Инклинометр

 

Изобретение относится к геологоразведочной технике и позволяет повысить точность измерения кривизны скважин. В кожухе (К) 1 соосно закреплены между источниками 2,3 и приемниками 4 - 7 света два корпуса 8 и 9, заполненные демпфирующей жидкостью. В корпусе 8 размещен чувствительный элемент (ЧЭ) азимута в виде поплавка 11, закрепленного на непрозрачном диске (Д) 12. В поплавке 11 под углом к Д 12 в плоскостях, параллельных оси К 1, расположены магниты 13. При этом Д 12 имеет отверстие 14 и установлен с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной оси К 1. В корпусе 9 размещен ЧЭ зенитного угла в виде двух соосно установленных маятников, которые образованы двумя Д 17 с закрепленными на них грузами 18. При этом Д 17 установлены с возможностью вращения в плоскостях, перпендикулярных оси К 1, и связаны между собой упругим элементом в виде спиральной пружины. Установлена в К 1 оптико-механическая система кругового одновременного опроса ЧЭ световым лучом. Эта система выполнена в виде соосно закрепленных в К 1 двух кольцевых призм 25 и 26, двух подвижных призм 27 и двигателя 28, кинематически связанного с валом 30. Вал 30 соосно установлен в К 1 и имеет на своих концах обоймы 31. Призмы 27 размещены в обоймах 31 с возможностью равномерного синхронного вращения относительно оси К 1 и оптического взаимодействия с ЧЭ, источниками 2, 3 и приемниками 4 - 7. При вращении призм 27 одновременно опрашиваются световым лучом ЧЭ азимута и зенитного угла. Приемники 4, 6 формируют измерительные импульсы, а приемники 5, 7 - опорные импульсы. По величине временного интервала между импульсами определяют азимут и зенитный угол. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 А1 (19) (11) (51) 4 E 21 В 47/02 "E :-: ИбЗМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ИНКЛИНОИЕТР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ П1НТ СССР (21) 4314295/23-03 (22) 09, 10,87 (46) 30,06,89. Бюл. Ф 24 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники pasведки Всесоюзного производственного объединения "Союзгеотехника" (72) В.П.Васильев и Е.M.Ïàíêðàòoâ (53) 622.242 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 861567, кл. Е 21 В 47/02, 1981, Авторское свидетельство СССР

)) 1425310, кл. Е 21 В 47/02, 1986. (57) Изобретение относится к геоло"

ro — разведочной технике и позволяет повысить точность измерения кривизны скважин. В кожухе (К) 1 соосно закреплены между источниками 2, 3 и приемниками 4-7 света два корпуса 8 и 9, заполненные демпфирующей жидкостью, В корпусе 8 размещен чувствительный элемент (ЧЭ) азимута в виде поплавка

11, закрепленного на непрозрачном диске (Д) 12. В поплавке 11 под уг14902 лом к Д 12 в плоско -тях, параллельных оси К 1, расположены магниты 13, При этом Д 12 имеет отверстие 14 и установлен с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной оси К

1. В корпусе 9 размещен ЧЭ зенитного угла в виде двух соосно установленных маятников, которые образованы двумя

Д 17 с закрепленными на них грузами

18. При этом Д 17 установлены с возможностью вращения в плоскостях, перпендикулярных оси К 1, и связаны между собой упругим элементом в виде спиральной пружины. Установка в 15

К 1 оптико-механическая система кругового одновременного опроса ЧЭ световым лучом. Эта система выполнена в виде соосно закрепленных в К 1 двух

64

4 кольцевых призм 25 и 26, двух подвижных призм 27 и двигателя 28, кинематически связанного с валом 30, Вал

30 соосно установлен в К 1 и имеет на своих концах обоймы 3 1. Призмы

27 размещены в обоймах 31 с воэможностью равномерного синхронного вращения относительно оси К 1 и оптического взаимодействия с ЧЭ, источниками 2, 3 и приемниками 4-7. При вращении призм 27 одновременно опрашиваются световым лучом ЧЭ азимута и зенитного угла. Приемники 4, 6 формируют измерительные импульсы, а приемники 5, 7 — опорные импульсы. По величине временного интервала между импульсами определяют азимут и зенитный угол. 2 з.п ф лы, 4 ил, расположения при измерениях в скважине в плоскости, перпендикулярной магнитным силовым линиям. Диск 12 имеет отверстие 14 и установлен в корпусе 8 с возможностью вращения в подпятниках 15 в плоскости, перпендикулярной оси кожуха 1.

В корпусе 9, который имеет два прозрачных кольцевых окна 16, размещен чувствительный элемент зенит50

Изобретение относится к геологоразведочной технике и предназначено для измерения искривления скважин.

Цель изобретения — повышение точ— ности измерения.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема инклинометра; на фиг. 2 — вид 30

А на фиг. 1; на фиг. 3 — вид Б на фиг. 1; на фиг. 4 — временные диаграммы опорных и измерительных импульсов.

Инклинометр содержит цилиндрический кожух 1 и соосно закрепленные в нем между источниками 2, 3 и приемни- . ками 4-7 света два корпуса 8 и 9, заполненные демпфирующей жидкостью.

В корпусе 8, который имеет два проз- 40 рачных кольцевых окна 10, размещен чувствительный элемент азимута, выполненный в виде поплавка 11, закрепленного на непрозрачном диске 12.

В поплавке под углом к диску 12 в 45 плоскостях, параллельных оси кожуха

1, расположены основной и дополнительный магниты 13. Такая установка магнитов 13 исключает воэможность их ного угла, выполненный в виде двух соосно установленных маятников, которые образованы двумя непрозрачными дисками 17 с закрепленными на них грузами 18.

Диски 17 имеют вырезы 19 (фиг. 3), закреплены на осях и установлены с возможностью вращения в плоскостях, перпендикулярных оси кожуха 1, При этом ось одного из дисков 17 установлена в подпятниках 20, закрепленных в корпусе 9, а ось другого диска — в подпятниках 21, закрепленных на оси первого диска. Диски 17 связаны между собой упругим элементом, выполненным, например, в виде спиральной пружины 22, Внутренний конец пружины 22 закреплен на оси одного из дисков 17, а наружный — на стойке 23, установленной на другом диске. Грузы 18 имеют отверстия 24„

В кожухе 1 установлена оптико-механическая система кругового одновременного опроса чувствительных элементов, азимута и зенитного угла световым лучом. Эта система выполнена в виде двух кольцевых призм 25 и 26, соосно закрепленных в кожухе 1, двух подвижных призм 27 и двигателя 28, кинематически связанного посредством зубчатой пары 29 с валом 30. На концах вала 30, соосно установленного в кожухе 1, закреплены обоймы 31„

1 в которых размещены призмы 27 с воэможностью равномерного синхронного!

490264 6 бара, жесткости пружины 22, а также ат веса грузов 18 и расстояния их центров тяжести от аси вращения дисков 17.

Уравнение равновесия для такой системы имеет вид:

С = Pr sin — 2 sine (1) К

8 = arcsin — - ——

К sin l (2) вращения «тносительно аси кожуха 1 и оптического взаимодействия с чувст вительными элементами, источниками

2, 3 и приемниками 4-7 света.

Инклинометр работает следующим образом.

Магниты 13, взаимодействуя с магнитным полем Земли, устанавливают па плавок 11 с диском 12 в плоскости магнитного меридиана. При этом поплавок 11, компенсируя вес магнитов

13 и диска 12, снимает нагрузку с подпятников 15, обеспечивая ударопрочность и минимальное трение в под- !5 пятниках 15.

Луч света от источника света 2 попадает на призму 27, где поворачивается на 90, затем разделяется на два луча, которые поворачиваются на

90 параллельно оси кожуха 1.

При вращении обоймы 31 с призмами

27 два световых луча также вращаются. Один луч вращается по окружности с радиусом, на котором расположен 25 приемник 5 света, а второй — по окружности с радиусом, на котором расположено отверстие 14 на диске 12.

При совмещении луча с приемником 5 света образуется опорный импульс 01 3Q (фиг. 4). При совмещении второго светового луча с отверстием 14 на диске

12 луч попадает на кольцевую призму

25 и на приемник 4 света, образуя измерительный импульс U 1.

1 35

При синхронном вращении призм 27 одновременно опрашивается световым лучом чувствительный элемент занитного угла. При наклоне кожуха 1, например, на угол 8, грузы 18 маятни- 40 ков стремятся совместиться с плоскостью наклона и, поворачивая диски

17 при движении один навстречу другому, закручивают пружину 22 до тех пор, пока противодействующий момент 45 пружины 22 не уравновесит вращающие моменты грузов 18. Вместе с тем, система из двух маятников займет положение, при котором равнодействующая веса грузов 18 совместится .с пласкос- 5О тью наклона скважины.

Так:tM образом, в положении равновесия при равных массах грузов 18 отверстия 24 в них займут симметричное положение относительно плоскос.ти наклона, т.е. будут определять положение апсидалъной плоскости.

Угол раствора маятников с (фиг. 3) зависит от угла 8 наклона оси пригде С вЂ” жесткость пружины; у — угол закручивания пружины;

P — вес груза;

r — расстояние центра тяжести груза от оси вращения;

o(— угол раствора маятников;

8 — угол наклона оси прибора (зенитный угол).

Обозначив величины, зависящие от

С, у, P u r коэффициентами К, и

К, и решив уравнение (1) относительно 8, получают выражение для угла наклона

Определение значения угла с(и его положения относительно корпуса, т.е. положения апсидальной плоскости, производится следующим образом.

Луч света от источника 3 преобразуется призмой 27 в два вращающихся луча. Первый луч вращается по окружности с радиусом, на котором установлен приемник 7 света, а второй — по окружности с радиусом, на котором расположены отверстия 24. При совмещении луча с приемником 7 образуется опорный импульс О . При совмещении второго луча с отверстиями 24 образуются последовательно два измерительных импульса П и U> от приемника 6.

При вращении вала 30 с постоянной угловой скоростью cd = const измеряют время между опорным импульсом

О и измерительными импульсами U и U> и определяют положение системы магнитов 13 относительно корпуса, а также положение системы из двух маятников относительно корпуса и угол

o(между ними.

Например, на фиг. 4 представлено положение импульсов во времени в предположении совпадения опорных импульсов О „, 0 чувствительных элементов азимута и зенитного угла. Угол определяют по времени t между имз пульсами Ui u U g в виде e(= Mt .

1490264

Затем, с учетом известных для прибора постоянных С, 1, P и г, по формуле (2) вычисляют зенитный угол 0

Азимут Ц „ „6, т.е. положение магнитной системы относительно апсидальной плоскости, определяют по времени между измеритель10 ным импульсом U „и серединой временного промежутка между измерительными импульсами U и Уз B виде С „Г„6 =

Значение полученного азимута ц „,„6 будет соответствовать истинному значению азимута 9 рс скважины только при значениях ц „ „6, равных

О, 90, 180, 270 о, так как угол

Ч о между плоскостью магнит ого 20 проб меридиана и апсидальной плоскостью измерен в нормальной плоскости по отношению к оси скважины.

В остальных случаях возникает ошибка, аналогичная карданной ошибке авиационных курсовых гироскопических приборов при кренах, кабрировании и пикировании самолета.

Истинное значение азимута ср, .г скважины в плоскости горизонта при зенитном угле 8 определяется выражением

Ц = arstg (- - ††-) . (3)

tR Ч при6 цст cos 8

Данная конструкция инклинометра 35 обеспечивает возможность импульсновременной системы измерения, что позволяет повысить точность определения пространственных характеристик скважины и получить информацию, удобную для 40 дальнейшей обработки в ЭВМ.

Формула и з о б р е т е н и я

1, Инклинометр, содержащий цилинд- 45 рический кожух и соосно закрепленные в нем между источниками и приемниками света два корпуса, заполненные демпфирующей жидкостью, в одном из которых размещен чувствительный эле" мент азимута в виде поплавка с основным магнитом, а в другом — чувствительный элемент зенитного угла, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен установленной в кожухе оптико-механической системой кругового одновременного опроса чувствительных элементов световым лучом, а чувствительный элемент азимута имеет дополнительный магнит и непрозрачный диск с отверстием, установленный в корпусе с воэможностью вращения в плоскости, перпендикулярной оси кожуха, поплавок закреплен на диске, а магниты в поплавке расположены под углом к диску в плоскостях, параллельньпс оси кожуха, при этом чувствительный элемент занитного угла выполнен в виде двух соосно установленных в корпусе маятников, которые образованы двумя дисками с закрепленными на них грузами, причем диски связаны между собой упругим элементом и установлены с воэможностью вращения в плоскостях, перпендикулярньпс оси кожуха, 2. Инклинометр по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что оптикомеханическая система кругового одновременного опроса чувствительньпс элементов световым лучом выполнена в виде двух кольцевых призм, соосно закрепленных в кожухе, двух подвижных призм и двигателя, кинематически связанного с валом, который установлен соосно в кожухе, и имеет на своих концах обоймы, при этом призмы размещены в обоймах с возможностью равномерного синхронного вращения относительно оси ко)куха и оптического взаимодействия с чувствительными элементами, источниками и приемниками света.

3. Инклинометр по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что упругий элемент выполнен в виде спиральной пружины.

1490264

Вид 6

Вид 4

18

Фие. 1

Тираа 514

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Укгород, ул. Гагарина, !01

Редактор М.Товтин

Заказ 3677/34

Составитель А.Цветков

Техред М.Ходанич Корректор В.Гирняк