Датчик зенитного угла буровой скважины
Использование: в геологоразведочной технике, в частности в инклинометрии. Сущность изобретения: датчик содержит цилиндрическую камеру, частично заполненную жидкостью с высокой электропроводностью, и указатель положения уровня жидкости, выполненный в виде реостата, размещенного на внутренней поверхности цилиндрической камеры, причем функции подвижного контакта реостата выполняет жидкость. 1 табл., 3 ил.
СОЮЗ С08ЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4796565/03 (22) 28.02.90 (46) 07.06.93. Бюл. l" 21 (71) Свердловский горный институт ий. В.В.Вахрушева (72) И.Г.Сковородников, В,Н.Калашников и О.И.Сковородников (56) 1. Авторское свидетельство СССР 894182, кл. Е 21 В 47/02, 1980.
2. Авторское свидетельство СССР
У 78970, кл. E 21 В 47/02?, 1948.
Изобретение относится к геологоразведочной технике, точнее к инклинометрам - устройствам для измерения углов искривления буровых скважин.
Чувствительным элементом для измерения зенитного угла, т.е. угла отклонения от вертикали, в современных инклинометрах обычно служит либо отвес, либо уровень жидкости. Положение отвеса в момент измерения определяется непосредственным отсчетом после фиксации его положения s скважине (в так называемых одноразовых инклинометрах) посредством фотографирования на пленку (в фотоинклинометрах) или путем преобразования положения отвеса в электрический сигнал при помощи электроконтактных, емкостных, индуктивных, феррозондовых и других датчиков. Датчики зенитного угла с чувствительным элементом в виде отвеса характеризуются невысокой чув„„. Ж„„1819993 А1 (54) ДАТЧИК ЗЕНИТНОГО УГЛА БУРОВОД
СКВАЖИНЫ (57) Использование: в геологоразведочной технике, в частности в инклинометрии. Сущность изобретения: дат чик содермит цилиндрическую камеру, частично заполненную жидкостью с высокой электропроводностью, и указатель положения уровня жидкости, выполненный в виде реостата, размещенного на внутренней поверхности цилиндрической камеры, причем функции подвижного контакта реостата выполняет жидкость. 1 табл., 3 ил, ствительностью (порядка 0,5 ) и довольно сложной схемой преобразования положения чувствительного элемента в электрический сигнал.
Известно, например, устройство f1) для измерений угла наклона скважины, которое содержит трубчатый световод, частично-заполненный жидкостью, светочувствительный слой, окружающий световод, и источник света. При измерении включают питание источника света и на светочувствительном слое фиксируется положение уровня жидкости, по которому и определяют зенитный угол скважины. Это устройство обладае хорошей точностью, но низкой производительностью, так как является одноразовым и для каждого за3 мера требует отдельного спуска в скважину, Более высокую производительность имеет устройство для контроля кривиз1819993 ны буровых скважин f?), являющееся ближайшим аналогом изобретения. Это устройство содержит цилиндрическую камеру, частично заполненную электро- 5 проводной жидкостью, и погруженный в нее реостат, функции подвижного контакта которого выполняет электропроводная жидкость. Недостаток этого устройства - излишняя сложность конструкции.
Цель изобретения - упрощение конструкции устройства.
Цель достигается тем, что реостат размещен непосредственно на внутренней поверхности цилиндрической камеры.
Конструкция предложенного датчика предельно проста: цилиндрическая ка-, мера, частично заполненная электропроводной жидкостью, и реостат (пленочный или проволочный) на ее внутренней поверхности. При вертикальном расположении датчика (зенитный угол
О ) поверхность электропроводной жид- 25 кости горизонтальна и сопротивление реостата равно сопротивлению той его части, которая располагается выше уровня жидкости (при условии, что сопротивление жидкости много меньше со- gp противления каждого витка проволочно.го или единицы длины пленочного реостата) .
При отклонении датчика от вертикали ypoee4b жидкости поднимается относительно реостата в стороне, противоположной отклонению нижнего конца датчика, (т.е. скважины), и хорошопроводящая жидкость замыкает, "закорачивает" те витки (или ту часть реостата), до которых она поднимается.
В результате при отклонении датчика от вертикали сопротивление реостата уменьшается тем больше, чем больше зенитный угол датчика.
Между деталями датчика нет механического трения, он удобен для непрерывных и дистанционных измерений.
Дополнительное преимущество, которое достигается при указанном размещении 50 реостата, заключается в повышении чувствительности датчика по сравнению с прототипом.
На фиг, 1 изображен датчик, вмонтированный в корпус инклинометра, в вертикальном положении (продольный разрез); на фиг. 2 - датчик при отклонении его от вертикали и данные для расчета зависимости сопротивления датчика от зенитного угла; на фиг. 3расчетная зависимость сопротивления
R датчика от зенитного угла <ф .
Датчик содержит измерительную камеру 1, выполненную из изоляционного материала (стекла или пластмассы).
Камера имеет цилиндрическую форму и закруглена в нижней части, На внутренней поверхности цилиндрической части камеры нанесено сопротивление реостата 2. Реостат может быть выполнен проволочным, изготовлен путем напыления металлического порошка, нанесения тонкого слоя металла химическим путем или покрытием внутренней стенки камеры полимерной пленкой, обладающей некоторой электропроводностью. В наиболее простои случае при нанесении проволочного реостата его наматывают "виток к витку" константановым, нихромовым или другим высокоомным проводом, сопротивление которого мало зависит от температуры. Выводы от концов реостата 2 (на фигурах не показаны) подсоединены к жилам каротажного кабеля 3, через которые к реостату подключен измеритель сопротивления. Нижняя часть измерительной. камеры 1 до середины ее цилиндрической части заполнена жидкостью 4, обладающей высокой электропроводностью, например ртутью. Жидкость 4 играет роль подвижного контакта реостата 2, положение этого контакта меняется в зависимости от зенитного угла датчика. Датчик установлен в нижней части корпуса инклинометра 5 и отделен от него амортизирующей прокладкой 6.
Измерительную камеру после заполнения жидкостью 4 герметизируют..
Зависимость сопротивления реостата от зенитного угла датчика может быть рассчитана следующим образом.
Обозначим через L длину цилиндрической части измерительной камеры (см. фиг. 2), через а ее радиус.
Обозначим через R полное сопротивление реостата, тогда сопротивление единицы его длины составит R/L.
Если измерительную камеру заполнить электропроводной жидкостью до уровня L/2, то при вертикальном положении датчика сопротивление реостата равно
Ro 2 Я
Я1 9993 провода и длины p :
2ь.а 1. Р ф, rpall
R, доли
К/1. 1
30 35 40 45 50
1О 15 20 25
2 1,98 1,965
1,42 1,30 1,16 1 0,81, 1,91 1,82 1,73 1,63 1,53
1,95
6 1
При отклонении датчика от вертикали на угол (Ф О уровень жидкости перемещается вверх на отрезок b от середины цилиндрической части камеры и исключает из сопротивления реостата величину b: R/L, после чего сопротивление реостата равно
R(g = К вЂ” Ь R/Ь = 0,5 R — à tg CP
sR/L = (0,5 L — à tg(g) R/L. (2) При изготовлении реостата в виде проволочной намотки можно подсчитать величину R в зависимости от диаметра
Как следует из расчетов, предложенный датчик обладает достаточно высокой чувствительностью даже при малых зенитных углах.
Как видно из формулы (2), изменение сопротивления датчика пропорционально отношению а/L Следовательно, размещение реостата на внутренней поверхности измерительной камеры позволяет получить максимальную чувствительность датчика без увеличения его диаметра. Э1 а особенность датчика существенна для измерений в условиях буровых скважин, так как диаметр последних ограничен..
° Измерения с предложенным датчиком черезвычайно просты.
Перед спуском датчика в скважину
erb подсоединяют к каротажному кабелю и через кабель к измерителю сопротивлений (омметру, мосту Уитстона или другому прибору). Датчик закрепляют в установочном инклинометрическом столе и производят его градуировку: измеряют сопротивление реостата при различных зенитных углах и строят график, аналогичный приведенному
t и сопротивления единицы его
По формуле (2) выполнен расчет Р, =
= f.(q) для значений L = 4 см и а — 1 см, какими они были у образца
1О датчика, изготовленного и испытанного в лаборатории ГИС кафедры рудной геофизики. Результаты расчета приведены в таблице, по ним построен график на фиг. 3. ес
20 на фиг. 3. Затем датчик опускают на забой скважины и производят регистрацию сопротивления реостата 2 при подъеме датчика в непрерывном режиме
25 или при остановках датчика через определенные интервалы по стволу сква-" жины. величину зенитного угла определяют по величине сопротивления реостата, пользуясь градуировочным графиЭО ком.
Предложенный датчик зенитного угла может быть установлен в серийных инклинометрах ИК-1, ИК-2, МИР-36, И-7 и др., что значительна упростит их конструкцию и позволит повысить производительность и точность измерений.
Формула изобретения
Датчик зенитного угла буровой скважины, содержащий цилиндрическую камеру, частично заполненную электропроводной жидкостью, и реостат, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, реостат размещен на внутренней поверхности цилиндрической камеры.
1819993
4щг
Составитель И.Скороводникова
Редактор Т.1)рчикова Техред М.Моргентал Корректор А ° Мотыль
Ф
Заказ 2011 Тираж 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. Ужгород, ул, Гагарина, 101
