Датчик зенитного и визирного углов

 

Изобретение относится к промьшловой геофизике и предназначено для определения пространственного положения траектории скважин. Цель изобретения - повышение точности и надежности работы в условиях вибраций. В корпусе (К) 1 закреплены три цилиндрические спиральные трубки (Т) 2, заполненные двумя несмешивающимися жидкостями. Верхние и нижние концы Т 2 объединены смесителями-тройниками 6 и 7. Верхние концы Т 2 выполнены в виде прямолинейных участков (У) 3, на которых расположены электроды 4 и 5, пересекающие границу раздела жидкостей. При этом У 3 установлены вертикально вплотную к стенкам К 1., а углы между плоскостями, проходящими через продольную ось К 1 и оси УЗ, составляют 120, При наклоне и повороте К 1 уровень раздела жидкостей смещается относительно исходного состояния и по изменению сигнала с электродов 4 и 5 определяют зенитный и визирный угль1. 3 ил. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСОУБЛИН (5Н 4 Е 21 В 47/02

С

> СЕ"РючЩ Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,.-ч» чт

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4190892/22-03 (22) 04,02,8? (46) 23,09.88. Бюл. Ф 35 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (72) .Н.П.Рогатых и Л.А.Куклина (53) 622.243.2 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 992734, кл.. Е 21 В 47/022, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Ф 933967, кл. Е 21 В 47/02, 1980. (54) ДАТЧИК ЗЕНИТНОГО И ВИЗИРНОГО

УГЛОВ (57) Изобретение относится к промцсловой геофизике и предназначено для определения пространственного положения траектории скважин. Цель изобретения — повышение точности и надежI

„„SU„„1425311 А1 ности работы в условиях вибраций. В корпусе (К) 1 закреплены три цилиндрические спиральные трубки (Т) 2, заполненные двумя несмешивающимися жидкостями. Верхние и нижние концы

Т 2 объединены смесителями-тройниками б и 7. Верхние концы Т 2 выполнены в виде прямолинейных участков (У)

3, на которых расположены электроды

4 и 5, пересекающие границу раздела жидкостей. При этом У 3 установлены вертикально вплотную к стенкам К 1, а углы между плоскостями, проходящими через продольную ось К 1 и оси У 3, составляют 120., При наклоне и повоо роте К 1 уровень раздела жидкостей смещается относительно исходного состояния и по изменению сигнала с электродов 4 и 5 определяют зенитный и визирный углы. 3 ил.

1425311

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано в инклинометрической аппаратуре при определении пространственного по5 ложения траектории скважины.

Цель изобретения — повьппение точности и надежности работы в условиях вибраций.

На фиг..1 приведен датчик зенитного 10 ,и визирного углов; на фиг.2 — сечение

А-А на фиг. 1; на фиг.3 — схема расчета параметров датчика.

Датчик содержит цилиндрический

:корпус 1, внутри которого жестко эак- 15 реплены спиральные цилиндрические трубки 2, иэ которых одна основная и две дополнительные. Все три трубки заполнены двумя несмешивающимися жидкостями, Нижняя часть трубок выполне- 20 на в ниде параллельной соосной с кор,пусом спирали, а верхние концы— в виде прямолинейных участков 3 трубок, на которых расположены электроды 4 и 5, и которые установлены верти,кально вплотную к стенкам корпуса 1, причем углы между плоскостями, проходящими через продольную ось корпуса и оси прямолинейных участков трубок, составляют 120, Основная и дополни- N

О тельные трубки объединены своими верхними и нижними концами с помощью смесителей-тройников 6 и 7. Смеситель 6 имеет отверстие с пробкой 8 для за,ливки жидкостей. Выводы электродов 35 посредством проводов соединены с колодкой 9, расположенной на корпу" се 1.

Датчик зенитного и визирного углов работает следующим образом. 40

i, При отклонении. от вертикали уровень раздела двух несмешивающихся жидкостей смещается относительно исходного состояния на некоторый угол.

С электродов 4 и 5 снимается сигнал, функционально зависящий от угла наклона.

В то же время при повороте устройства вокруг продольной оси происходит смещение уровня раздела жидкостей в каждой из трубок относительно плоско" сти наклона датчика. С каждой пары электродов 4 и 5 снимаются сигналы, функционально связанные с визирным углом. 55

Расчет получаемых параметров производится следующим образом.

Векторы на границе раздела жидкостей (фиг.3) определяются как х.„=(а;0;Р, +АЕ! );

r = (-à cos60; à 8in60;P +дР ); (1) г =(-à cos60; -а з п60 ;Р дР ), где Po — параметр начального расположения границ раздела жидкостей при нулевом значении зенитного угла (8=0 );

ДР. — приращение параметра при наклоне корпуса и повороте его вокруг продольной оси (i=

=1,2 3)й а — постоянная величина, равная расстоянию между осью корпуса и осями трубок, определяется по контрольным измерениям.

Плоскость, проходящая через концы векторов r„,, т, всегда горизонтальна. Следовательно, ее нормалью является вектор силы тяжести, который можно определить следующим образом:

Nz=(r

Тогда искомые углы определяются из соотношений пф, 1 с Р -APa

tg g = — = -- — — — - — — --; (3).- и! 3 (Ыа+ Рь-2дР ) п +п aP<+aP> -2,Р, а8"ъ 3 (4)

АР + аР 2ЕР.! где - визирный угол;

8 — - зенитный угол, Конструкция предлагаемого датчика в форме сообщающихся между собой трубок, переходящих в спираль и заполненных двумя несмешивающимися жидкостями, позволяет значительно увеличить длину полости, в которой находятся жидкости, не увеличивая габаритных размеров корпуса и, следовательно, уменьшить частоту а)8 собственных колебаний, которая для жидкостного чувствительного элемента определяетсн как ц) 2 И созЦу (5) где g — ускорение свободного падения, 1 — длина трубки;

Я - зенитный угол.

Из соотношения (5) видно, что частота р)ообратно пропорциональна длине

1 трубки и уменьшается с ее увеличе- нием.

Технологически трубки датчика могут быть 1изготовлены из любого немагнитного материала и соединяются

1425311 между собой с помощью смесителейтройников с помощью гибких (резиновых) шлангов. Причем, если одна из залитых жидкостей является диэлект5 рической, а вторая — электропроводная, то устройство работает как резистивный датчик. Если же обе несмешивающиеся жидкости являются электропроводными, но с различной плотностью и диэлектрической проницаемостью, то имеет место емкостной датчик.

Повышение надежности работы обусловлено минимальным количеством ме- 15 ханических соединений составных частей, что обеспечивает высокую виброустойчивость, а следовательно, и точность измеряемых параметров за счет большой длины трубок, заполнен- 2п ных жидкостями. Выполнение трубок в виде спирали позволяет при их большой длине сохранить малые габаритные размеры датчика, а так как измерение параметров производится на прямоли- 25 нейных участках трубок, которые могут быть изготовлены намного точнее, чем любая кольцевая или тороидальная полости, значительно снижается зависимость точности измеряемых параметров Зо от идеальности выполнения трубок, Кроме того, предлагаемое конструктивное решение позволяет определить ориентацию плоскости раздела жидкостей во всех трубках датчика в системе координат, связанной с корпусом устройства, т.е ° позволяет измерить одновременно как значение зенитного угла

8 так и значение визирного угла .

Формула изобретения

Датчик зенитного и визирного углов, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого размещены основ- ная цилиндрическая спиральная трубка, заполненная двумя несмешивающимися жидкостями, и электроды, пересекающие границу раздела жидкостей, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и надежности работы в условиях вибраций, он снабжен установленными в корпусе двумя дополнительными цилиндрическими спиральными трубками, при этом основная и дополнительные трубки жестко закреплены в корпусе и объединены своими верхними и нижними концами, верхние иэ которых выполнены в виде прямолинейных участков трубок, которые установлены вертикально вплотную к стенкам корпуса, причем электроды расположены на прямолинейных участках трубок, а углы между плоскостями, проходящими через продольную ось корпуса и оси прямолинейных участков трубок, составляют 120