Устройство для измерения кривизны горизонтальных и наклонных скважин

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРИВИЗНЫ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ СКВАЖИН, содержащее курсовой гироскоп , состоящий из коаксиально расположенных в опорах внещней рамки и внутренней рамки, внутри которой размещен гиромотор, включающий ротор и статор, электромотор с зубчатым колесом, кинематически связанное с последним полукольцо, установленное в опорах эксцентричной рамки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено корректирующим блоком, включающим центробежно-маятниковый измеритель угловых скоростей, блок съема и обработки его сигнала и два моментных двигателя, при этом центробежно-маятниковый измеритель угловых скоростей установлен на роторе, моментные двигатели размещены по осям внешней и внутренней рамок, а блок съема и обработки сигнала осуществляет электрическую (/) связь центробежно-маятникового измерителя угловых скоростей с моментными двигателями.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1141187 А

4(51) Е 21 В 47/022

« " .. -«пз«««с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАН ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС"ТВУ (54} (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КРИВИЗНЫ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ

СКВАЖИН, содержащее курсовой гироскоп, состоящий из коаксиально расположенных в опорах внешней рамки и внутренней рамки, внутри которой размещен гиромотор, включающий (21) 3601452/22-03 (22) 03.06.83 (46) 23.02.85 Бюп.У 7 (72) В.Г.Терешин и В.П..Ильчанинов (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Орджоникидзе (53) 622.241(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

8 901485, кл. Е 21 В 47/022; 1982.

2. Авторское свидетельство СССР

В 705103, кл. Е 21 В 47/022, 1979 (прототип}. ротор и статор, электромотор с зубчатым колесом, кинематически связанное с последним полукольцо, установленное в опорах эксцентричной рамки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено корректирующим блоком, включающим центробежно-маятниковый измеритель угловых скоростей, блок съема и обработки его сигнала и два моментных двигателя, при этом центробежно-маятниковый измеритель угловых скоростей установлен на роторе, моментные двигатели размещены по осям внешней и внутренней рамок, а блок съема и обработки сигнала осуществляет электрическук связь центробежно-маятникового измерителя угловых скоростей с моментными двигателями.

1 I 14 I 1

Изобретение относится к промысловой геофизике, а более конкретно к устройствам для контроля технического состояния скважин, и может быть применено при бурении нефтяных, 5 газовых и геалогоразведочных скважин.

Известен гироскопический инклинометр, содержащий корпус, трехстепенной гироскоп, связанный с подвижной рамкой, в которой установ лены датчики углов, преобразовательно-измерительный блок, может быть снабжен установленным в подвижной рамке эксцентричным грузом и двумя гироскопическими двухстепенными датчиками угловой скорости, чувствительные оси которых взаимно перпендикулярны и связаны с подвижной рамкой 1) .

Однако данный гироскопический инклинометр отличается сложностью и громоздкостью корректирующего устройства, ограничивающего возможность его использования в глубоких и узких скважинах; недостаточной

25 точностью замеров из-за остаточной статической неуравновешенности, тре.— ния в опорах и прочих вредных моментов, действующих на чувствительный элемент гироприборов; наличием существенных погрешностей при измерении . двухстепенным гироскопом угловой скорости вращения, Земли, что непосредственно влияет на точность определения азимута, измерением синуснокосинусным трансформатором, установ- З5 ленным между трехстепенным гироскопом и рамкой корректирующего устройства, не истинной величины азимута,. а угла между плоскостью наклона и некоторым направлением (задаваемым 4О трехстепенным гироскопом, вследствие того, что ось наружной рамки трехсте пенного гироскопа занимает не вертикальное положение.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения кривизны горизонтальных и наклонных скважин, содержащее курсовой гироскоп, состоящий из коаксйально распо-50 ложенных в опорах внешней рамки и внутренней рамки, внутри которой размещен гиромотор, включающий ротор и статор, электромотор с зубчатым колесом, кинематически связан- 55 ное с последним полукольцо, установленное в опорах эксцентричной рам.ки j2) .

87 2

Наличие следящей системы, состоя . щей из контактного уровня, электрической и рубчатой передач, удерживающей ось наружной рамки трех тепенного гироскопа в вертикальном положении, в совокупности с другими эле-. ментами данного устройства обеспечивает возможность измерения истинной величины азимута при изменении углов искривления скважин в широких пределах.

Недостатком известного устройства является недостаточная точность измерения азимута из-за ухода главной оси гироскопа от заданного направления, обусловленного действием вредных моментов от трения, токоподводов, статической неуравновешенности элементов и т.п. причин, Цель изобретения — повышение точности °

Цель достигается тем, что устройство для измерения кривизны горизонтальных и наклонных скважин, содержащее курсовой гироскоп; состоящий из коаксиально расположенных в опорах внешней рамки и внутренней рамки. внутри которой размещен гиромотор, включающий ротор и статор, электромотор с зубчатым коле †. сом, кинематически связанное с после дним полукольцо, установленное ь опорах эксцентричной рамки, снабжено корректирующим блоком, включающим центробежно-маятниковый измеритель угловых скоростей, блок с ема и обработки его сигнала и два моментных двигателя, при этом центробежномаятниковый измеритель угловых скоростей установлен на роторе, моментные двигатели размещены по осям внешней и внутренней рамок, а блок съема и обработки сигнала осуществляет электрическую связь центро- . бежно-маятникового измерителя угло-. вых скоростей с моментными двигате.— лями.

На фиг.1 изображена принципиальная кинематическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — курсовой гироскоп, на роторе которого установлен центробежно-маятниковый измеритель угловых скоростей.

Устройство для измерения кривизны горизонтальных и наклонных скважин содержит курсовой гироскоп 1, состоящий из внешней рамки 2, в которой на опорах 3 и 4 удерживается внутренняя рамка 5 с размещенным внутри

35 It ÜI| tt- Ð,--1л1 1. )g.(- х> jÄ n(« iп Ы +

+ 3со5 лт1; . g, ) P — =оС вЂ” =

1 где

3 11411 гиромотором 6 (включающим ротор. гиром скопа и статор) . Ось СС вращения внешней рамки 2 совмещена с опорами 7 и 8 полукольца 9, которое удерживается в опорах 10 и 11 эксцентричной рамки 12. Внутри рамки 12 для смещения центра тяжести укреплены грузы 13 и 14, а сама рамка 12 удердивается с помощью опор 15 и 16 шасси 17. Следящая система данного

1О измерительного устройства включает контактный уровень 18, электромотор

19, зубчатое колесо 20 которого постоянно находится в зацеплении с зубчатой нагрузкой 21 колукольца 9.

Электропитание инклинометра осуществляется через контактные щетки 22 и коллектор 23 эксцентричной рамки

12. Измерительная система устройства содержит реостатные датчики ази мута 24 и наклона 25, токосъемные

20 щетки 26 и 27, жестко связанные соответственно с полукольцом 9 и отвесом 28. Корректирующий блок, дополнительно вводимый в измерительное

25 устройство, включает центробежномаятниковый измеритель угловых скоростей 29, представляющий собой инерционную массу, закрепленную на упругом подвесе, установленный на ро» торе гироскопа (гиромотора 6) блок

30 съема и обработки его сигнала, а также моментные двигатели 31 и 32, размещенные по осям внешней и внутрен ней рамок 2 и 5 курсового гироскопа

1.

Все элементы электрической и кинематической схем гироскопического инклинометра смонтированы на шасси и размещены в герметизированном цилиндрическом корпусе, имеющем пере- 40 ходник для присоединения к кабелю при измерении наклонных скважин и к штангам при измерениях восстающих скважин.

При измерении кривизны скважины 45 устройство займет некоторое наклонное положение, которое характеризуется зенитным и азимутальным углами.

Эксцентричная рамка 12 устанавливается в плоскости искривления скважины силой тяжести смещенных относительно оси грузов 13 и 14. С помо- . щью следящей системы, состоящей из контактного уровня 18, электромотора 19, зубчатое колесо 20 которого постоянно находится в зацеплении с зубчатой нагрузкой 21 полукольца 9, ось СС внешней рамки 2 курсового

87 4 гироскопа I удерживается в вертикаль-. ном положении.

Разность потенциалов, пропорцио-. нальная величинам углов азимута и наклона искривления скважины, снимается с реостатных датчиков азимута 24 и наклона 25 токосъемными щетками 26 и 27, жестко связанными соответственно с полукольцом 9 и отвесом 28.

Главная ось курсового трехстепенного гироскопа 1 из-за вредных моментов от трения, токоподводов, статической неуравновещенности элементов и т.п. уходит от заданного направления. Для устранения этого недостатка применяется корректирующий блок, который функционирует следующим образом.

При возникновении отклонения главнои оси гироскопа от заданного направления угол / поворота инерционной массы центробежно-маятникового измерителя 29, вращающегося с постоянной угловой скоростью Д.вместе с ротором гироскопа, содержит в себе ю информацию об угловых екоростяхоо

Р ухода относительно двух взаимноперпендикулярных осей в плоскости перпендикулярной оси собственного вращения ротора гироскопа (фиг.2) °

Дифференциальное уравнение динамики инерционной массы центробежно-маятни" кового измерителя угловых скоростей после линеаризации имеет вид коэффициент момента сил вязкого терния, действующего на инерционную массу относительно выходной оси OY коэффициент жесткости упругих элементов подвеса инерционной массы измерителя; углы поворотов внешней 2 и внутренней 5 рамок курсового гироскопа 1, характеризующие уход главной оси гироскопа ° от заданного направления под действием различного рода вредных моментов; осевые моменты инерции инер. ционной массы центробежномаятникового измерителя угловых скоростей 29 относительно соответствующих осей.

5 11411

С помощью блока 30 съема и обра- .. ботки сигнала, составленного из типо4 вых элементов (датчика угла поворота, генераторов опорных импульсов, усилителей, демодуляторов, триггеров) данный полезный сигнал с частотой вращения ротора разделяется на два сигнала по постоянному току, пропорциональных угловым скоростям а4, ухода гироскопа относительно внешней

2 и внутренней 5 рамок, которые подаются на соответствующие моментные двигатели 31 и 32, размещенные по осям внешней и внутренней рамок.

Данные двигатели формируют в соответ- 15 ствии с полученными сигналами моменты, которые прикладываются к внут ренней 5 и внешней 2 рамкам, компенсируя вредные моменты и не допуская погрешность в измерении азимутально-.

Ъ го угла (из-за возможного ухода глав ной оси гироскопа от заданного направления) .

Размещение курсового гироскопа в эксцентричной райке, наличие полу-,у кольца, удерживающего с помощью следящей системы ось СС внешней рамки курсового гироскопа в вертикальном положении, а также снабжение устройства.корректирующим блоком, включающим центробежно-маятни.ковый измеритель угловых скоростей, установленный на роторе гироскопа, блок съема и обработки его сигнала, два моментных двигателя, размещенных по осям внешней и внутренней рамок, причем блок съема и обработки сигнал ла осуществляет электрическую связь центробежно-маятникового измерителя угловых скоростей с моментными

40 двигателями, выгодно отличает предлагаемое устройство от известных, так как предлагаемое инклинометрическое устройство позволяет существенно расширить диапазон и повысить точ87. а ность измерения истинной величины азимута при измерениях углов искривления скважины в широких преде лах. Прилагаемое измерительное устройство дает возможность измерять наклонные, горизонтальные и

Ь восстающие скважины различногЬ назначения, угол которых изменяется в гвертикальной плоскости от 0 до+-

" 88 град., тогда как в известных инклинометрах ИГ-50, ИГ-36 угол наклона измеряется от +30 .до +88 град.> а наличие корректирующего блока позволяет минимизировать уход главной. оси курсоуказателя (который, например для ИГ-50, составляет 4 град/ф т.е. расширяется диапазон и точность измерений.

Применение подобного инклинометрического устройства для измерения искривлений горизонтальных, восстающих и наклонных скважин позволяет получить экономический эффект до

20000 руб. Наличие же корректирующего блока позволяет улучшить точностные характеристики инклинометра за счет учета и компенсации влияния возмущающих воздействий на курсовой гироскоп.

Предлагаемое гироскопическое инклинометрическое устройство позволя. ет надежно определить азимут и зенитные углы в скважинах, где невозможно непосредственное наблюдение за поведением чувствительных элементов приборов, а также непосредственно измерить кривизну скважины внутри колонны стальных и легкосплавных бурильных труб без подъема их на поверхность. Благодаря этому резко сокращается время на инклинометрические измерения и непроизводительные спуско-подъемные операции бурильного инструмента.! 141187

1141187.

Составитель И.Карбачинская

Редактор С.Патрушева Техред Т.Фанта Корректор В.Бутяга

Заказ 463/25 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по.делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", =.Óæãîðîä, ул.Проектная,4