Преобразователь азимута скважинного инклинометра

 

Использование: преобразователь относится к технике измерений пространственного положения буровых скважин. Сущность изобретения: преобразователь содержит магнитную стрелку 1, установленную в двух карданных рамках 7 и 11 с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, и фотоэлектрический преобразователь, включающий источник света 4 и фотоприемник 5, оптический контакт между которыми осуществляется через отверстие 3 в непрозрачном диске, скрепленном с магнитной стрелкой 1. Отверстие 3 в диске выполнено в форме кольца монотонно увеличивающейся ширины. Азимут скважины определяют по амплитуде выходного сигнала фотоприемника. 5 ил.

. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

7

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4920610/03 (22) 21.03.91 (46) 15.12.93 Бюл. Мо 45-46 (71) Свердловский горный институт им.В.В.Вахрушева (72) Сковородников И.Г. (73) Уральский горный институт им.В.В Вахрушева (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АЗИМУТА СКВАЖИННОГО ИНКЛИНОМЕТРА (57) Использование: преобразователь относится к технике измерений пространственного положения буровых скважин. Сущность изобретения: преоб(в) КЮ (и) 20047S9 CI (51) 5 Е 21 В 47 02 разователь содержит магнитную стрелку 1, установленную в двух карданных рамках 7 и 11 с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, и фотоэлектрический преобразователь, включающий источник света 4 и фотоприемник 5, оптический контакт между которыми осуществляется через отверстие 3 в непрозрачном диске, скрепленном с магнитной стрелкой 1. Отверстие 3 в диске выполнено в форме кольца монотонно увеличивающейся ширины Азимут скважины определяют по амплитуде выходного сигнала фотоприемника. 5 ил.

2004789

Изобретение относится к геологоразведочной технике, точнее к инклинометрам— устройствам для измерения и ространственного положения буровых скважин.

Известны преобразователи азимута скважинных инклинометров, содержащие магнитную стрелку, установленную внутри двух взаимно перпендикулярных карданных рамок с возможностью вращения e горизонтальнай плоскости. Положение магнитной стрелки относительно корпуса инклинометра, а через него и относительна апсидальной плоскости скважины чаще всего определяют с помощью реостатнаго преобразователя, связанного с магнитной стрелкой. Примером такого преобразователя могут служить преобразователи азимута в серийных инклинометрах ИШ, ИК, КИТ, КИТА, ИМ-1, МИР-36, МИ-ЗО, УМИ-25 и др, Общим недостатком этих преобразователей является необходимость арретировать перед измерением магнитну о стрелку, чтобы прижать связанный с ней контакт к кольцевому реостатнаму преобразователю, так называемому реохорду азимута, Это приводит к усложнению конструкции преобразователей и усложнению процесса измерений с ними: нужно освободить магнитную стрелку, дать ей возможность сориентироваться по магнитному меридиану и успокоиться в течение 10-15 с, затем снова арретировать и только после этого произвести замер электрического сопротивления реохорда.

Не нуждаются в арретировании магнитной стрелки при замере датчики азимута, снабженные фотап реобраэователем положения магнитной стрелки в электрический сигнал. К числу последних относится и ближайший аналог предлагаемого технического решения - преобразователь азимута, описанный в инклинометре. Фотопреобразователь этого датчика включает источник света и фотоприемник, оптический контакт между которыми осуществляется через круглое отверстие в непрозрачном диске, скрепленном с магнитной стрелкой. Кроме того, фотопреобраэователь включает в себя еще неподвижную коническую призму, установленную соосНо с магнитной стрелкой, подвижную призму, установленную с возможностью равномерного синхронного вращения относительно корпуса инклинометра, электродвигатель и дополнительный фатоприемник.

Световой поток от источника направляется на подвижную призму и, преломляясь в ней, расщепляется на два потока. Когда подвижная призма приходит во вращение, один иэ световых потоков в какой-то момент попадает непосредственно на дополните ьный фотоприемник, который при этом формирует сигнал, играющий роль опорного, от которого затем ведется отсчет, Второй поток в какой-то другой момент времени, пройдя через отверстие в непрозрачном диске, поворачивающемся вместе с магнитной стрелкой, попадает на неподвижную призму и через нее направляется на основной фотоприемник, который также вырабатыва"0 ет электрический сигнал. По интервалу между сигналами, вырабатываемыми тем и другим фотоприемниками, определяют угол поворота магнитной стрелки относительно корпуса инклинометра и, следовательно, "5 азимут искривления буровой скважины.

Магнитная стрелка в преобразователе азимута размещается не в карданных рамках, а в камере, заполненной демпфирующей жидкостью, и выполнена в виду двух 0 стержневых магнитов, расположенных в поплавке и ориентированных в параллельных аси корпуса плоскостях с различным наклоном своих продольных осей относительно горизонта.

Основной недостаток преобразователя азимута в описанном инклинометре - высокая сложность его конструкции: два фотоприемника, две призмы, в том числе, что особенно невыгодно, одна подвижная, элекЗ0 тродвигатель, редуктор между ним и подвижном призмой.

Процесс измерений с таким преобразователем также очень непрост, т,к. требует осуществления, по крайней мере, одного полного оборота подвижной призмы и анализа временного (широтного) интервала между сигналами, вырабатываемыми дополнительным и основным фотоприемниками.

Цель изобретения - упрощение конструкции преобразователя азимута и процесса измерений с ним.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе азимута, содержащем

45 непрозрачный диск с отверстием, скрепленную с ним магнитную стрелку, установленную в двухкарданных рамках с возможностью floBopoTG в горизонтальной плоскости, и фотоэлектрический преобразователь, состоящий из источника света и фотоприемника, установленных с возможность|о оптического контактирования через отверстие непрозрачного диска, отверстие в диске выполнено в виде кольца. монотонно увеличивающейся ширины от одной стороны, северного конца магнитной стрелки к другой.

Световой поток от источника, проходя на фотоприемник через отверстие в непрозрачном диске, ограничивается шириной это2004789 го отверстия, которая зависит от угла поворота магнитной стрелки относительно апсидальной плоскости скважины, и поэтому выходной сигнал фотопреобразователя получается зависящим от азимута искривления скважины.

Таким образом, азимут искривления скважины определяется непосредственно по амплитуде сигнала (силы тока или напряжения), вырабатываемого преобразователем, измерить которую много проще, чем измерять временной интервал между импульсными сигналами в устройстве-прототипе.

Приспособление для определения азимута скважины представляет собой всего лишь непрозрачный диск, скрепленный с магнитной стрелкой, размещенный между источником света и фотоприемником и снабженный кольцевым отверстием монотонно возрастающей ширины.

Как следует из сравнения этого приспособления с устройством-прототипом, предлагаемое изобретение по конструкции несравненно проще: в нем нет ни электромотора, ни неподвижной и вращающейся призм, ни дополнительного фотоприемника, что и обеспечивает достижение цели изобретения.

На фиг.1 дана фронтальная проекция преобразователя азимута с продольным разрезом; на фиг.2 - то же, в боковой проекции; на фиг.3- вид преобразователя сверху; на фиг.4 - магнитная стрелка вместе с непрозрачным диском с отверстием и фотоприемник над ним, увеличенные в 2 раза по сравнению с фиг.".-3; на фиг.5- зависимость выходного сигнала фотоприемника от азимута искривления скважины.

Преобразователь азимута содержит магнитную стрелку 1, скрепленную с тонким непрозрачным диском 2. В краевой части диска выполнено отверстие или прозрачное окно 3, имеющее форму кольца монотонно увеличивающейся ширины. Граница между минимальной и максимальной шириной отверстия 3 располагается против северного конца магнитной стрелки 1, Край диска проходит между соосно установленными источником света 4 и фотоприемником 5, Диаметр фотоприемника должен быть равен или может несколько превышать максимальную ширину кольцевого отверстия 3, Поскольку расстояние между источником 4 и фотоприемником 5 мало. в качестве источника 4 может быть использован светоизлучающий диод с направленным излучением, а в качестве фотоприемника 5 - фотодиод (фототранзистор), вместе они образуют оп5

5G тоэлектронную пару с открытым оптическим каналом.

Магнитная стрелка 1 опирается на иглу

6 и вместе с диском 2 может поворачиваться в горизонтальной плоскости. ориентируясь по направлению магнитного меридиана.

Возможность поворачиваться в горизонтальной плоскости для магнитной стрелки обеспечивается за счет того, что она размещена в двух карданных рамках. Внешняя рамка 7 установлена с возможностью поворота на опорах 8 около оси АВ, совпадающей с продольной осью корпуса инклинометра 9. Рамка 7 снабжена эксцентрично расположенным грузом 10, благодаря которому под действием гравитационных сил разворачивается перпендикулярно апсидальной плоскости, Внутренняя карданная рамка 11 выполнена в виде перевернутого стакана и может поворачиваться вокруг горизонтальной оси СД внутри внешней рамки 7, Ось СД проходит выше центра масс стакана 11. поэтому под действием силы тяжести стакан 11 поворачивается так., что его продольная ось и игла 6, совпадающая с ней, располагаются по вертикали, а магнитная стрелка 1 вместе с диском 2 - горизонтально. К внутренней стенке стакана 1, со стороны., противоположной эксцентричному грузу t 0, прикреплены соосно источник света 4 и фотоприемник 5 (электрические выводы от источника и фотоприемника на чертеже че показаны).

Преобразователь работает следующим образом.

Корпус инклинометра, внутри которого размещен описанный преобразователь азимута, опускают в исследуемую скважину, где он располагается пс оси скважины.

Внешняя рамка 7 карданного подвеса под действием массы эксцентрично расположенного груза 10 располагается перпендикулярно апсидальной плоскости скважины, поворачиваясь около продольной оси АВ, ось СД при этом занимает горизонтальное положение. Стакан 11 под действием собственной массы поворачивается около оси СД и располагается вертикально, при этом источник света 4 и фотоприемник 5 оказываются расположенными в апаидальной плоскости скважины в направлении ее нижнего конца. Магнитная стрелка 1 вместе с диском 2 поворачивается в горизонтальной плоскости и ориентируется по направлению магнитного меридиана. При этом между источником света 4 и фотоприемником 5 оказывается небольшой участок отверстия (окна) 3, ширина которого определяется величиной угла между северным концом магнитной стрелки и апсидальной плоскостьK) 2004789

2

1 скважины, т.е. азимутальным углом скважины. На фиг.4 изображено положение магнитной стрелки при азимуте скважины 90О, Иирина окна 3 между источником 4 и фотоприемником 5 определяет величину свето- 5 вого потока, попадающего на фотоприемник, и следовательно, амплитуду сигнала, вырабатываемого им, От амплитуды измеренного сигнала к величине азимутального угла переходят с 10 помощью градуировочных графиков I = 1(а), которые строят по экспериментальным данным до или после измерений в скважине.

Для этого инклинометр укрепляют в за- 15 жимах заранее отнивелированного и сориентированного по странам света инклинометрического стола, задают ему отклонение от вертикали порядка 10-20 и производят измерения выходного сигнала I 20

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АЗИМУТА СКВАЖИННОГО ИНКЛИНОМЕТРА, содержащий непрозрачный диск с отверстием, скрепленную с ним магнитную стрелку, ус- З0 тановленную в двух карданных рамках с воэможностью поворота в горизонтальной плоскости, фотоэлектрический преобразователь из источника света и фотоприемни-, при различных азимутах ориентировки инклинометра. Пример такой градуировочной зависимости приведен на фиг.5.

Кроме простоты конструкции и процесса измерений с предлагаемым преобразователем дополнительным преимуществом

его является тот факт, что измерения с ним

1 можно производить как дискретно. при остановках устройства в скважине, так и непрерывно, при равномерном перемещении преобразователя. (56) Исаченко В.Х. Инклинометрия скважин.

- M.: Недра, 1987, с.62-66.

Авторское свидетельство СССР

М 1490264, кл. Е 21 В 47/02, 1987, Иванов В.И., Аксенов А.И., Юшин А,M.

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы, Справочник. - М.: Энергоатомиэдат, 1989. с.448. ка, установленные с возможностью, оптического контактирования через отвер- i стие непрозрачного диска, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции преобразователя и процесса измерения с ним, отверстие в непрозрачном диске выполнено в виде кольца монотонно увеличивающейся ширины от одной стороны северного конца магнитной стрелки к другой, 2004789

Т 5/ я 8+I

4ьг. 5

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

Редактор Е.Полионова

Заказ 3389

Составитель И.Сковородников

Техред M.Moðãåíòàë Корректор С.Шекмар

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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