Преобразователь зенитного угла скважинного инклинометра

 

Использование: преобразователь относится к технике измерений пространственного положения буровых скважин. Сущность изобретения: преобразователь состоит из корпуса 1 с установленными в нем источником 2 света фотоприемником 4, между которыми размещена сферическая камера 5, вмещающая поплавок 6, имеющий форму диска со сферической внешней поверхностью и цилиндрическим отверстием 7 в середине. Камера 5 заполнена двумя несмешивающимися прозрачными жидкостями 8 и 9. Световой поток от источника 2 попадает на фотоприемник 4 через отверстие 7 в поплавке. Площадь светового потока, прошедшего на фотоприемник 4, определяется зенитным углом корпуса. 4 ил.

Изобретение относится к геологоразведочной технике, а именно к инклинометрам - устройствам для измерения углов искривления буровых скважин.

Известны скважинные инклинометры, в которых зенитный угол скважины (т. е. угол отклонения ее оси от вертикали) определяется по положению уровня жидкости, индикатором которого служат поплавки различной формы [1 и 2] .

Недостаток указанных инклинометров заключается в том, что они являются одноразовыми: поскольку положение поплавка в них определяется визуально, то для каждого измерения нужен отдельный спуск инклинометра в скважину. Производительность наблюдений с такими инклинометрами крайне низка.

Более производителен оптоэлектронный инклинометр, являющийся ближайшим аналогом изобретения. Преобразователь зенитного угла в нем содержит источник света и фотоприемник, между которыми расположена сферическая камера, вмещающая прозрачный поплавок сферической формы со смещенным книзу центром тяжести (за счет дополнительного кольцевого груза). Камера заполнена двумя прозрачными несмешивающимися жидкостями, верхняя из которых имеет плотность меньше, а нижняя - больше, чем объемная плотность поплавка. Плотность поплавка подбирается с таким расчетом, что она равна среднему арифметическому от плотностей обеих жидкостей. Материал поплавка не смачивается обеими жидкостями. Выполнение этих условий приводит к тому, что поплавок располагается точно в середине сферической камеры. Источник света и фотоприемник расположены вдоль продольной оси преобразователя (и всего инклинометра). В нижней половине сферического поплавка размещена полусферическая пластина с оптической плотностью, изменяющейся пропорционально расстоянию от ее центра.

Благодаря смещенному книзу центру тяжести ось симметрии поплавка при изменениях наклона преобразователя остается вертикальной, и световой поток от источника к фотоприемнику проходит через пластину переменной оптической плотности на разных расстояниях от ее центра. В результате сигнал, вырабатываемый фотоприемником, является мерой зенитного угла преобразователя.

Достоинство описанного преобразователя заключается в том, что с ним можно выполнять многократные измерения, включая и непрерывные, при равномерном перемещении устройства по стволу скважины. Недостаток же этого преобразователя - довольно сложная конструкция и, как следствие, сложная технология его изготовления. Наиболее сложными для изготовления являются прозрачный сферический поплавок и полусферическая пластина с переменной оптической плотностью. Для изготовления последней должна быть разработана специальная технология.

Цель изобретения - упрощение конструкции преобразователя и технологии его изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в известном преобразователе зенитного угла, включающем корпус с установленными в нем источником света и фотоприемником, между которыми расположена сферическая камера, вмещающая поплавок и заполненная двумя прозрачными несмешивающимися жидкостями различной плотности, поплавок выполнен в форме диска со сферической боковой поверхностью и цилиндрическим отверстием в середине.

При условии соблюдения того же соотношения между плотностями жидкостей в поплавке, что и в устройстве-прототипе, указанная форма поплавка обеспечивает расположение его точно в середине сферической камеры. Световой поток от источника попадает на фотоприемник, проходя через цилиндрическое отверстие в середине поплавка. Независимо от наклона корпуса преобразователя поплавок в измерительной камере занимает горизонтальное положение, но чем больше преобразователь отклоняется от вертикали, тем больше становится угол между осью цилиндрического отверстия в поплавке и оптической осью "источник-фотоприемник" и тем меньшая часть светового потока достигает фотоприемника. Таким образом, в предложенном устройстве также, как и в устройстве-прототипе, мерой зенитного угла преобразователя является величина сигнала, вырабатываемого фотоприемником.

Однако конструкция предложенного преобразователя и технология его изготовления несравненно проще, чем устройства-прототипа.

Упрощение достигается прежде всего за счет того, что из поплавка исключается полусферическая пластина переменной оптической плотности. Далее благодаря тому, что форма поплавка лишена центральной симметрии, отпадает надобность в смешении книзу центра тяжести поплавка, следовательно, не нужно устанавливать в нем дополнительный кольцевой груз, как в поплавке устройства-прототипа. И, наконец, поплавок не должен быть прозрачным. В результате технология его изготовления упрощается до предела. Поплавок может быть изготовлен из дерева, пробки или пенопласта, например, по такой технологии: из выбранного материала вытачивают шар, симметрично обрезают его с противоположных сторон и в центре полученного диска высверливают цилиндрическое отверстие.

При всей простоте изготовления предложенного устройства оно сохраняет все преимущества устройства-прототипа (возможность многократных дистанционных измерений, возможность непрерывных измерений и т. п. ).

На фиг. 1 изображен продольный разрез преобразователя в вертикальном положении; на фиг. 2 - вид сверху на поплавок преобразователя при вертикальном положении последнего; на фиг. 3 - продольный разрез преобразователя при его отклонении от вертикали; на фиг. 4 - вид сверху вдоль продольной оси преобразователя на поплавок при том же отклонении преобразователя от вертикали, что и на фиг. 3.

Преобразователь состоит из корпуса 1, в котором соосно размещены источник света, состоящий из лампы 2 накаливания и конденсора 3, и фотоприемник 4. Между источником света и фотоприемником расположена сферическая камера 5, вмещающая поплавок 6. Поплавок 6 выполнен из однородного материала и имеет форму диска со сферической внешней поверхностью и цилиндрическим отверстием 7 в середине. Пространство между поплавком и стенкой сферической камеры выполнено равными объемами двух прозрачных несмешивающихся жидкостей. Верхняя жидкость 8 имеет плотность меньше объемной плотности поплавка 6, нижняя жидкость 9 - больше. Плотность поплавка равна среднеарифметическому значению плотностей обеих жидкостей. И верхняя и нижняя жидкости являются несмачивающими по отношению к материалу поплавка. Благодаря указанному соотношению плотностей поплавка 6 и жидкостей 8 и 9 поплавок располагается в середине сферической камеры симметрично относительно ее центра.

При вертикальном расположении корпуса 1 граница жидкостей 8 и 9, а вместе с нею и поплавок 6 занимают горизонтальное, перпендикулярное продольной оси корпуса 1 положение (см. фиг. 1). Весь световой поток от осветителя через цилиндрическое отверстие 7 проходит на фотоприемник 4, который при этом вырабатывает максимальный сигнал (см. фиг. 2).

При отклонении корпуса от вертикали на угол ϕ граница раздела жидкостей 8 и 9 все равно остается горизонтальной, ось цилиндрического отверстия в поплавке отклоняется от оси "источник света - фотоприемник" на тот же угол ϕ (см. фиг. 3) и на фотоприемник попадает только часть светового потока источника света, так как одна часть светового потока перекрывается верхней кромкой отверстия 7, другая, равная ей часть, - нижней его кромкой, как показано на фиг. 4. Сигнал, вырабатываемый фотопреобразователем 4, уменьшается тем сильнее, чем больше зенитный угол ϕ .

Электрическая схема преобразователя включает стабилизированный источник питания осветителя и измерительный прибор для регистрации сигнала, вырабатываемого фотоприемником. В качестве измерительного прибора может быть использован как стрелочный гальванометр (при дискретных измерениях), так и каротажный осциллограф или другой аналоговый регистратор (при непрерывных измерениях).

Работа с преобразователем не отличается от работы с устройством-прототипом или другими преобразователями зенитного угла. Она включает в себя предварительную градуировку, выполняемую для определения зависимости выходного сигнала преобразователя от зенитного угла, и измерения в скважине, которые могут выполняться как дискретно при остановке преобразователя в скважине, так и непрерывно при его медленном перемещении по скважине. (56) Авторское свидетельство СССР N 1452950, кл. Е 21 В 47/02, 1987.

Авторское свидетельство СССР N 1493725, кл. Е 21 В 47/02, 1988.

Авторское свидетельство СССР N 1425310, кл. Е 21 В 47/02, 1986.

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗЕНИТНОГО УГЛА СКВАЖИННОГО ИНКЛИНОМЕТРА, включающий корпус с установленным в нем источником света и фотоприемником, между которыми расположена сферическая камера с поплавком и заполненная двумя прозрачными несмешивающимися жидкостями различной плотности, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции преобразователя и технологии его изготовления, поплавок выполнен в форме диска со сферической боковой поверхностью и цилиндрическим отверстием в середине.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5