В этом случае подаваемая толкателем игла попадает в уже находящуюся в основании носителя информации иглу, что приведет либо к заклиниванию ее в канале колпака, либо она вовсе выпадает за пределы осно1754892 вания, следовательно, очередность замера радиальному смещению меток-спутников будет не установлена и результат контроля практически невозможно, что отрицательно будет неудовлетворительным, Помимо это- скажется на качестве и достоверности приго при подаче промывочной жидкости воз- веденных замеров. Крометого, для визуаль можно эашламование вращающейся 5 ного определения порядкового номера несбалансированной массы в подшипнико- замера радиальный угол между меткамивых опорах, что приводит к заклиниванию и спутниками должен быть не менее 30 ., что дезориентации носителя информации. При позволяет за один спуск инструмента произвести не более 12 точек замеров. и следовательно, ограничивает объем информации, Регистратор, включающий несбалансиромалых зенитных углах скважины; близких к вертикали, смещающего момента несбалансированной массы может оказаться недо10 статочно для преодоления трения в опорах ванную массу, соединен с гидроприводом системы и помещен в корпус, заполненный в процессе работы промывочной жидкорадиальных подш IflHMKOB, что также не позволит ориентировать носитель информастью, что неизбежно вызовет зашламование храпового и кулачкового механизма, а также ции в апсидальной плоскости скважины.

Недостатком индикатора является также orподшипниковых опор несбалансированной массы и соответственно их поломку или отраниченный объем количества замеров им за один спуск в скважину, Это обуславливается тем, что количество замеров определяказ

Цель изобретения — повышение надеж20 ется количеством меченых игл, которое

25 ния наклонных скважин, включающий штырь хвостовика и колпак, установленные хней части которого размещены подпружиненнь и поршень и хвостовик в виде штыря с иглой, установленный соосно с корпусом в коаксиально с ограниченным поворотом шарбвой пяте шарнира, поршень закрепленный в верхнем конце хвостовика, несбалансированную массу, размещенную в колпака относительно штыря с помощью кулачкового и храпкового механизмов и нано- 30 сящего последовательно на носитель нижней части корпуса с воэможностью вращения отнбсительно его в подшипниковых опорах и жестко связанная с носителем ининформации две метки — основную и меткуспутник, позволяющие установить очередность замера по изменяющемуся радиальному углу между ними. Кроме того, 35 несбалансированная масса подвешена на формации, выполненным в виде пластичного основания, покрытого лентой, нижняя гибком тросе, что позволяет увеличить точчасть корпуса снабжена штоком, размещенным в осевом канале несбалансированной ность замера при малых зенитных углах скважины, Это устройство имеет преимущество по сравнению с существующими, так 40 массы с возможностью осевого перемещения, закрепленной в осевом штоке стойкой, с установленным на ней лентопротяжным механизмом, выполненным в виде зарядной как в нем метки замеров наносятся не отдельно помещаемыми в основание носителя информации иглами, а с помощью кассеты, приемной катушки, кинематически стационарно закрепленной иглы, что позво- (фрикционно) связанной с приводной калялет избежать выше приведенных ослож- 45 тушкой, заневоленной спиральной пружинений с автономными иглами и несколько ной„а пластичное основание размещено на стойке. Лента индикатбра выполнена перфорированной иэ фотопленки, а в торце несбалансированной массы установлены увеличить обьем" замеров эа один спуск индикатора, Однако данному индикатору также и ри50 захватйые крючки, взаимодействующие с сущи существенные недостатки, относящиперфорированной лентой. Носитель инфореся к надежности, качеству и зффективностиинформации. Замер водной мации индикатора снабжен жестким осноточке данным индикатором сопровождает- вайием, расположенным под пластичным ся нанесением на неподвижном основании носителя информации одновременно трех 55 основанием, установленным между ними упругим элементом и дополнительной иглой; закрепленной в центре жесткого оснометок, позволяющих определить порядок замера; так как эти"три метки сконцентри- рованы на окружности диаметром не более вания соосно с корпусом. Выполнение носителя информации с подвижной пленкой

10 мм, то при большой кучности точек послена его лицевой части позволяет производующих замеров, определить их порядок по дить очередные метки на отдельном кадре, ограничено(до 5-6 шт.) габаритами несущего колпака в его линейных и поперечных размерах.

Наиболее близким к предлагаемому является ийдикатор направления искривлености, качества и эффективности работы, Поставленная цель достигается тем, что в индикаторе направления искривления наклонных скважин, содер эщем корпус из двух частей, соединенных шарниром, в вер1754892 индивидуальном для каждого замера, что позволило избежать кучности меток, свойственной аналогам, улучшить качество и наглядность замеров. Периодическое смещение пленочного покрытия осуществляется при каждом взаимодействии хвостовика с носителем информации благодаря возможности осевого возвратно-поступательного движения последнего относительно несбалансированной массы и своеобразного грейферного механизма протягивающего пленку. Так как габариты устройства позволяют разместить в нем стандартную фотопленку, рассчитанную на

36 кадров, то это устройство обуславливает значительное увеличение количества замеров по сравнению с аналогами, Кроме того, вся система механизмов находится в закрытом контейнере, изолированном от промывочной жидкости, благодаря тому, что для 20 осуществления меток в устройстве поступательно подвижным является не экран с несбалансированной массой (как это характерно для аналогов), а штырь, связанный с поршнем, находящимся в другом узле), Такая компоновка узлов позволяет значительно повысить надежность работы индикатора. Наличие в центре жесткого основания носителя информации иглы и выполнение пластичного основания 30 подвижным относительно последнего позволяет при каждом взаимодействии хвостовика с экраном наносить на кадр пленки сразу две метки: центральную (отсчетную) и основную, что также улучшает качество и 35 достоверность замеров;

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить надежность, качество и эффективность существующих индикаторов кривизны. 40

На фиг.1 изображен индикатор замера кривизны, общий вид; на фиг,2 — сечение

А-А на фиг.1 вид лицевой части экрана с метками; на фиг.3 — сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — сечение В-В на фиг.1; на фйг.5 — 45 сечение Г-Г на фиг,1;

Корпус индикатора (фиг.1) состоит из двух частей а — верхней и б — нижней, соединенных шарниром 1, В осевом канале шаровой пяты 2 шарнира, жестко соединенной 50 с нижним переходом 3 трубчатого корпуса 4 ведомого звена, установлен хвостовик 5, который в верхней части выполнен в.виде поршня 6, опирающегося на пружину 7. B нижней, торцовой части хвостовика, соосно с ним жестко установлена игла 8. В нижней части корпуса 9 на подшипниковых опорах

10, 11 установлена несбалансированная масса 12, несущая на себе носитель информации и лентопротяжный механизм. Носитель информации установлен соосно с кор. пусом индикатора на торцовой планке 13 рамочной стойки 14, несущего лентопротяжный механизм, и состоит из жесткого основания 15, закрепленного с помощью винта 16 на планке 13, демпфирующего упругого элемента (резины) 17 и пластичного основания 18, На боковых плоскостях жесткого основания 15 экрана закреплены направляющие планки 19, имеющие на свободном конце эллипсовидные отверстия

20, куда помещены цапфы лентопротяжных катушек 21. В промежутке между катушками

21 свободно установлено пластйчное основание 18, охватывающее фигурнымй концами катушки, выполненные также из пластичного материала, например, из дерева, В центре жесткого основания 15 носителя информации, соосно с индикатором установлена игла 22; по длине равная толщине демпфирующей и пластичной частей основания. Лицевая часть носителя информации (пластичное основание 18 и катушки

21) покрыта сверху фотопленкой 23, заправленной в лентопротяжный механизм. Лентопротяжный механизм смонтирован на рамочной стойке 14 и состоит из зарядной кассеты 24, приемной катушки 25. фрикционно взаимодействующей с приводкой катушкой 26, которая заневолена спиральной пружиной 27, установленной на этой катуш- . ке. Фотопленка 23 протянута с зарядкой кассеты 24 через оттяжной ролик 28 на лицевую часть экрана и далее через ролик 29 на приемную катушку 25. В лицевой части носителя информации расположены проволочные скобы 30, направляющие и удерживающие пленку 23 (фиг.2). В тыльной части каркаса 14 с помощью винта 31 закреплен осевой шток 32, который помещен в осевом канале несбалансированной массы 12 на пружину 33. Шток в осевом канале массы 12 перемещается с помощью направляющего винта 34, который входит в продольный паз

35 штока (фиг.5), что позволяет всей системе лентопротяжного механизма совершать продольное движение относительно несбалансированной массы, не вращаясь относительно ее. В торце несбалансированной массы 12 установлены захватные крючки 36 (фиг.1, фиг.4), взаимодействующие с перфорацией фотопленки 23. Внутренняя полость нижней части корпуса в изолирована от внешней среды и от промывочной жидкости, проходящей через верхнюю часть корпуса а благодаря уплотнению 37 и 38 на хвостовике 5, уплотнению 39 в нижней части корпуса в. В нижней части несбалансированная масса 12 осью 40 через шаровой подпятник 41 опирается на торец регулиро1754892

15

25

40 вочного болта 42, с помощью которого регулируется зазор между иглой 8 на хвостовике

5 и лицевой частью экрана (фиг.1).

Индикатор работает следующим образом.

Индикатор собирается, регулируется и на колонне бурильных труб 43 опускается в скважину на глубину замера искривления;

На требуемой глубине верхняя и нижняя часть корпуса индикатора устанавливаются по касательной к траектории локального ис: кривления и угол образованный их осями копирует пространственный угол кривизны скважины на заданной глубине. При этом несбалансированная масса, подчиняясь смещающему моменту; самоустанавливает- ся симметрично апсидальной плоскости наклонной скважины. поворачивая одновременно в ориентированное положение и носитель информации совместно с лентопротяжным механизмом, Благодаря наличию шаровой опоры 41 и радиальных подшипниковых 10 и 11 несбалансированная масса с экраном легко ориентируется в апсидальной плоскости даже при малых (23 ) зенитных углах скважины. После установки индикатора на заданной глубине в бурильную колонну 43 подается промывочная жидкость, которая создает избыточное давление в полости верхней части корпуса а и воздействует на поршень 6 хвостовика

5, который опускается вниз, сжимая пружину 7 (фиг,1), Опираясь на лицевую часть носителя информации хвостовик 5 наносят основную метку иглой 8 на фотопленке 23, покрывающей ее пластичное основание 18 и од воздействием хв осто ви ка пода ется вниз относительно жесткого осйования 15, деформируя упругий элемент 17 (фиг.1, фиг.3), при этом игла 22, протыкая пленку 23 с другой стороны, наносит одновременно центральную (осевую) метку отсчета на кадре фотопленки, Продолжая движение вниз, хвостовик 5 опускает всю систему носителя инфорМации и лентопротяжного механизма относительно несбалансйрованной массы

12 на величину хода, равную ширине кадра фотопленки, сжимая при этом пружину 33.

Ход поршня 6 вниз совместно с системой лентопротяжного механизма и носителя информации ограничивается упором в переход 3, Таким образом, при движении хвостовика вниз на фотопленке экрана наносят две метки: основная метка А и осевая метка О (фиг,2). После этого прекращают подачу промывочной жидкости; благоцаря наличию дросселирующих отверстий а уравновешивается и поршень 6 под действием пружины 7 возвращается в исходное положение. Система носителя информации с лентопротяжным механизмом под действием пружины 33 также возвращается в исходное положение поднимаясь вверх, при этом. захватные крючки 36, которые при движении системы вниз свободно скользят по перфорированной кромке фотопленки, захватывают за перфорацию при обратном движении и протягивают ленту на величину кадра, извлекая ее из кассеты 24, автоматически натягивая ее на приемную катушку 25 под действием приводной катушки 26. Таким образом происходит смена кадра на лицевой части носителя информации и индикатор готов к производству очередного замера. После этого индикатор опускается на величину нижней части корпуса в и аналогичным образом производится замер кривизны на смежном участке скважины.

Количество замеров в этом случае лимитируется длиной фотопленки, что для стандартной пленки составит не менее 36 замеров.

После подъема индикатора на поверхность фотопленка извлекается из лентопротяжного механизма вместе с приемной катушкой и производится анализ результатов измерений, Монтаж и демонтаж кассеты, приемной и приводной катушек на стойке лентопротяжного механизма производится сравнительно легко благодаря наличию подпружиненных полуосей 46 (фиг,4). При оценке результатов измерений на каждом кадре фотопленки через отсчетную точку О проводят координатные оси симметрично кадру, замеряют горизонтальное и верти- . кальное отклонение точки А (фиг.2) и в соответствующем масштабе переводят их в угловые величины приращения зенитного и азимутного углов на данном интервале. Порядок замера легко устанавливается по порядку кадров на фотопленке. Основными преимуществами индикатора по сравнению с аналогами является то, что: результаты единичных измерений фиксируются на отдельных кадрах фотопленки, что облегчает их расшифровку и позволяет избежать ошибок, связанных с определением очередности замеров и их качеством; гидропривод для нанесения меток связан с подвижным хвостовиком, а не с регистратором, включающим носитель информации и несбалансированный груз; что позволяет избежать отказов, связанных с. заклином. либо дезориентацией при поступательном движениями последнего: кроме того это обстоятельство сделало возможным изолировать корпус, включающий систему регистрации замеров, от промывочной жидкости, что также повышает надежность работы устройства; в индикаторе используется в качестве накопителя информации по замерам

1754892

9 эластичная лента, дающая возможность повышения надежности; качества и эффекзначительно увеличить количество замеров тивности работы, нижняя часть корпуса за один спуск инструмента; наличие в инди- снабжена осевым штоком, размещенным в каторе радиального и шарового опорного осевом канале несбалансированной массы подшипников, изолированных от внешней 5 с воэможностью осевого перемещения, эазашламованной среды, позволяют значи- крепленной на осевом штоке стойкой с устельно повысить точность производства за- тановленным на ней лентопротяжным меров. механизмом, выполненным в виде зарядной

С помощью ийдикатора можно качест- кассеты, приемной катушки, кинематически венно производить замеры как искусствен- 10 связанной с приводной катушкой, заневоного, так и естественного искривления ленной спиральной пружиной, а пластичное скважин за счетувеличения замеров эа одни основание размещено на стойке. спуск, он может с успехом использоваться . 2. Индикатор по п.1, о т л и ч а ю щ и йпри контроле горизонтальных скважин и с я тем, что лента выполнена перфорировантраншей под трубопроводы и кабель, 15 ной, а в торце несбалансированной массы установлены захватные крючки, взаимодейФормул а и зоб ретен ия . ствующиес перфорированнойлентой.

1.. Индикатор направления искривления 3, Индикатор по п.1, о т л и ч а ю щ и йнаклонных скважин, содержащий корпус из с я тем, что перфорированная лента выполдвух соединенных шарниром частей, в вер- 20 нена из фотопленки. хней части корпуса размещен подпружи- 4. Индикатор по п.1, о т л и ч а ю щ и йненный поршень и хвостовик со штырем и с я тем, что приемная и приводная катушки иглой на нижнем конце. установленный со- связаны фрикционно. осно с корпусом в шаровой пяте шарнира; 5. Индикатор по п.1, отл ич а ю щийпоршень закреплен на верхнем конце хво- 25 с я тем, что носитель информации снабжен стовика, в нижней части корпуса размещена " жестким основанием, расположенным под . с возможностью вращения относительно пластичным основанием, упругим злеменкорпуса в подшипниковых опорах несба- том и дополнительной-иглой, упругий элелансированная масса, жестко связанная с мент установлен между пластичным и носителеминформации, выполненйымвви- 30 жестким основаниями. а дополнительная де пластичного основания, йокрытого лен- . игла закреплена в центре жесткого основатой, отличающийся тем, что, с целью ния соосно с корпусом.

1754802

Nut. K .Риг.

1754892

Составитель В. Щербачев

Техред M.Moðãåíòàë Корректор 3; Салко

Редактор А. Долинич

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

Заказ 2875 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретенйям и открмтиям при ГКНТ СССР

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