Устройство для измерения зенитного угла искривления скважины

Авторы патента:

G01C9/12 - с помощью маятника (отвесы G01C 15/10)

E21B47/02 - определение наклона или направления (клинометры и указатели направления G01C)

Владельцы патента RU 2649187:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Астраханской государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО АГТУ) (RU)

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для измерения зенитного угла искривления скважины.Технический результат - повышение надежности и точности измерения зенитного угла искривления скважины непосредственно в процессе бурения и передачи сигнала по беспроводному электрическому каналу забоя с устьем скважины. Устройство для измерения зенитного угла искривления скважины содержащит рамку-маятник, установленную на опорах, дебаланс, датчик угла, закрепленный на оси, коллектор. В рамке-маятнике размещены постоянный магнит, полевой датчик Холла, источник питания, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь кода в частоту импульсов, делитель частоты и контакты. При этом датчик угла имеет один маятник, снабженный постоянным магнитом, магнитное поле которого воздействует на датчик Холла, жестко закрепленный в рамке-маятнике. Холловские электроды датчика Холла соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом преобразователя кода в частоту импульсов, а его выход соединен с входом, дополнительно введенного в устройство делителя частоты, выход которого через коллектор соединен с каналом связи. 1 ил.

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для измерения зенитного угла искривления скважины.

Цель изобретения - повышение надежности работы.

Известно устройство скважинного прибора инклинометра КИТ-М, содержащее корпус рамки-маятника, коллектор, дебаланс, подпятник опоры вращения, корпус с круговым реохордом, плату с дуговым реоходом, магнитомеханический чувствительный элемент, отвес и подпружиненный арретир (см. кн. Малюга А.Г. Инклинометры для исследования глубоких и сверхглубоких скважин. - Тверь: НТП «Фактор», 2002. - 520 с.) [1]. Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности непрерывного контроля параметров искривления скважины непосредственно в процессе бурения.

Наиболее близким по технической сути к предложенному устройству является устройство, содержащее рамку-маятник, установленную на опорах, дебаланс, маятники датчика угла, закрепленные на осях, коллектор. Недостатком устройства является низкая надежность за счет большого числа подвижных механических частей и контактов, а также отсутствие возможности непрерывного контроля пространственного положения ствола скважины непосредственно в процессе бурения по беспроводному каналу связи забоя с устьем скважины. (А.с. СССР №636380, 1978).

Техническая задача - создание надежного и точного устройства для контроля зенитного угла искривления ствола скважины непосредственно в процессе бурения и передачи сигнала по беспроводному электрическому каналу связи забоя с устьем скважины.

Технический результат - повышение надежности и точности измерения зенитного угла искривления скважины непосредственно в процессе бурения и передачи сигнала по беспроводному электрическому каналу забоя с устьем скважины.

Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем рамку-маятник, установленную на опорах, дебаланс, маятники датчика угла, закрепленные на осях, коллектор, в рамке-маятнике размещены постоянный магнит, полевой датчик Холла, источник питания, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь кода в частоту импульсов, делитель частоты, при этом устройство имеет один маятник датчика угла, снабженный постоянным магнитом, магнитное поле которого воздействует на датчик Холла, жестко закрепленный в рамке-маятнике, холловские электроды датчика Холла соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом преобразователя кода в частоту импульсов, а его выход соединен с входом дополнительно введенного в устройство делителя частоты, выход которого через коллектор соединен с каналом связи.

На чертеже (фиг. 1 - вид в разрезе) показано устройство для измерения зенитного угла искривления скважины.

Устройство содержит рамку-маятник 1, опоры 2, 3, дебаланс 4, маятник датчика угла 5, ось 6, коллектор 7, постоянный магнит 8, датчик Холла 9, источник питания 10, аналого-цифровой преобразователь 11, преобразователь кода в частоту импульсов 12, делитель частоты 13, при этом маятник датчика угла 5 снабжен постоянным магнитом 8, магнитное поле которого воздействует на датчик Холла 9, жестко закрепленный в рамке-маятнике 1, холловские электроды датчика Холла соединены с входом аналого-цифрового преобразователя 11, а выход его соединен с входом преобразователя кода в частоту импульсов 12, а его выход соединен с входом дополнительно введенного в устройство делителя частоты 13, выход которого через коллектор 7 соединен с каналом связи (не показан).

Устройство работает следующим образом. В момент измерения рамка-маятник 1 под действием дебаланса 4 вращается в опорах 2, 3 и устанавливается в плоскости искривления ствола скважины под действием дебаланса, маятник датчика угла 5 с жестко закрепленным на нем постоянным магнитом 8 под действием силы гравитации поворачивается на оси 6 и меняет свое положение относительно датчика Холла 9, жестко закрепленного в рамке-маятнике 1, что приводит к пропорциональному изменению напряженности магнитного поля, действующего на датчик Холла 9, в результате на холловских электродах появляется ЭДС, пропорциональная зенитному углу искривления скважины. Эта ЭДС поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 11, где преобразуется в параллельный двоичный код, который посредством преобразователя кода в частоту импульсов 12 трансформируется в последовательность импульсов, пропорциональных зенитному углу, и поступает на делитель частоты 13, где преобразуется в последовательность серии импульсов инфранизкой частоты, соответствующей полосе пропускания беспроводного электрического канала связи забоя с устьем скважины, с выхода делителя частоты 13, эта серия импульсов с коллектора 7 подается в канал связи.

Устройство имеет повышенную надежность за счет сокращения числа подвижных механических элементов и использования аналого-цифрового преобразователя, преобразователя кода в частоту импульсов, делителя частоты и датчика Холла, изготовленных по технологии кремний на изоляторе (КНИ), температурный диапазон которых расширен до 300°C, а полевой датчик Холла (ПДХ), изготовленный по технологии кремний на изоляторе (КНИ), имеет чувствительность, превышающую чувствительность обычных датчиков в 10 раз (см. ст. Мордкович В.Н. Структуры «Кремний на изоляторе» - Новый материал микроэлектроники // Материалы электронной техники. 1998. №2; Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М. Радиационные эффекты в КНИ магниточувствительных элементах при различных условиях облучения, ВАНТ. Вып. 1-2. М., 2001). Точность предлагаемого устройства выше прототипа. ПДХ (Полевой Датчик Холла) изготавливается на основе структур КНИ, в которых рабочий слой кремния отделен от подложки встроенным диэлектрическим слоем. В отличие от обычных датчиков Холла ПДХ представляет собой сочетание резистора Холла с вертикальным двухзатворным полевым транзистором типа металл-диэлектрик-полупроводник. В результате повышаются характеристики датчика Холла, такие как удельная магнитная чувствительность, диапазон рабочих температур, отношение сигнал/шум, энергопотребление, пороговая магнитная чувствительность.

Основные технические характеристики КНИ ПДХ:

Напряжение питания, В 3÷12

Рабочий ток, мА 0,1÷0,4

Магнитная чувствительность В/Тл 0,3+1,2

Удельная магнитная чувствительность, В/Ф*Тл 1000÷10000

Порог чувствительности, н/Тл 40÷100

Диапазон частот, кГц 0÷200

Диапазон температур, °C - 270÷300

Известно, что зависимость выходного сигнала от напряженности внешнего магнитного поля, созданная постоянным магнитом, линейная, следовательно, и статическая характеристика предлагаемого устройства для измерения зенитного угла искривления скважин, построенная на основе ПДХ, также линейная, и в связи с этим устройство обладает повышенной точностью.

Используемые в устройстве аналого-цифровой преобразователь, преобразователь кода в частоту импульсов и делитель частоты также выполнены по КНИ технологии и сохраняют работоспособность до 300÷400°C (см. ст. Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М. Радиационные эффекты в КНИ магниточувствительных элементах при различных условиях облучения, ВАНТ. Вып. 1-2, М., 2001). Это соответствует температуре на забое сверхглубоких скважин 7÷12 тыс. метров.

Предложенное устройство отличается высокой надежностью за счет расширения температурного диапазона работы до 300°C и сокращения числа механических подвижных элементов, а также высокой точностью обусловленной высокой чувствительностью и линейностью статической характеристики, а также возможностью контроля зенитного угла искривления скважины в процессе бурения по беспроводному электрическому каналу связи забоя с устьем скважины.

Источники информации

1. Малюга А.Г. Инклинометры для исследования глубоких и сверхглубоких скважин. - Тверь: НТП «Фактор», 2002. - 520 с.

2. Мордкович В.Н. Структуры «Кремний на изоляторе» - Новый материал микроэлектроники // Материалы электронной техники. 1998. №2.

3. Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М. Радиационные эффекты в КНИ магниточувствительных элементах при различных условиях облучения, ВАНТ. Вып. 1-2. М., 2001.

4. А.с. №636380, 1978 (прототип).

Устройство для измерения зенитного угла искривления скважины, содержащее рамку-маятник, установленную на опорах, дебаланс, датчик угла, закрепленный на оси, коллектор, отличающееся тем, что в рамке-маятнике размещены постоянный магнит, полевой датчик Холла, источник питания, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь кода в частоту импульсов, делитель частоты и контакты, при этом датчик угла имеет один маятник, снабженный постоянным магнитом, магнитное поле которого воздействует на датчик Холла, жестко закрепленный в рамке-маятнике, холловские электроды датчика Холла соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом преобразователя кода в частоту импульсов, а его выход соединен с входом дополнительно введенного в устройство делителя частоты, выход которого через коллектор соединен с каналом связи.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения углов поворота, в частности, подвижных элементов конструкций объектов. Технической задачей изобретения является увеличение диапазона измерений углов поворота датчика и повышение точности измерения углов поворота подвижных элементов конструкции объекта.

Уровень // 2570799

Изобретение относится к инструментам контроля горизонтальности и вертикальности плоскостей и измерения малых углов отклонения от горизонтальности и вертикальности и может быть использовано в строительной отрасли и в бытовых условиях.

Маятниковый датчик угла наклона // 2548397

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения углов наклона, в частности подвижных объектов. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения угла наклона объекта при его движении.

Маятниковый датчик угла наклона // 2500988

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения углов наклона, в частности, подвижных объектов. Заявленный маятниковый датчик угла наклона содержит поперечный и боковые стержни, при этом вторые концы каждого из боковых стержней неподвижно соединены с роторами соответствующих вращающихся трансформаторов, находящихся на площадке, установленной подвижно на оси подвеса датчика наклона, вращающиеся трансформаторы установлены симметрично относительно оси датчика и на расстоянии друг от друга, обеспечивающем образование стержнями в точках их соединения параллелограмма, причем статор каждого вращающегося трансформатора скреплен соосно с шестерней и, как и его ротор, установлен с возможностью поворота относительно оси вращающегося трансформатора, на оси датчика наклона жестко установлена шестерня, входящая в зацепление с шестерней статора одного из вращающихся трансформаторов и через дополнительную шестерню с шестерней второго вращающегося трансформатора, а обмотки роторов вращающихся трансформаторов соединены последовательно и встречно.

Оптико-электронный маятниковый датчик уровня // 2478186

Изобретение относится к устройствам для измерения отклонения объекта в вертикальной плоскости и может быть использовано для контроля и выправки положения железнодорожного полотна.

Система контроля положения контейнера на вилочном захвате // 2457172

Изобретение относится к машиностроению, в частности к грузоподъемной технике, и может использоваться во фронтальных погрузчиках. .

Портативный опорный лазер и принадлежности для лазера // 2452919

Маятниковый датчик уровня // 2345325

Уровень // 2290607

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и предназначено для выверки горизонтальности линий и плоскостей. .

Функциональный датчик пространственного положения сварочной ванны // 2241207

Изобретение относится к области электродуговой сварки, а именно к маятниковым датчикам пространственного положения сварочной ванны. .

Волоконно-оптический контроль тока для электромагнитной дальнометрии // 2648785

Предложена дальнометрическая система для ствола скважины и способ, применяемые между стволами первой и второй скважин, причем данная система содержит измерительный преобразователь электромагнитного поля, расположенный в стволе второй скважины, электропроводящую обсадную трубу в стволе первой скважины, источник электрического тока, создающий электрический ток в проводящем элементе, и волоконно-оптический датчик, расположенный вблизи проводящего элемента.

Комплексный прибор для управления геофизическими исследованиями скважины и планирования бурения // 2648782

Изобретение относит к управлению геофизическими исследованиями скважины и планированию бурения. В соответствии с одним из примеров предложен комплексный прибор для управления геофизическими исследованиями скважины и планирования бурения, который реализуют с применением вычислительной системы.

Устройство, способ и система для избеганий столкновений при бурении // 2647530

Изобретение относится к направленному бурению скважин. Техническим результатом является повышение точности дальнометрии между опорной и целевой скважинами.

Устройство обеспечения геостационарности навигационного оборудования телеметрической системы мониторинга траектории ствола скважины // 2645693

Изобретение относится к области роторного бурения скважин и может быть использовано при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин. Устройство обеспечения геостационарности навигационного оборудования телеметрической системы мониторинга траектории ствола скважины включает пустотелый цилиндрический герметичный корпус, содержащий основание, выполненное с возможностью вращения.

Способ расчета локального геомагнитного возмущающего поля и его практическое применение // 2644179

Группа изобретений относится к геомагнитной съемке для многочисленных применений, таких как навигация, определение ориентации управления движущимися объектами, в частности направленное бурение.

Управление разработкой ствола скважины с использованием расчётов неопределённости // 2643057

Изобретение относится к автоматизированному управлению операцией в стволе скважины для добычи углеводородов из подземных пластов. Техническим результатом является повышение точности определения неопределенности расчетной траектории ствола скважины и, как следствие, повышение точности определения расчетной траектории ствола скважины.

Автоматизация бурения скважин с использованием профиля энергии и формы ствола скважины // 2642898

Изобретение относится к бурению скважин, и более конкретно к автоматизации бурения скважин на основании профиля и энергии ствола скважины, бурение которого осуществляют.

Скважинное трехосное электромагнитное определение расстояния // 2642604

Изобретение относится к средствам контроля положения скважины в процессе бурения. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств определения расстояния между скважинами.

Скважинное трехосное электромагнитное определение расстояния // 2642604

Управление операциями бурения ствола скважины // 2641054

Изобретение относится к автоматизированному управлению операцией в стволе скважины для добычи углеводородов из подземных продуктивных пластов. Техническим результатом является повышение эффективности управления компоновкой низа бурильной колонны.