Инклинометр

 

Использование: промыслово-геофизическая аппаратура, в частности инклинометры для исследования сверхглубоких скважин. Сущность изобретения: инклинометр содержит измерительный блок 1 с преобразователями 2 и 3 угловых перемещений, коммутатор 5, механизм 6 реле обратного действия, выполненный с рычагом 17, зубчатым сектором 14 и мультипликатором 11 на оси 18 вращения , толкатель 23, электромагнит 7, арретирующий узел 4, заключенный в электромагнит якорь 24, кинематически связанный через толкатель 23 с коммутатором 5, механизмом реле 6 обратного действия и арретирующим

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) s Е 21 В 47/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4819757/03 (22) 27.04.90 (46) 30.03.92.Бюл.№ 12

Э (71) Прикаспийское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов исследования, испытания и контроля нефтегазоразведочных скважин (72) А.Г.Малюга, Н.В,Лихоманов, В.И,Дорощенко и А.В.Лобов (53) 622.242(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР ¹

1139182, кл. Е 21 В 47/022. 1983.

Авторское свидетельство СССР №

1089247, кл. Е 21 В 47/022, 1982. ю, Ы,, 1723317А1 (54) ИНКЛИНОМЕТР (57) Использование: промыслово-геофизическая аппаратура, в частности инклинометры для исследования сверхглубоких скважин.

Сущность изобретения: инклинометр содержит измерительный блок 1 с преобразователями 2 и 3 угловых перемещений, коммутатор

5, механизм 6 реле обратного действия, выполненный с рычагом 17, зубчатым сектором

14 и мультипликатором 11 на оси 18 вращения, толкатель 23, электромагнит 7, арретирующий узел 4, заключенный в электромагнит 7 якорь 24, кинематически связанный через толкатель 23 с коммутатором 5, механизмом реле 6 обратного действия и арретирующим

1723317 узлом 4,два контакта 8 и 9 с подпружиненным контактным элементом 10, контакт 8 последовательно соединен с обмоткой электромагнита, а контакт 9 включен в цепь измерительного блока 1. При этом на торце толкателя 23 последовательно закреплены хвостовик 29 и электроизоляционный наконечник 20, установленный с воэможностью взаимодействия с контактным элементом

10, Коммутатор выполнен с щеткодержатеИзобретение относится к геофизическим скважинным приборам для измерения зенитных углов и азимутов искривления сверхглубоких скважин, Известен инклинометр, предназначенный для работы, в условиях высоких температур и давлений., Наиболее близким к предлагаемому является инклинометр, содержащий измерительный блок с преобразователями угловых перемещений, коммутатор, механизм реле обратного действия, выполненный с рычагом, зубчатым сектором и мультипликатором на оси вращения, толкатель, электромагнит, арретирующий узел, заключенный в электромагнит якорь, кинематически связанный через толкатель с коммутатором, механизмом реле обратного действия и арретирующим узлом, два контакта с подпружиненным контактным элементом, один из контактов последовательно соединен с обмоткой электромагнита, а другой — включен в цепь измерительного блока, Известный инклинометр не обеспечивает возможности последовательного опро. са всех преобразователей измерительного блока в течение промежутка времени, задаваемого механизмом реле обратного действия после срабатывания электромагнита в режиме бестоковой коммутации. Следствием этого является необходимость использования сложной кинематической схемы управления процессом измерения угловых величин. В частности, усложняются требования к функциональным воэможностям арретирующега узла, который в известном инклинометре кроме двух основных операций, заключающихся в осуществлении поочередного арретирования и разарретирования преобразователей угловых перемещений, должен сохранять заарретированное состояние последних при подаче на обмотку электромагнита промежуточных импульсов напряжения, управляющих одновременно работой коммутатора.

Это и приводит к большим затратам времелем 21 на оси 18 вращения, соединенный с осью вращения мультипликатора 11, Якорь

24 выполнен с ограничителями его осевого перемещения и осевым отверстием, через которое пропущен подпружиненный относительно торца электромагнита 7 толкатель

23, При этом толкатель 23 связан с рычагом

17 через узел синхронизации их перемещения, 6 з.п.ф-лы, 1 ил. ни на коммутацию преобразователей, снижая в конечном счете производительность инклинометрических исследований скважин. Крометого,необходимостьувеличения

5 в известном инклинометре числа срабатывания инклинометра íà и-1 по сравнению с идеальной конструкцией (n- число коммутируемых позиций) приводит к снижению надежности инклинометра за счет более

10 интенсивного износа контактов и ухудшения упругих свойств пружин при воздействии повышенных температур в условиях сверхглубоких скважин.

Целью изобретения является повыше15 ние производительнссти и надежности в работе, Поставленная цель достигается тем, что известный инклинометр снабжен последовательно закрепленными на торце толкате20 ля хвостовиком и электроизоляционным наконечником, установленным с возможностью взаимодействия с контактным элементом, коммутатор выполнен с щеткодержателем на оси вращения, соеди25 ненной с осью вращения мультипликатора, якорь выполнен с ограничителями его осевого перемещения и осевым отверстием, через которого пропущен подпружиненный относительно торца эв ектромагнита толка30 теля, при этом толкатель связан с рычагом через узел синхронизации их помещения.

Причем, щеткодержатель и мультипликатор установлены на одной оси вращения.

Кроме того, узел синхронизации толка 35 теля и рычага выполнен в виде закрепленной на толкателе двухпальцевой вилки и расположенного внутри нее рамка. установленного с воэможностью попеременного упора на каждый из пальцев.

40 Кроме того, осевое отверстие в якоре выполнено двухступенчатым, при этом в участке меньшего диаметра размещен хвостовик, а в участке большего диаметра— толкатель.

Причем один ограничитель осевого перемещения якоря выполнен в виде верхне1723317

20

50

55 го торца тол кателя, а другой — в виде шайбы, установленной на электромагните.

Кроме того, он снабжен полым цилиндром, охватываемым пружиной, соосно закрепленным на якоре, при этом наконечник 5 установлен с возможностью осевого перемещения внутри цилиндра, шайба охватывает цилиндр с зазором, а внутренний диаметр цилиндра меньше диаметра якоря, При этом инклинометр снабжен основанием с размещенными на нем контактами и контактным элементом, нижний торец которого размещен на цилиндре.

На чертеже представлена электрокинематическая схема предлагаемого инклинометра.

Инклинометр содержит скважинный прибор, включающий измерительный блок 1 с преобразователями 2 и 3 угловых перемещений чувствительных элементов, например магнитной стрелки и отвеса в электрические сигналы, арретирующий узел

4, коммутатор 5, механизм 6 реле обратного действия, прямоходовой электромагнит 7, а также размыкающий контакт 8, последовательно соединенный с обмоткой электромагнита 7 и замыкающий контакт 9, включенный в цепь измерительного блока 1, имеющие общий подпружиненный в сторону контакта 9 подвижный контактный эле- 30 мент 10. Механизм 6 реле обратного действия аналогичен конструкциям известных инклинометров и состоит из кинематически связанных между собой баланса возвратного анкерного хода, обгонной муфты (не показано), мультипликатора с ведущим зубчатым колесом 1.1 (показано частично), пружины-двигателя 12 (показано частично) и зубчатой пары, включающей зубчатое колесо 13 (показано частично) и зубчатый сектор 14, несущий жестко присоединенный к нему рычаг 15 с роликом 16 на конце, и рычаг 17 для закрепления пружины-двигателя 12. При этом зубчатое колесо

13 с одной стороны жестко связано с выходной исполнительной осью 18 вращения упомянутого механизма, а с другой через обгонную муфту — с зубчатым колесом 11 с возможностью совместного вращения с последним как одно целое против часовой стрелки и самостоятельного вращения по часовой стрелке за.счет расцепления полумуфт укаэанной муфты. Выходная исполнительная ось 18 вращения механизма 6 реле обратного действия соединена с входной осью вращения коммутатора 5 и в наиболее простом варианте конструктивной реализации выполнена с последней как одно целое.

При этом коммутатор 5 выполнен в виде печатной платы с печатными контактными

6 элементами 19 и проводниками 20, к которым припаяны выводы преобразователей 2 и 3, Щеткодержатель 21 коммутатора 5 жестко закреплен на оси 18 вращения и несет на своем конце щетку 22 типа "мухолапка", выходящую в исходном состоянии за пределы контактного элемента 19 последней коммутируемой позиции. Щетка 22 посредством гибкого пружинного проводника, например спирального волоска (не показано), электрически соединена с центральной жилой геофизического кабеля (ЦЖК), обеспечивая возможность поочередного подключения к последней обоих выводов каждого из преобразователя 2 и 3 измерительной системы 1, Конструктивно измерительный блок 1 выполнен, например, в виде типовой системы, в которой преобразователи 2 и 3 включают в себя резистивные проводящие элементы (реохорды), обеспечивающие соответственно возможность измерения азимута и зенитного угла при фиксации на них контактов чувствительных элементов (магнитной стрелки и отвеса), осуществляемой с помощью арретирующего узла 4. Арретирующий узел

4 имеет возможность взаимодействия через толкатель 23 с якорем 24 электромагнита 7 и выполнен, например, на основе известной конструкции с треугольным фиксирующим кулачком, имеющим скругленные вершины.

При этом толкатель 23 подпружинен относительно корпусов арретирующего механизма

4 и электромагнита 7 с помощью пружины

25 в направлении, противоположном направлению втягивания якоря 24, Для обеспечения этого толкатель 23 имеет жестко закрепленное на нем упорное кольцо 26, Причем упорное кольцо 26 через кронштейн

27 связано с узлом синхронизации перемещений рычага 15 и толкателя 23, выполненным в виде двухпальцевой вилки 28, охватывающей с зазором ролик 16 и имеющей воэможность попеременного контактирования с ним встречными поверхностями пальцев. При этом величина упомянутого зазора может составлять, например,0,05-0,5 мм, а вилка 28 и кронштейн 27 могут быть выполнены как одно целое. Толкатель 23 снабжен хвостовиком 29 с наконечником 20 из электроизоляционного материала и благодаря осевому отверстию, предусмотренному в теле якоря 24, образует с последним одноподвижную поступательную кинематическую пару. При этом якорь 24 снабжен собственной возвратной пружиной 31, а наконечник 30 в исходном состоянии электромагнита 7, взаимодействуя с контактным элементом 10, обеспечивает подключение контакта 8 к оплетке геофизического кабеля

1723317 (ОК). Для ограничения возможности перемещения якоря 24 вдоль толкателя 23 он снабжен верхним и нижним ограничителями.

При этом верхний ограничитель выполнен в виде жестко закрепленной на корпусе электромагнита 7 кольцевой шайбы 32, а нижним ограничителем служит торец толкателя

23, для чего осевое отверстие в якоре выполнено двухступенчатым, Кроме того, контакты 8 и 9 совместно с контактным элементом

10 закреплены на основании 33, выполненном из электроизоляционного материала.

Основание 33 посредством полого цилиндра 34 с фланцем 35 смонтировано на якоре

24, При этом цилиндр 34 соосно присоединен к якорю 24, например, с помощью резьбы, имеет внутренний диаметр, обеспечивающий свободное осевое перемещение наконечника 30 и наружный диаметр, меньший диаметра якоря 24 и внутреннего диаметра шайбы 32. Причем пружина 31 размещена между шайбой 32 и фланцем 35, который может быть выполнен с цилиндром 34 как одно целое.

Наземная аппаратура предлагаемого инклинометра включает в себя стабилизированный источник 36 постоянного тока, блок 37 управления, подключенный через клеммы ЦЖК и OK к геофизическому кабелю, и аналоговый каротажный регистратор

38. Стабилизированный источник 36 постоянного тока предназначен для питания измерительной системы 1 с преобразователями 2 и 3, Блок 37 управления служит для органиэации совместной работы стабилизированного источника 36 постоянного тока, регистратора 38 и скважинного прибора. При этом он обеспечивает в ручном, либо автоматическом режиме подачу управляющих импульсов напряжения на обмотку электромагнита 7, а также включает в себя устройство индикации цепи управления и коммутируемых позиций измерительной цепи.

Инкли. ометр работает следующим образом.

Исходное положение звеньев инклинометра такое, как изображено на чертеже, Условимся считать измерительный блок 1 заарретированным при спуско-подъеме скважинного прибора. Тогда после остановки скважинного прибора в исследуемой точке ствола и подачи управляющего импульса напряжения на обмотку электромагнита 7 происходит раэарретирование измерительного блока 1. При этом якорь 24, преодолевая упругое сопротивление пружин 31 и 25 и пружины-двигателя 12, втягивается в обмотку электромагнита 7 до достижения своего стопа. Совместно с якорем 24

10

35 снято напряжение с обмотки электромагни40

55 перемещаются полый цилиндр 34 с фланцем 35, основанием 33 с контактами 8 и 9 и контактным элементом 10 при сохранении исходного состояния последних, обеспечивающем подачу напряжения на обмотку электромагнита 7 от блока 37 управления, При этом толкатель 23, взаимодействуя с арретирующим узлом 4, обеспечивает с его помощью освобождение чувствительных элементов преобразователей 2 и 3 от фиксации в ранее принятых положениях, Перемещающееся совместно с толкателем 23 упорное кольцо 26 через хвостовик 27, вилку

28 и ролик 16 воздействует на рычаг 15.

Ролик 16 перекатываясь.по встречной поверхности верхнего зуба вилки 28, обеспечивает с наименьшими потерями на трение завод (растяжение) пружины- двигателя 12 механизма 6 временного реле обратного действия. При этом зубчатый сектор 14, совершая совместно с рычагом 15 поворот относительно своей оси против часовой стрелки (в плоскости чертежа) и взаимодействуя с зубчатым колесом 13, приводит к повороту в противоположном направлении щеткодержателя 21 коммутатора 5 с выбегом щетки 22 за пределы контактного элемента 19 первой коммутируемой позиции.

Причем с выбегом щетки 22 якорь 24 электромагнита 7 достигает своего стопа, а все кинематические звенья скважинного прибора прекращают свои перемещения. Такое состояние скважинного прибора может сохраняться сколь угодно долго, пока не будет та 7. После обесточивания последней якорь

24 под воздействием пружины 31, совместно со смонтированными íà его торце элементами 8, 9, 10, 33, 35 и 34, мгновенно переместится в исходное положение, а контактный элемент 10 войдет в соприкосновение с контактом 9, обеспечивая, таким образом, подключение измерительного блока 1 к блоку 37 управления. Это произойдет потому, что освобожденный от воздействия якоря 24 толкатель 23 не сможет мгновенно последовать за ним из-за вхождения ролика

16 в контакт со встречной поверхностью нижнего пальца вилки 28 под действием пружины 25, Отстав от якоря 24, кинематическая система толкатель 23 — хвостовик 29 — наконечник 30 начнет синхронное с рычагом 15 замедленное перемещение в исходное положение под действием пружины 25 и пружины-двигателя 12. При этом щеткодержатель 21 будет совершать угловое перемещение (против часовой стрелки) в исходную позицию, поочередно скользя шеткай 22 по контактам 19. Однако из-за.оазрывов электрических цепей, имеющих

1723317

10 место в измерительном блоке 1 между контактами чувствительных элементов и реохордами, аналоговые сигналы с преобразователей 2 и 3 на регистратор 38 в данном случае поступать не будут, И наконец при завершении отработки временного интервала, (например. около 20 с) механизмом 6 реле обратного действия, наконечник

30 войдет в соприкосновение с контактным элементом 10, возвращая его в исходную позицию. Толкатель 23 своим торцом вой. дет в контакт с телом якоря 24, а ролик 16— со встречной поверхностью верхнего пальца вилки 28. При этом упомянутый временной интервал используется для успокоения чувствительных элементов преобразователей 2 и 3, а исходное положение контактного элемента 10 индицируется блоком 37 управления и служит командой для подачи очередного импульса напряжения на обмотку электромагнита 7, При реализации этой команды происходит арретирование измерительного блока 1, благодаря чему в ее преобразователях 2 и 3 контакты чувствительных элементов прижимаются к реохордам в положениях, соответствующих определяемым пространственным геометрическим характеристикам ствола скважины. После обесточивания обмотки электромагнита 7 и образования электрической цепи контакт 9 — контактный элемент

«О осуществляется измерение фиксированных угловых положений чувствительных элементов преобразователей 2 и 3 путем поочередного подключения выводов их реохордов к ЦЖК с помощью коммутатора 5 и записи на диаграммной ленте, регистратора

38 четырех аналоговых сигналов. Разность амплитуд первых двух аналоговых сигналов, полученных от преобразователя 2, эквивалентна определяемому азимуту, а разность амплитуд двух других аналоговых сигналов — зенитному углу ствола скважины, При всем этом следует отметить, что в режиме измерения процесс перемещения кинематических звеньев скважинного прибора как по времени, так и по динамике ничем не отличается от описанного вспомогательного процесса.

Предлагаемый инклинометр по сравнению с известными позволяет упростить конструкцию скважинного прибора, уменьшить затраты времени на коммутацию преобразователей, а следовательно, сократить простой скважины при проведении инклинометрических исследований, повысить надежность работы скважинного прибора в условиях сверхглубоких скважин.

20 но закрепленными на торце толкателя

Формула изобретения

1. Инклинометр, содержащий измерительный блок с преобразователями угловых перемещений, коммутатор, механизм реле обратного действия, выполненный с рычагом, зубчатым сектором и мультипликатором на оси вращения. толкатель, электромагнит, арретирующий узел, заключенный в электромагнит якорь, кинематически связанный через толкатель с коммутатором, механизм реле . обратного действия и арретирующим узлом, два контакта с подпружиненным контактным элементом, один из контактов последовательно соединен с обмоткой электромагнита, а другой включен в цепь измерительного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и надежности в работе, он снабжен последовательхвостовиком и электроизоляционным наконечником, установленным с возможностью взаимодействия с контактным элементом, коммутатор выполнен с щеткодержателем на оси вращения, соединенной с осью вращения мультипликатора, якорь выполнен с ограничителями его осевого перемещения и осевым отверстием, через которое пропущен подпружиненный относительно торца электромагнита толкатель, при этом толкатель связан с рычагом через узел синхронизации их перемещения, 2. Инклинометр Ilo п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что щеткодержатель и мультипликатор установлены на одной оси вращения.

3. Инклинометр по п.1, о тл ича ю щийс я тем, что узел синхронизации толкателя и рычага выполнен в виде закрепленной на толкателе двухпальцевой вилки и расположенного внутри нее ролика, установленного с воэможностью попеременного упора на каждый из пальцев.

4. Инклинометр по п.1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что осевое отверстие в якоре выполнено двухступенчатым, при этом в участке меньшего диаметра размещен хвостовик, а в участке большего диаметра-толкатель.

5. Инклинометр по пп.1 и 4, о т л и ч а юшийся тем, что один ограничитель осевого перемещения якоря выполнен в виде верхнего торца тол кателя. а другой — в виде шайбы, установленной на электромагните.

6. Инклинометр по пп.1, 4,5. о т л и ч а юшийся тем, что он снабжен полым цилиндром, охватываемым пружиной, соосно закрепленным на якоре, при этом наконечник установлен с возможностью осевого перемещения внутри цилиндра, шайба охватывает ц и1723317

Составитель Ю.Лупичева

Редактор Ю.Середа Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Муска

Заказ 1052 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и.открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 линдр с зазором, а внутренний диаметр цилиндра меньше диаметра якоря.

7. Инклинометр по пп. 1 и 6, о т л и ч ею шийся тем, что он снабжен основанием с размещенными на нем контактами и контактным элементом, нижний торец которого размещен на цилиндре.