Устройство для измерения угла поворота буровой головки относительно ее продольной оси

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для определения положения в пространстве устройств для образования скважин при их проходке, в частности при прокладке инженерных коммуникаций под препятствиями бестраншейным методом. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений и уменьшение затрат средств и времени на проходку скважин. Устройство содержит измерительный блок в системе навигации буровой головки с приводом вращения относительно продольной оси установки горизонтального бурения и преобразователь угла поворота привода штанг в число импульсов, которые считает счетчик и показывает индикатор. В головке находится датчик радиосигналов, который срабатывает от шарика, свободно размещенного в цилиндре датчика начала отсчета угла поворота буровой головки. Установленный вручную приемопередатчик над головкой принимает сигнал от датчика радиосигналов и управляет работой счетчика, который сбрасывает импульсы от преобразователя на нуль. Тем самым убирается погрешность измерения угла поворота головки из-за скручивания колонны штанг. Нулевое положение начала отсчета угла поворота головки фиксируется в момент прохождения шариком датчика радиосигналов. Такое устройство для определения угла поворота буровой головки повышает точность измерений, поскольку не учитывается угол скручивания штанг в процессе вращения буровой головки в грунте. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для определения положения в пространстве устройств образования скважин при их проходке, в частности при прокладке инженерных коммуникаций под препятствиями бестраншейным методом.

Известно устройство для определения значения угла кривизны скважины в процессе бурения, содержащее акустический датчик, который выполнен в виде полого тороида и в последнем размещен с возможностью перемещений шар (см. патент РФ №1501605, Е 21 В 47/02, 1987 г.). В процессе бурения скважина искривляется из-за неоднородной плотности грунта и вибраций буровой головки. Шар в тороиде смещается, изменяет объем полости, изменяется при этом частота звуковых колебаний тора и с увеличением кривизны скважины также изменяется частота звуковых колебаний, которая, распространяясь по колонне бурильных труб, доходит до акустического приемника в устье скважины. Принятый сигнал усиливается, преобразуется в спектрограмму и поступает на цифровой прибор, что позволяет оператору определять положение скважины.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и выполнения тарировок датчика при различных длинах колонны труб и неоднородности грунтов, что вызывает разные углы закручивания колонны труб и меняет звуковые частоты их колебаний. В связи с большими неоднородностями грунтов и разными длинами труб возникает разброс частот колебаний, что снижает точность измерений.

Известен также забойный ориентатор, предназначенный для определения угла отклонения в процессе бурения горизонтальных скважин. Ориентатор содержит размещенные в корпусе измерительный узел и чувствительный элемент в виде шара. На валу измерительного узла установлен преобразователь в виде двух рычагов, связанных перемычкой. Шар размещен между рычагами эксцентрично оси вала в кольцевой замкнутой цилиндрической камере. Дно камеры образовано кольцевой беговой дорожкой для шара (см. патент РФ №2049230, Б 21 В 47/02, 1992 г.). При работе шар под действием силы тяжести перемещается по беговой дорожке, перемещает рычаги преобразователя, что поворачивает вал, на выходе которого формируется электрический сигнал, пропорциональный углу поворота забойного ориентатора. Однако в забойном ориентаторе не учитывается угол скручивания колонны буровых труб или штанг, что искажает положение буровой головки и приводит к неверным результатам.

Известно, наконец, выбранное за прототип, устройство, для определения угла поворота буровой головки, содержащее измерительный блок в системе навигации буровой головки, соединенной с приводом вращения штанг относительно продольной оси установки горизонтального бурения (см. патент РФ №2116441, Е 21 В 47/02, 1997 г.). При работе определяется положение в пространстве буровой головки, сигналы от датчиков положения поступают в преобразователь сигнала и далее через блоки приема информации и ее обработки запоминаются и используются в дальнейшем при перемещении бурового инструмента по длине скважины.

Недостатками прототипа являются большая сложность устройства, необходимость его перемещения по длине скважины и низкая точность измерений угла поворота буровой головки, т.к. при измерениях не учитывается угол закручивания всей колонны буровых штанг.

В данном изобретении поставлена задача создания простой и дешевой конструкции устройства по определению угла поворота буровой головки относительно ее продольной оси вращения в горизонтальной плоскости с повышением точности измерений без учета угла закручивания всей колонны буровых штанг и тем самым устранить недостатки прототипа.

Техническим результатом изобретения является получение скважины с показателями, точно соответствующими проекту, что позволяет уменьшить затраты средств и времени на проходку скважин.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство, содержащее измерительный блок в системе навигации буровой головки, соединенной с приводом вращения штанг относительно продольной оси установки горизонтального бурения, снабжено датчиком начала отсчета угла поворота буровой головки, преобразователем угла поворота привода вращения в число импульсов и соединенным с ним счетчиком и индикатором числа импульсов, а измерительный блок выполнен в виде связанных между собой датчика радиосигнала, установленного внутри буровой головки, и приемопередатчика, расположенного на поверхности земли, при этом счетчик числа импульсов связан с преобразователем угла поворота привода штанг в число импульсов и с приемопередатчиком, с которым соединен датчик начала отсчета угла поворота буровой головки, жестко связанный с буровой головкой.

Кроме того, датчик начала отсчета угла поворота буровой головки выполнен в виде полого цилиндра, в полости которого свободно размещен шарик, при этом продольная ось полого цилиндра совпадает с осью буровой головки, а напротив нижней части полости цилиндра установлен датчик радиосигнала.

На фиг.1 приведена схема устройства для измерения угла поворота буровой головки, на фиг.2 схематически изображено устройство датчика начала отсчета угла поворота буровой головки.

Устройство для измерения угла поворота буровой головки содержит измерительный блок в системе навигации буровой головки 1 с приводом вращения 2 штанг 3 относительно продольной оси установки горизонтального бурения 4.

Устройство снабжено датчиком начала отсчета угла поворота 5 буровой головки 1, преобразователем 6 угла поворота привода вращения 2 штанг 3 в число импульсов и соединенными с ним счетчиком 7 и индикатором числа импульсов 8, а измерительный блок выполнен в виде связанных между собой датчика радиосигнала 9, установленного внутри буровой головки 1, и приемопередатчика 10, расположенного на поверхности земли, при этом счетчик числа импульсов 7 связан с преобразователем 6 угла поворота привода 2 и штанг 3 в число импульсов и с приемопередатчиком 10, с которым соединен датчик начала отсчета угла поворота 5 буровой головки 1, жестко связанный с буровой головкой 1.

Кроме того, датчик начала отсчета угла поворота 5 буровой головки 1 выполнен в виде полого цилиндра 11, в полости которого свободно размещен шарик 12, при этом продольная ось полого цилиндра 11 совпадает с осью буровой головки 1, а напротив нижней части полости цилиндра 11 установлен датчик радиосигнала 9.

Работа устройства происходит следующим образом. При бурении скважины установкой горизонтального бурения привод вращения 2 штанг 3 вращает буровую головку 1. Преобразователь 6 вырабатывает электрические импульсы, число которых кратно углу поворота приводу 2. Счетчик 7 считает эти импульсы и отображает их на индикаторе 8. В момент прохождения угла поворота головки 1 через нулевое положение датчик начала отсчета угла 5 выдает сигнал, который через устройства 9 и 10 сбрасывает счетчик импульсов 7 в нулевое состояние, которое фиксируется в момент прохождения шариком 12 датчика 9, происходит при каждом повороте буровой головки вокруг своей продольной оси, приемопередатчик 10 располагают вручную на поверхности земли над буровой головкой. Отсчет угла поворота головки 1 затем выполняют при остановленном приводе 4. Таким приемом убирается погрешность измерения угла поворота из-за скручивания колонны штанг, чем достигают заданный технический результат.

В качестве преобразователя 6 можно использовать такие простые и надежные датчики как перфорированный диск с оптопарой, зубчатый диск и т.п. Кроме того, преобразователь 6 находится на поверхности земли и не испытывает тех вибраций, которым подвергается буровая головка.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения угла поворота буровой головки, содержащее измерительный блок в системе навигации буровой головки, соединенной с приводом вращения штанг относительно продольной оси установки горизонтального бурения, отличающееся тем, что устройство снабжено датчиком начала отсчета угла поворота буровой головки, преобразователем угла поворота привода вращения штанг в число импульсов и соединенными с ним счетчиком и индикатором числа импульсов, а измерительный блок выполнен в виде связанных между собой датчика радиосигнала, установленного внутри буровой головки, и приемопередатчика, расположенного на поверхности земли, при этом счетчик числа импульсов связан с преобразователем угла поворота привода штанг в число импульсов и с приемопередатчиком, с которым соединен датчик начала отсчета угла поворота буровой головки, жестко связанный с буровой головкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик начала отсчета угла поворота буровой головки выполнен в виде полого цилиндра, в полости которого свободно размещен шарик, при этом продольная ось полого цилиндра совпадает с осью буровой головки, а напротив нижней части полости цилиндра установлен датчик радиосигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2