Устройство для визуального исследованияскважин

 

309l22

;--та

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

МПК E 21Ь 47/00

Заявлено 02.VI.1969 (М 1335400/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Комитет по делам изобретеиий и открытий при Совете Мииистрое

СССР

Опубликовано 09.Ч11.1971. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 15.IX.1971

УДК 550.839:622.241 (088.8) Авторы изобретения

И. Ф. Липницкий и К. М. Обморышев

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

СКВА)КИ Н

Изобретение относится к геолого-разведочной скважинной аппаратуре, применяющейся для исследования недр Земли, и может быть использовано при поисковых работах с твердыми и жидкими полезными ископаемыми, при инженерно-геологических и гидрогеологических изысканиях и нефтепромысловых работах в условиях эксплуатации нефтяных скважин, а также при аварийно-ликвидационных и ремонтных скважинных работах.

В настоящее время для визуального исследования скважины применяются скважинные фотоаппараты типа ФАС-1, ФАС-2, представляющие собой герметичный снаряд, на боковой стороне которого помещается смотровое окно диаметром 6 см. B корпусе снаряда установлены импульсный осветитель, фотообъектив и лентопротяжный механизм.

Более сложными по конструкции и условиям эксплуатации являются фототелевизионная (ФТСУ) и кинотелевизионная (КТСУ) скважинные установки. Подземная часть установок также помещена в герметичный снаряд. Построена она на транзисторах и содержит приемную и передающую телевизионные трубки, систему освещения и систему проекции изображения на мишень передающей трубки, а также на фото- и кинопленку.

Фотоаппараты типа ФАС имеют следующие недостатки: a) они могут работать только в чистой, прозрачной среде, что исключает их повсеместное применение, так как скважины заполнены обычно глинистым раствором; б) степень изученности ствола скважины ограничена малым диаметром смотрового окна (б см) и односторонним фотографированием; в) невозможность определять экспозицию и наводку на резкость во время фотографирования в зависимости от особенностей объекта и, как следствие, большой процент брака негативов; после обнаружения брака в работе повторные снимки одного и того же объекта исключены; д) полученные фотографии пород, обнаженных в стволе скважины, с трудом поддаются достоверному дешифрированию для определения емкостных и фильтрационных свойств пород, так как каверны, трещины и другие полости, заполненные различными по составу веществами, на черно-белой фотографии выглядят одинаково; е) микроэлементы объектов не могут быть диагностированы, так как фотосъемка

25 производится при одном и том же оптимальном увеличении.

Кино- и фототелевизионные скважинные установки сложны, что удорожает стоимость прибора. Применение телевизионных трубок, ЗО с которыми нужно бережно обращ"òüñÿ,,ча309122 сто является причиной выхода из строя аппаратуры во время спуска прибора в скважину или в процессе работы, так как при этом неизбежны удары по корпусу обломков, кусков обвалившихся пород (валунов) . Отсутствие термоизоляции корпуса скважинного прибора и работа его в условиях высоких температур (на больших глубинах) сказывается на качестве изображения, снимаемого на пленку.

Необходимость использования мощных источников электроэнергии и специальных средств транспорта осложняет передвижение по гористой или заболоченной местности и ограничивает применение установок в условиях полевых геологических экспедиций. Отсутствие масштаба изображения создает ложное представление о действительных размерах объекта исследования.

Цель изобретения состоит в упрощении конструкции и условий ее эксплуатации, достижении ее портативности, повышении эффективности поисково-разведочных работ с твердыми и жидкими полезными ископаемыми, снижении себестоимости прибора и эксплуатационных расходов; исследовании и фотографировании объектов не только в прозрачных, но и в мутных средах при различных увеличениях при известном масштабе изображения; фиксации объектов на поверхности, без спуска с фотокамерой в скважину; получении естественного цветного, непрерывного и панорамного изображения не только от обычного электрического, но и от ультрафиолетового источника света. Зто позволит сделать качественную оценку полезных ископаемых и вещественного состава горных пород.

Предложенное устройство отличается тем, что каротажный кабель выполнен в виде световода, жилы которого состоят из нескольких сотен нитей оптического стекловолокна с высоким показателем преломления и светоизолирующей оболочки с низким показателем преломления. Световые лучи, несущие изображение и спроецированные на входной торец такой жилы, за счет многократного полного внутреннего отражения на границе раздела стекловолокно — оболочка, передаются к противоположному, выходному торцу.

Несколько сотен стеклянных волокон, собранных в плотный пучок, жилу, воспринимают и передают не один луч, а целое изображение. Четкость этого изображения зависит от числа волокон (чем больше волокон, тем выше качество получаемого изображения) .

Оптимальный диаметр световедущего пучка стекловолоконных нитей не превышает 8— !

О мм.

Другим, не менее важным, свойством световодов из стекловолокна является их черезвычайная гибкость: их можно изгибать под любым углом, наматывать на барабан лебедки, завязывать в узлы. Несмотря на это посланное с одного конца изображение достигает противоположного.

З5

T

" ф, 4 " «» - 4 " юГ""Ф

Способность гибкого ойтического волокна передавать изображение из одного конца в другой без искажения (фоконы и анаморфоты в этом случае не используются) позволяет применять на входном торце объектив, а на выходном — сменные окуляры с различным увеличением и масштабной сеткой.

Определение положения объектов наблюдения относительно cTpBEI света достигается с помощью вложенных одно в другое колец, кругового реохорда, гироскопа и ползунка курсоуказателя.

Применение источника ультрафиолетового света, так называемой «холодной» ртутнокварцевой лампы, наряду с обычной электрической обеспечивает наблюдение за люминесценцией объектов, что позволяет диагностировать минеральные скопления, Для получения изображения объектов в мутной среде используется система промывки и насадка искусственной видимости, наполненная дистиллированной водой или сжатым воздухом и вытесняющая мутную среду между обектом и смотровым окном.

На фиг. схематически изображен скважинный прибор; на фиг. 2 — датчик азимута, узел А; на фиг. 3 — скважинный прибор с насадкой искусственной видимости; на фиг. 4— наземный блок с концевым соединением световода; на фиг. 5 — поворотный диск с окулярами, вид по стрелке Б.

Устройство состоит из наземного блока и скважинного прибора. Скважинный прибор представляет собой герметический снаряд диаметром от 0,08 до 0,(0 м и длиною м.

Для кругового обзора в нижней части прибора вставлено и герметично соединено с корпусом круговое смотровое окно 1 из небьющегося оргстекла высотой О,!О м. Шесть объективов 2, соединенных с основным пучком световода и установленных через 60 вдоль смотрового окна, обеспечивают круговое обозрение. Освещает объекты электрическая лампочка 8, установленная на панели 4.

С лампочкой 8 параллельно соединена лампочка 5, служащая для освещения торцовой части прибора через смотровое окно б, в которое вставлен объектив 7. Таким образом, в нижней части прибора размещено семь объективов, от которых изображения передаются по семи пучкам оптического стекловолокна.

Пучки соединены в жгут и являются жилами каротажного кабеля 8, который выполняет роль световода. В приборе пучки расходятся к объективам через распределительную панель 9.

Для наблюдений в ультрафиолетовом свете над круговым окном 1 в корпус прибора герметически вмонтированы защищенные нелюминесцирующим оргстеклом шесть светофильтров Вуда 10 размером 2,5)(4)(0,3 см.

Светофильтры установлены через 60 по окружности корпуса. Против каждого светофильтра расположен пучок световода с объективом 11. Объективы 11 соединены с объ309122 ективами 2 общей линией световода, что позволяет вести наблюдения эа люминесценцией объектов, при этом исключается одновременная передача изображения AT обычного источника света по этому же каналу, так как люминесцентное свечение можно наблюдать только в темноте. Источником ультрафиолетового излучения служит так называемая

«холодная» ртутно-кварцевая лампа 12, установленная на панели 18.

Устройство, показанное на фиг. 1, предназначено для работы в прозрачной среде, однако во избежание загрязнения смотровых окон или для очищения среды и объектов из корпуса прибора с четырех сторон выведено по три штуцера, через которые подается промывочная жидкость, например чистая вода.

На штуцерах 14, расположенных по обеим сторонам смотровых окон, имеются отражатели, направляющие промывочную жидкость вдоль стекла, в то время как штуцер 15 обеспечивает концентрированное поступление струи жидкости на объект наблюдения. Жидкость мояет подаваться через сальник (установленный на валу лебедки) во время спуска снаряда в скважину. Шланг из вакуумной резины проложен внутри кабеля 8.

Система определения азимутальной ориентировки объектов наблюдения (датчик азимута) расположена в верхней части корпуса и рассчитана на проведение измерений при остановках прибора. Система построения по принципу гироскопа. Основными узлами ее являются гироскоп 1б, круговой реохорд 17 и два вложенных одно в другое кольца 18, 19.

Ротор гироскопа вращается со скоростью

20000 об мин вокруг оси 20. Корпус гироскопа жестко укреплен на оси 21, которая жестко соединена с реохордом. Таким образом, вращение корпуса гироскопа вокруг оси 21 возможно только при вращении реохорда. На кольце 18 перпендикулярно его плоскости жестко закреплена прямоугольная рамка 22.

Полуоси колец 18, 19 установлены на шарикоподшипниках. По реохорду перемещается скользящий контакт — ползунок курсоуказателя 28, соединенный при помощи телескопического шарнира 24 с точкой на стенке корпуса прибора. Эта точка лежит в плоскости, проходящей через одно из смотровых окон на боковой стороне прибора и его большую ось.

Азимутальное изменение положения окна будет синхронно соответствовать изменению положения выбранной точки закрепления конца курсоуказателя. Угол поворота ползуна курсоуказателя фиксируется разностью потенциалов, снятой на скользящем контакте и соответствующей конкретному азимуту.

На верхнем конце оси 21 прикреплен коллектор с двумя щетками 25, через которые подается питание ротору гироскопа, а ось 21 установлена на шарикоподшипниках 2б. На нижнем конце оси 21 имеется коллектор 27 с тремя контактными кольцами, с двумя из ко5

65 торых соединены выводы кругового реохорда, через которые подается напряжение питания, а третье является токосъемным и соединено с ползунком курсоуказателя. Для центрированного расположения прибора в скважине с четырех сторон его корпуса установлены рессоры 28.

Скважинный прибор, предназначенный для проведения наблюдений в мутной среде (см. фиг. 2), снабжен насадкой искусственной видимости и тремя смотровыми окнами, два из которых, 29 и 30, установлены сбоку, а третье 81 — на торцовой стороне корпуса. Окно

29 оборудовано светофильтром Вуда для пропускания ультрафиолетовых лучей. Все остальные детали и принцип работы такие же, как в скважинном приборе, показанном на фиг. 1.

Насадка искусственной видимости представляет собой цилиндрический сосуд 82 из небьющегося оргстекла высотой 25 — 30 см.

Диаметр насадки может быть различным в зависимости от диаметра скважины, но не менее 85 мм.

Наполнение насадки дистиллированной водой и герметичное соединение ее с корпусом с помощью хомута 38 производится на поверхности. Поскольку хранить и транспортировать дистиллированную воду неудобно, насадку можно наполнять воздх.хом под давлением для компенсации внешнего гидростатического давления при работе на больших глубинах. С целью придания корпусу прибора нейтральной плавучести в этом случае снаряд утяжеляют свинцовыми балластом. Для более полного вытеснения мутной среды в пределах объекта исследования сторона насадки, на которую выходят смотровые окна 29, 80, прижимается к стенке скважины при помощи рессоры 84. Во избежание перекоса прибора в одной плоскости с окнами установлена пружина 85, укрепленная на корпусе Зб прибора.

Наземный блок устройства состоит из руччой лебедки, источников электроэнергии, пульта управления и видеоэкрана. На центральном валу лебедки установлена сальниковая система для подачи промывочной жидкости во время спуска и при остановках скважинного прибора. Кроме того, здесь же располагаются контактные кольца, через которые передается питание электродвигателю гироскопа, реохорду и источникам обычного и ультрафиолетового LBåòà, а также принимаются снимаемые с реохорда разности потенциалов. На пульте смонтированы система дистанционного управления и потенциометр.

Видеоэкран представляет собой жесткую конструкцию из пластмассы и металла, содержащую камеру 87, смотровой экран 88 и поворотный диск 89 с окулярами. Для получения резкого изображения на матовом стекле экрана в камере имеется фокусировочное кольцо 40. Ось поворотного диска 89 смещена относительно оси тубуса 41 камеры, бла309122 годаря чему каждый из окуляров, расположенных определенным образом на диске, при повороте последнего устанавливается против соответствующего пучка световода, передающего изображение от смотрового окна (торцового или одного из боковых). Поворотные диски имеют окуляры различных увеличений, благодаря которым на экране можно получить различную детальность изображения.

Для фиксации изображения на фото- и кинопленку видеоэкран снабжен кареткой 42, к которой крепится фото- или кинокамера.

Соединение видеоэкрана с кабелем, который является световодом и состоит из нитей оптического стекловолокна, обеспечивается соединительной муфтой 48.

Концы нитей плотно стыкуются за счет пришлифованных поверхностей торцов, при этом важно соблюдать необходимое соответствие при стыковке, чтобы нить, несущая изображение со стороны торцового окна скважинного прибора, соответствовала каналу, подающему изображение на экран. Для определения масштаба объекта наблюдения все окуляры снабжены шкалой в виде сетки 44.

Скважинный прибор и видеоэкран соединяют с кабелем, установленным на ручной лебедке. Против одного из окон скважинного прибора помещают объект-шкалу с известной ценой делений, например линейку длиною

1 см, на которой нанесено TOO делений через

0,1 мм. Затем настраивают экран на резкость фокусировочным кольцом 40, поворотным диском 89 устанавливают соответствующий окуляр с сеткой против нити световода, передающей изображение, и совмещают начала объект-шкалы и шкалы окуляра, соблюдая параллельность штрихов. Далее смотрят, сколько делений объект-шкалы укладывается в выбранном количестве делений сетки окуляра.

Цену деления сетки окуляра вычисляют по формуле: где Z — число делений объект-шкалы, Т вЂ” цена делений объект-шкалы, С вЂ” число делений сетки окуляра.

На этом заканчивается подготовительная работа с целью определения истинных размеров объектов, наблюдаемых в скважине. 3атем производят запуск системы азимутальной ориентировки. Для этого конец оси ротора гироскопа, совмещенный с направлением

0 †1 лимба реохорда, ориентируют по северному концу стрелки компаса, и после этоГо сообщают вращение ротору (по извлече5

jo

55 нии прибора из скважины производят контрольную проверку ориентировки).

После подготовки включают освещение, промывку и спускают прибор в скважину.

Бо время спуска прибора соединительная муфта 48 находится в ослабленном состоянии. Необходимую глубину спуска прибора фиксируют по отметкам на кабеле, При остановке прибора и проведения наблюдений проверяют соответствие нитей световода в месте соединительной муфты 88, которую после этого затягивают. Фокусировочным кольцом

40 объект наводят на резкость и производят необходимые измерения, наблюдения, а также фиксацию на фото- или кинопленку.

Предмет изобретения

1. Устройство для визуального исследования скважин, содержащее скважинный прибор с блоком освещения, смотровым окном, системой объективов и датчиком азимута наземный блок с фото-киноприставкой, связанные каротажным кабелем, отличающееся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и повышения эффективности исследования, каротажный кабель выполнен в виде световода, жилы которого состоят из нитей оптического стекловолокна с высоким показателем преломления и светоизолирующей оболочки с низким показателем преломления и связаны с объективами скважинного прибора, а наземный блок имеет камеру, поворотный диск со сменными окулярами и масштабной шкалой, фокусировочное кольцо и смотровой экран.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью панорамного обозрения стенок скважины, а также объектов, расположенных ниже места положения скважинного прибора, скважинный прибор имеет круговое смотровое окно, вдоль которого размещены объективы, и дополнительное смотровое окно с объективом в нижней торцовой части прибора.

3. Устройство по пп. 1, 2, отличающееся тем, что, с целью наблюдения люминисценции, в скважинном приборе установлены источник ультрафиолетового излучения и светофильтры, пропускающие только ультрафиолетовые лучи.

4. Устройство по пп. 1, 2, 3, отличающееся тем, что, с целью исследования объектов в мутных средах, скважинный прибор заклю»ен в насадку искусственной видимости и снабжен распределительной панелью, обеспечивающей промывку каждого участка смотрового окна скважинного прибора.

309122

Вид Б

41

ХЯ

Фив.5

Составитель Э. А. Терехова

Редактор Т. 3. Орловская Техред Л. Л. Евдонов Корректор Т. А. Китаева

Заказ 2467/8 Изд. ¹ 1014 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2