Автономный инклинометр

 

Изобретение относится к технике бурения и предназначено для контроля пространственного положения ствола скважины. Цель - повышение точности измерения и надежности работы. В корпусе /К/ 1 размещены измерительный элемент /Э/, стальная нить 3 с поплавком /П/ 4 и подпружиненный относительно К 1 прижимной Э 6. Измерительный Э выполнен в виде шарика 2, съемного носителя информации в виде сферической шкалы 8 и магнитной стрелки в виде двух постоянных магнитов 9. Прижимной Э 6 установлен с возможностью взаимодействия с гидротолкателями 7, размещенными вне К 1. Нижняя поверхность П 4 выполнена в виде сферического сегмента, а шкала 8 установлена в нижней части П 4. При этом К 1 заполнен двумя несмешивающимися жидкостями с разной плотностью. В эти жидкости погружен П 4 и размещен между Э 6 и шкалой 8 с возможностью свободного перемещения относительно нити 3. Магниты 9 диаметрально противоположно закреплены на П 4, а нить 3 размещена соосно с К 1 и связана с ним посредством пружины 11. В гидротолкателях 7 выполнены разные по площади проходные отверстия "Б", тарированные на различный расход бурового раствора. В момент измерения Э 6 прижимает П 4 к шарику 2. По отпечаткам на шкале 8 определяют азимут и зенитный угол. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

А1

„„SU„„1559132

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК щ) s Е 21 В 47/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ПЮТ СССР

К А ВТОРСНОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4468242/24-03 (22) 15.06,88 (46) 23.04 ° 90, Вюл, 9 15 (71) Кольская комплексная геологоразведочная экспедиция сверхглубокого бурения (72) B,Ñ,Áàñîâè÷, В,М,Кузнецов и А,И,Леонов (53) 622,242(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1090863, кл, Е 21 В 47/02, 1982, Авторское свидетельство СССР

Р 1148987, кл. Е 21 В 47/022, 1983, (54) АВТОНОМНЫЙ HHKJIHHOMETP

2 (57) Изобретение относится к технике бурения и предназначено для конт-. роля пространственного положения ствола скважины, Цель - повышение точности измерения и надежности работы. В корпусе (К) 1 размещены измерительный элемент (Э), стальная нить 3 с поплавком (П) 4 и подпружиненный относительно К 1 прижимной 6.:

Эб

Измерительный Э выполнен в виде шарика 2, съемного носителя информации в виде сферической шкалы 8 и магнитной стрелки в виде двух постоянных магнитов 9. Прижимной Э б

1559132 установлен с возможностью, взаимодействия с гидротолкателями 7, размещенными вне К 1, Нижняя поверхность

П 4 выполнена в виде сферического сегмента, а шкала 8 установлена в нижней части П 4 ° При этом К 1 заполнен двумя несмешивающимися жидкостями с разной плотностью, В эти жидкости погружен П 4 и размещен между Э 6 и шкалой 8 с возможностью свободного перемещения относительно нити 3, MarИзобретение относится к бурению нефтяных, газовых и геологоразведочных глубоких и сверхглубоких скважин, а именно к техническим средствам контроля пространственного положения ствола скважины в процессе бурения, Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности работы, На фиг.! показан автономный инклинометр; на фиг.2 — шкала, вид со стороны нижней части поплавка, Автономный инклинометр содержит корпус 1, в котором размещены измеригельный элемент в виде шарика 2, съемного носителя информации и магнитной отрелки, стальная нить 3 с поплавком 4 и подпружиненный относительно корпуса 1 пружиной 5 прижимной элемент 6, установленный с возможно"тью взаимодействия с гидротолкателями 7, размещенными вне корпуса 1 (показан один гидротолкатель).

Нижняя поверхность поплавка 4 выполнена в виде выпуклого сферического сегмента, а носитель информации— в виде сферической шкалы 8, изготовленной из мягкого тонколистового материала (например, алюминия) и установленной в нижней части поплавка 4, Корпус 1 заполнен двумя несмешивающимися жидкостями с разной плотностью, а поплавок, в котором выполнено коническое отверстие А, погружен в эти две жидкости и размещен между прижимным элементом 6 и носителем информации (шкалой 8) с возможностью свободного перемещения относительно нити 3, Магнитная сгрелка выполнена в ниде двух постоянных магнитов 9, диаметрально противоположниты 9 диаметрально противоположно закреплены по П 4, а нить 3 размещена соосно с К 1 и связана с ним посредством пружины 11. В гидротолкателях 7 выполнены разные по площади проходные отверстия Б, тарированные на различный расход бурового раствора..В момент измерения Э 6 прижимает

П 4 к шарику 2, По отпечаткам на шкале 8 определяют азимут и зенитный угол. 2 з,п, ф-лы, 2 ил, I но закрепленных на поплавке 4, Шарик

2 выполнен из немаг нитного материала и размещен с возможностью свободного перемещения на вогнутой сферической поверхности диска 10, Нить 3, выполненная, например, из вольфрама, размещена соосно в корпусе 1 и связана с ним посредством пружины 11, С при25 жимным элементом 6 жестко связан шток 12 с уплотнительной манжетой

13. В гидротолкателях 7 выполнены разные по площади проходные отверстия Б, тарированные на различный расход бурового раствора ° Для посадки гидротолкателя 7 на шток 12 служит втулка-ловитель 14, Для присоединения автономного инклинометра к низу бурильной колонки служит контейнер 15 и переводник 16. Метки 17 и

18 на шкале 8 (фиг,2) соответствуют расположению магнитов 9 на поплавке 4, Вес детали и элементы автономного

40 инклинометра изготовлены из немагнитных материалов.

Масса поплавка 4 в сборе и плотности жидкостей рассчитываются так, чтобы граница В раздела жидкостей

45 совпала или была близка к горизонтальной плоскости, делящей поплавок на две половины, Масса погруженного в жидкости поплавка 4 равна сумме масс вытесненных

5Q им жидкостей, каждая из которых имеет объем, равный.или близкий половине объема поплавка 4, т,е, 1 п

М=М+М= — м+ п ж ж

55 п где M д — масса поплавка в сборе;

1559132

M,M> - массы соответственно легкой

1 и тяжелой жидкостей, вытес-; ненных поплавком;

Vn — объем поплавка; и г - плотности соответственно

У1 ЮZ легкой и тяжелой жидкостей, При выполнении условия (1) гарантируется устойчивая плавучесть поплавка 4 и среднее его положение относи- lð тельно границы В раздела жидкостей. при изменениях плотностей как самого материала поплавка 4, так и жидКостей, вызванных изменяющимися в широком диапазоне термобарическими условиями работы инклинометра в скважине.

В качестве легкой и тяжелой жидкостей могут быть использованы, например, трансформаторное масло плотностью 0,88 г/см и глицерин плотнос- 20 тью 1,25 г/см

Для принятой конструкции поплавка

4 диаметром 100 мм, высотой 25 мм по оси и радиусом 150 мм сферических поверхностей, рассчитанным на измере- 25 ние зенитного угла до 20, объем поплавка 4 равен 150 см3,,Учитывая, что поплавок должен быть погружен в глицерин на половину своего объема в соответствии с фор- 30 мулой (1), масса поплавка равна

M „=160 г °

Масса Мг и объем V-,n поплавка складываются из масс и объемов материала, из которого изготовлен поплавок, маг- 35 нитов 9 и шкалы 8 (фиг,,l) м Мм Мык

rl

Чп = Ч маг+ Чм + Чик ° где М „, M <и М <- массы соответст-. 40 венно материала, магнитов и шкалы;

Ч, V и Чщ - объемы соо,тветственно материала, магнитов и шкалы. 45

В качестве магнитов предлагается использовать термостойкие постоянные магниты из редкоземельного металла

SmC0> (самарийкобальт пять) с высокой 50 магнитной энергией, диаметром 10 мм, высотой 6 мм, массой 8 г и объемам

0,5 см каждый, Шкала 8, изготов3 ленная из листового алюминия толщиной

0,5 мм,„при выбранных размерах будет 55

3 иметь массу 11 г .и объем 4 см °

Таким образом, масса и объем материала поплавка должны быть равны:

М =M„— M М,„133 r;

Ч,ми, Чд " V м Ч„,„= 145 см

Следовательно плотность материала поплавка должна быть равна

У м er )иат/ маг

С такой плотностью предлагается выбрать полиэтилен, а для повышения термомеханических свойств его необходимо обработать радиационным методом, ABToHoMHblH инклинометр работает следующим образом, При наклоне прибора шарик 2 под действием силы тяжести откатывается от оси на расстояние, соответствующее углу наклона (зенитному углу искривления скважины), при этом центр шарика лежит на вертикали, проходящей через центр сферической поверхности диска 10, Радиус R этой поверхности определяется из условия

R = r/sin 4, где r — радиус диска !О;

o(— верхний предел измерения зенитного угла искривления скважины, Такой же радиус должна иметь сферическая шкала 8, установленная на поплавке 4, Поплавок 4 находится на границе

В раздела жидкостей в горизонтальном положении под углом к оси корпуса I (нити 3), равным углу наклона инклинометра (зенитному углу искривления скважины). Нить 3, предназначенная для центрирования поплавка в корпусе 1, свободно продета через отверстие А в поплавке, Это отверстие выполнено коническим, чтобы при наклоне инклинометра нить не мешала свободному перемещению (вращению) поплавка по отношению к ней при установке его по горизонту и азимуту, а также при проведении измерений, Диаметр отверстия A в вершине конуса (в шкале 8) должен быть несколько больше диаметра нити, Например, если диаметр нити равен 0,3 мм, то от верстие в шкале следует выбрать рав ным 0,5 мм, Таким образом, в данной конструкции центр шкалы 8 всегда сов-. падает с осью корпуса, 1559132

1О показаны), 20 прототипом, 25

Поплавок 4, находясь в горизонтальном положении, при взаимодейст1 вии земного магнитного поля с полями постоянных магнитов 9 ориентируется по азимуту, т.е. ведет себя подобно магнитной стрелке компаса, Регистрация параметроВ в автономном инклинометре осуществляется слеДующим образом, В момент, когда необходимо зафиксировать зенитный угол и азимут искривления скважины, в колонну бурильных труб опускается гидротолкатель 7 и затем восстанавливается циркуляция бурового раствора. Гидротолкатель под собственным весом и увлекаемый потоком бурового раствора транспортируется к установленному в нижней части колонны бурильных труб автономному инклинометру, входит в отверстие втулки-ловителя 14 и упирается своим нижним концом в торец штока 12, Так как площадь проходных отверстий Б в гидротолкателе 7 меньше площади проходного отверстия бурильных труб, то при посадке гидротолкателя во втулку-ловитель 14 образуется гидроудар, вызывающий появление силы, под действием которой шток 12 опускается, преодолевая усилие сжатия пружины 5 ° Прижимной элемент 6, связанный со штоком 12, увлекает за собой поплавок 4 и прижимает его к шарику 2, На шкале 8 образуется метка в виде вмятины Г (фиг,2) от шарика 2, по расположению которой определяют зенитный угол (g,) и азимут (р ) искривления скважины, Глубина (площадь) вмятины зависит от усилия прижатия поплавка 4 к ша рику 2, т,е, от площади проходных отверстий Б, расхода бурового раствора и усилия сжатия пружины 5, Когда действие гидроудара прекратится, пружина 5 возвращает шток 12 с прижимным элементом 6 в исходное положение, поплавок 4 освобождается и всплывает, так как он был погружен в тяжелую жидкость с плотностью уз инклинометр готов к следующему. измерению, В.случае необходимости измерения в другой точке ствола скважины операцию повторяют, опуская второй гидротолкатель с отверстиями Б, имеющими большую или меньшую, чем у перво го гидротолкателя, площадь, При этом вторая метка Д, соответствующая зенитному углу, и азимуг ту р на шкале 8 (фиг.2), отличается от первой глубиной (площадью) вмятиHbl °

Для второго гидротолкателя в конструкции инклинометра предусмотрена своя втулка-ловитель, и он при посадке упирается в верхний торец первого гидротолкателя 7 (второй гидротолкатель со своей втулкой-ловителем не

Считывание показаний производится после подъема с забоя скважины и разборки инклинометра, В очередном рейсе бурильного инструмента устанавливается новая сменная шкала 8 на поплавке 4.

Изобретение позволяет повысить точность измерения и надежность работы инклинометра по сравнению с

Формула изобретения

1, Автономный инклинометр, содержащий заполненный жидкостью корпус, в котором размещены измерительный элемент в виде шарика, съемного носителя информации и магнитной стрел"" ки, стальная нить с поплавком, и подпружиненный относительно корпуса прижимной элемент, установленный с возможностью взаимодействия с. гидротолкателями, размещенными вне корпуса, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения точиости измерения и надежности работы, корпус заполнен двумя несмешивающимися жидкостями с разной плотностью, а поплавок, нижняя поверхность которого выполнена в виде выпуклого сферического сегмента, погружен в две несмешивающиеся жидкости и размещен между прижимным элементом и носителем информации с возможностью свободного перемещения относительно нити, размещенной соосно в корпусе и связанной с ним, при этом магнитная стрелка выполнена в виде двух постоянных магни.".ов, диаметрально противоположно закрепленных на поплавке, носитель информации — в виде сферической шкалы, установленной в нижней части поплавка, а в гидротолкателях выполнены разные по площади проходные отверстия, та» рированные на различный расход бурового раствора, !

559!32 ный или близкий половине объема

Север

Составитель А,Цветков

Техред М.Моргентал Корректор M,Êó÷åðÿ0àÿ

Редактор О,Юрковецкая

Подписное

Тираж 487

Зака з 1859

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

2, Инклинометр по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что масса погруженного в жидкости поплавка равна сумме масс вытесненных им жидкостей, каждая из которых имеет объем, равпоплавка, 3, Инклинометр по п,l, о т л ич а ю шийся тем, что нить связана с корпусом посредством пружины,