Инклинометр

 

1. ИНКЛИНОМЕТР, содержащий датчик азимута, соединенный с внутренней рамкой -и внешней рамкой-маятником карданового подвеса, преобразователи углов, кинематически связанные с размещенными на рамке-маятнике тремя маятниками, два из которых. имеют разную длину и параллельны оси вращения, а третий маятник с осью вращения, перпендикулярной осям вращения первых двух, имеет длин, равную длине большего маятника,о т личающийся тем, что, с целью уменьшения осевого габарита, йовышения чувствительности, точности измерения, кинематическая связь между преобразователями углов и большими маятниками выполнена в виде, двух дополнительно введенных маятниwtc : . 1J 13 , §ЯУГМ«МКМ ков с ведомыми звеньями, причем длина дополнительных маятников равна длине меньшего маятника, а.оси вращения их параллельны осям вращения больших маятников, при этом последние выполнены в виде рычагов, с передаточными звеньями которые установлены встречно и с возможностью взаимодействия с ведомыми звеньями дополнительных маятников. 2.Инклинометр по п. 1, о т л ичающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности работы в условиях сверхглубоких скважин, дополнительные маятники выполнены в виде неуравноi . (Л вешенных тел, 3.Инклинометр по п. 2 , отличающийся тем, что передаточные и ведомые звенья выполнены в виде поводков. 4.Инклинометр по п. 3, отличающийся тем, что, с целью осуществления возможности контроля отработки дополнительными маятникам.и углов отклонения, задаваемых рычагами , поводки выполнены в виде электри ческих контактов. 5.Инклинометр по п. 4, о т л ичающийся тем, что, с целью упрощения конструкции электрические контакты подключены к преобразователям углов дополнительных маятни ..ков.

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК щ)) Е 21 В 47 022

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3428049/22-03

: (22) 23.04.82 (46) 30 ° 03.84. Бюл. 9 12 (72) A.Ã.Ìàëþãà, И.Б.Шнейдман, В.Н.Ксауленко и В.Н.Болдырев (71) Специальное конструкторское.: бюро электрофотографических аппаратов Государственного промышленного объединения по производству средств оргтехники (53) 622.242(088.8) (56) 1 Авторское свидетельство СССР

Р 636380,кл. E 21 В 47/022, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 798279, кл. Е 21 В 47/022, 1979. (54)(57) 1. ИНХЛИНОМЕТР, содержащий датчик азимута, соединенный с внутренней рамкой -и внешней рамкой-маятником карданового поднеса, преобразователи углов, кинематически связанные с размещенными на рамке-маятнике тремя маятниками, два из которых. имеют разную длину и параллельны оси вращения, а третий маятник с осью вращения, перпендикулярной осям вращения первых двух, имеет длину, равную длине большего маятника, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения осевого габарита, Повышения чувствительности, точности измерения, кннематическая связь между преобразователями углов и большими маятниками выполнена в виде, двух дополнительно введенных маятников с ведомыми звеньями, причем длина дополнительных маятников равна длине меньшего маятника, а осН вращения их параллельны осям вращения больших маятников, при этом последние выполнены в ниде рычагов, с передаточными звеньями, которые установлены встречно и с возможностью взаимодействия с ведомыми звеньями дополнительных маятников .

2. Инклинометр по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности работы в услониях сверхглубоких скважин, дополнительные маятники выполнены в виде неуравновешенных тел.

Э

3. Инклинометр по п. 2, о т л ич а ю шийся тем, что передаточные и ведомые звенья выполнены в виде поводков. С:

4. Инклинометр по и. 3, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью Я осуществления возможности контроля отработки дополнительными маятниками углов отклонения, задаваемых рычагами, поводки выполнены в виде электры ческих контактов.

5. Инклинометр по и. 4, .о т л и« ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции электрические контакты подключены к преобразователям углов дополнительных маятни.,ков.

1082939

Цель изобретения — уменьшение осевого габарита, повышение чувствительности и точности измерения.

Изобретение относится к геофизическим скважинным приборам для измерения параметров искривления скважин.

Известен инклинометр, обеспечиваю щий возможность измерения азимутальных и зенитных углов как в наклонно направленных, так и в условно вертикальных стволах буровых скважин (1) .

Известен инклинометр, содержащий датчик.азимута, горизонтируемый посредством внутренней рамки и внешней рамки-маятника карданового подвеса, преобразователи углов, кинематически связанные с размещенными на рам. ке-маятнике тремя маятниками, два из 15 которых имеют разную длину и параллельные оси вращения, а третий маятник с осью вращения, перпендикулярной осям вращения первых двух, имеет

-длину, равную длине большего маятни- 2() ка f2) .

В известном иннлинометре точность измерения параметров искривления скважин при малых зенитных углах (менее 5 ) повышена в результате уве- 25 личения чувствительности размещенных во взаимно перпендикулярных плоскостях преобразователей углов путем увеличения длины кинематически связанных с ними маятников; Это привело Зо к значительному увеличению обевогс габарита рамки-маятника, а следовательно, к увеличению ее веса, повышению момента трения в ее опорах и более интенсивному износу последних. При этом дальнейшее повышение чувствительности и точности измерения инклинометра в случае ограниченного диаметра рамки-маятника может быть осуществлено лишь путем повышения разрешающей способности упомянутых преобразователей ° Однако повышение разрешающей способности преобразователей сверх. уровня, достигнутого в условиях серийного производства, приводит к низкому качеству конструк-g5 ций и черезмерно высокой их стоимости

Это.относится прежде всего к наиболее простым по конструкция и широко применяемым в инклинометрах реостатным преобразователям, повышение раз- 5О решающей сопосбности которых достигается уменьшением диаметра провода обмотки. При этом, помимо ужесточения требований к изготовлению и увеличения трудоемкости, происходит снижение перегрузочной способности и износоустойчивости преобразователей, что приводит к уменьшению на- дежности работы инклиномера, особенно s условиях повышенных температур, имеющих место в сверхглубоких скважинах.

Поставленная цель достигается тем, что кинематическая связь между преобразователями углов и большими маятниками выполнена в виде двух дополнительно введенных маятников с ведомыми звеньями, причем длина дополнительных маятников равна длине меньшего маятника, а оси вращения их параллельны осям вращения больших маятников, при этом последние выполнены в виде рычагов с передаточными звеньями, которые установлены встречно и с возможностью взаимодействия с ведомыми звеньями дополнительных маятников.

Кроме того, с целью упрощения конструкции и повышения надежности работы в условиях сверхглубоких скважин дополнительные маятники выполнены в виде неуравновешенных тел.

Причем передаточные и ведомые звенья выполнены в виде поводков.

Для осуществления возможности контроля отработки дополнительными маятниками углов отклонения, задаваемых рычагами, поводки выполнены в виде электрических контактов.

Причем с целью упрощения конструкции электрические контакты подключены к преобразователям углов дополнительных маятников.

На чертеже представлена схема инклинометра (наиболее простой вариант выполнения).

Инклинометр содержит свободно вращающуюся в опорах 1 и 2 корпуса рамку-маятник 3 с эксцентрично закрепленным грузом 4. При этом рамкамаятник 3 является внешней рамкой карданового подвеса. Внутренняя рамка карданового подвеса и горизонтируемый с помощью обеих рамок датчик азимута размещены в верхней части рамки-маятника 3 (не показаны) . Ниже датчика азимута во взаимно перпендикулярных плоскостях чувствительности, одна из которых совпадает с плоскостью ориентации рамки-маятника 3, расположены два датчика углОв. Йижний датчик угла является двухсекционным и рассчитан на измерение углов с разной точностью в двух диапазонах, например 0-5 и 5-50 . Верхний датчик угла предназначен для измерения углщв

-в диапазоне 0-5О. Оба датчика содер-. жат одинаковые по конструкции и раз-, мерам реостатные преобразователи, включающие в себя реохорды 5, б и 7 и взаимодействующие с ними щетки 8,9 и 10; маятники 11 — 13 малой длины, жестко связанные с щеткамиумаятники

l4 и 15 большой длины, выполненные в виде рычагов, взаимодействующих с .. маятниками 11 и 13.При этом основной маятник 12 малой длины уменьшения осевого габарита рамки-маятника 3 подвешен соосно с маятником 15 большой

1082939 длины,а оси вращения дополнительных маятников 11 и 13 малой длины разме . щены параллельно осям маятников 14 и

15 большой длины. Причем каждый из указанных маятников для ограничения их углового перемещения и предохранения щеток 8,9 и 10 от повреждений снабжен упорами, жестко связанными с рамкой-маятником З.Для осуществления возможности последовательного реагирования на возрастание зенитного угла 10 маятников 15 и 12 последний соединен с щеткой 9, смещенной относительно

/ центра его тяжести в сторону, противоположную размещению груза 4. При этом маятник 12 благодаря наличию . 15 упоров 16 и 17 имеет возможность углового перемещения в диапазоне

0-50 . Маятники 14 и 15 имеют воэможность отклонения от вертикали в обе стороны до соприкосновения со своими идентично установленными упорами (показаны упоры 18 и 19 для маятника 15) . Маятники

11 и 13 с помощью своих идентично установленных упоров (показаны упоры 25

20 и 21 для маятника 13) ограничены во вращении на максимально возможный для реостатных преобразователей угол равный 50 . Причем реохорды 5 и 7 реостатных преобразователей установлены так, что при совмещении оси рамки-маятника 3 и центров тяжести маятников 14 и 15 с вертикалью, щетки

8 и 10 делят их пополам и имеют возможность отклонения от вертикали в обе стороны на угол равный 25о. При .этом щетки 8 и 10, жестко связанные с маятниками 11 и 13, взаимодействуют с маятниками 14 и 15 посредством постоянно введенных в соприкосновение рабочих поверхностей последних. Для 40 упрощения конструкции и повышения надежности работы ее в условиях высоких температур и давлений путем исключения устройств для выборки мерт вого хода, например, основанных на 45 использовании маломоментных спиральных пружин (обычно применяемых при использовании кулисных или зубчатых передач), а также уменьшения трения взаимно соприкасающихся рабочих по- 50 верхностей маятники 11 и 13 выполнены в виде неуравновешенных тел, саМо-: произвольно входящих в одностороннее соприкосновение с маятниками 14 и 15 посредством жестко закрепленных на 55 каждом из них кинематических звеньев, выполненных в виде поводков

22-25, имеющих, например, форму цилиндров. Причем для осуществления возможности контроля отработки маят- 60 никами 11 и 13 углов поворота, задаваемых маятниками 14 и 15, поводки могут быть выполнены в виде электрических контактов, размыкание которых будет свидетельствовать о рас- g5 согласовании задаваемых и отрабатываемых углов, например, по причине засорения опор маятников 11 и 13.

Кроме того, для упрощения конструкции, например, путем устранения необходимости использования дополнительных каналов связи указанные контакты могут быть подключены через щетки 8 и 10 к соответствующим преобразователям углов,что позволит по разрыву обраэозанной таким образом электрической измерительной цепи суДить о налии неисправности инклинометра. Для исключения влияйия маятников 11 и 13 на истинные значения определяемых с помощью маятников

14 и 15 угловых величин масса последних должна быть как можно больше массы первых, однако не должна при этом достигать значений, превышающих допустимые нагрузки в опорах маятников

14 и 15 ° Варьируя формой и размерами маятников, требуемое соотношение масс нетрудно получить даже в случае использования одинаковых по удельному весу материалов, Для обеспечения постоянного койтакта., в точках соприкосновения соответствующими пар поводков 22 и 23, 24 и 25 при любых отклонениях рамки-маятника 3 от вертикали в заданном поддиапаэоне малых . зенитных углов (О-У) центры тяжести маятников 11 и 13 при положениях, показанных на чертеже, должны лежать в плоскостях, проведенных через оси вращения этих маятников и отклоненных в сторону простирания их тел от оси рамки на угол, не меньший угла(IL, который может быть рассчитан по формуле где 9 - максимальный зенитный угол, который может быть определен с помощью взаимно перпендикулярных преобразователей (для рассматриваемого случая

g -50) ° щ, д- расстояние от осей вращения маятников 14 и 15 до соответствующих им осей поводков 23 и 25 при максимальном зенитном углев; с — расстояние между осями вра-. щения соответствующих пар маятников 14-kl и 15-13.

Для обеспечения возможности свободного уголового перемещения маятников 14 и 15 в заданном для них диапазоне они снабжены окнами 2б и

27, охватывающими оси вращения соответствующих маятников 11 и 13.

Инклииометр работает следующим образом.

При отклонениях инклинометра на малый зенитный угол (ao 5 ), при

1082939

Р ссСов

8созВ„ -С

Ь где Р

f2 котором момент, вращающий внешнюю рамку-маятник,3, недостаточен для. установления ппоскости ее ориентасции в плоскости искривления скважины, измерение параметров искривления по следней осуществляют с помощью дат5 чика азимута и взаимно перпендикуляр- ных преобразователей углов, включающих реохорды 5,7 и щетки 8,10, взаимодействующие с соответствующими

° маятниковымH системами 14-11 и 15-13.®0

В этом случае маятники 14 и 15 благодаря своей большей массе при угловом перемещении в направлениях воздейст" вий пододков 22 и 24 на поводки 23 и 25 перемещают с помощью последних (соответствующие маятники ll и 13.

При угловом перемещении маятников

14 и 15 в противоположные стороны поводки 23 и 25 самопроизвольно. следу- ют за соответствующими поводками 22 20 и 24, находясь в постоянном с ними соприкосновении, благодаря смещенным центрам тяжести маятников 11 и 13, в результате чего последние имеют возможность углового перемещения 75 в зависимости от положения маятников

14 и 15. Таким образом, обеспечивается передача углового перемещения от маятников 14 и 15 к маятниками ll u

13 При этом обе paccMRTpBBa e 30 маятниковые системы реализуют опре.деленную зависимость между углами отклонения больших и малых но длине соприкасающихся маятников. Эта зависимость P = k (8 2 ),имеет вид угол отклонения маятника 11 или 13у 40 угол отклонения маятника 14 или 15;. расстояние от осей вращения маятников 11 и 13 до осей поводков 23 и 25; расстояние от осей вращения маятников 14 и 15 до соответ-. ствующих им осей поводков 23 и 25 при угле 8 2. Ф

При определенных значениях величин b, с и М указанная зависимость при малых зенитных углах имеет линейный характер. Причем, варьируя значениями упомянутых величия, можно добиться того, чтобы для рассматриваемого примера на каждый 10 изменения угла 6 2приращение угла Р составляло 5 с точностью до нескольких уг- а

/ ловых минут. Прн этом передаточное отношение маятниковых систем будет

i--.5.

Предлагаемый инклинометр по сравнению с известным при измерении малых зенитных углов обладает более высокой чувствительностью определяемой прежде всего величиной передаточного отношения, которое в зависимости от конструктивного исполнения преоб-. разователей углов„ маятниковых систем, а также местоположения передаточных и ведомых звеньев, формы и размеров их соприкасающихся поверхностей может иметь значения >) l . Это позволяет обеспечить получение электрических выходных сигналов, пропорциональных составляющим зенитного угла во взаимно перпендикулярных плоскостях, при более высоком значении отношения сигнал/шум, а следовательно, осуществить измерение параметров искривления скважин с более высокой точностью. Причем достижение этого эффекта может происходить при одновременном уменьшении осевого габарита рамки-маятника 3.

При больших зенитных углах (более

5О ), когда плоскость ориентации рам« ки-маятника 3 совпадает .с плоскостью искривления скважины, s действие включается маятник 12, и работа пред(лагаемого инклинометра аналогична работе известной конструкции.

Использование изобретения Позволит повысить точность измерения параметров искривления сверхглубоких скважин, а также упростить изготовление и повысить надежность инклинометпов.

1082939

I

26

27

Составитель И.Карбачинская

Редактор Л.Филь Техред T.Nàòî÷êà. Корректор А.Знмокосов .«» «Ч»

Заказ 1704/30 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4