Комплексный скважинный прибор

 

Изобретение относится к приборам и системам для определения пространственного положения оси необсаженных буровых скважин. Сущность изобретения: скважинный прибор имеет блок магниточувствительных элементов, охваченный вложенными друг в друга и соосно расположенными токопроводящими немагнитными трубчатыми элементами. При этом трубчатые элементы гальванически не связаны друг с другом. Через блок магниточувствительных элементов проходят транзитом электрические провода для питания блоков и систем прибора, которые электрически соединены с трубчатыми элементами. Число трубчатых элементов равно числу электрических проводов, а их оси совпадают по направлению с продольной осью прибора. Транзитные токи протекают по трубчатым элементам, не искажая магнитное поле Земли в зоне блока магниточувствительных элементов. 1 ил.

Изобретение относится к приборам и системам для определения пространственного положения оси необсаженных буровых скважин, а более конкретно к магнитным инклинометрам и магнитометрическим модулям комплексных скважинных приборов.

В настоящее время в инклинометрической технике широко применяются приборы с магниточувствительными датчиками, среди которых чаще всего используются магнитные стрелки и феррозонды. Такого типа приборы реализуют либо геометрический принцип построения опорных направлений, при котором магнитная стрелка приходит в плоскость магнитного меридиана за счет сил ее взаимодействия с магнитным полем Земли [1] либо аналитический, когда расчет азимута плоскости наклонения производится по алгоритмам с использованием сигналов феррозондов [2] Существенным недостатком датчиков с магнитной стрелкой является их невысокая точность, что вызывается ее вынужденными колебаниями при движении скважинного прибора, а также моментами сопротивления в опорах подвеса и в устройстве съема информации. Для феррозондовых датчиков, замеряющих горизонтальные компоненты магнитного поля Земли, характерно наличие двухрамочных подвесов, позволяющих обеспечить маятниковость платформы с чувствительными элементами. Маятниковость приводит к искажению первичной информации из-за вынужденных колебаний платформы, а подвес увеличивает поперечные размеры скважинного прибора и снижает общую надежность инклинометра из-за наличия подвижных элементов.

Указанные недостатки практически отсутствуют в магнитных датчиках инклинометров, содержащих три ортогонально расположенных феррозонда, неподвижно связанных с корпусом скважинного прибора, выходные сигналы которых обрабатываются по специальным алгоритмам. Магнитный датчик такой структуры выбран в качестве прототипа [3] Погрешность получения информации в этом случае в основном определяется порогом чувствительности феррозондов, погрешностью выставки их осей чувствительности, алгоритмом обработки информации и может достигать достаточно малой величины. Указанная схема получения информации о магнитном азимуте в настоящее время является наиболее перспективной, так как перечисленные ограничения по точности имеют тенденцию к снижению.

Однако для всех схем, а в особенности для аналогичных выбранному прототипу и обладающих повышенной чувствительностью к внешнему магнитному полю, характерна погрешность, вызванная наличием магнитного поля от близко расположенных проводников с электрическим током. Наиболее существенно это влияние в тех случаях, когда магнитный инклинометр входит в состав комплексного прибора и через его модуль магниточувствительных элементов транзитом проходят провода с электрическим током для питания других систем и блоков скважинного прибора.

Приемы уменьшения упомянутой погрешности за счет использования "витой пары" бифиляра не всегда реализуемы, так как в качестве обратного провода (в зависимости от физического принципа работы того или иного блока) может использоваться либо корпус скважинного прибора, либо окружающая его среда. Использование специальных электромагнитных и электронных схем коррекции выходного сигнала значительно усложняет магнитный датчик.

Задача, решаемая изобретением, повышение точности получения информации магнитометрического датчика инклинометра, через который транзитом протекает электрический ток.

Решение этой задача достигается тем, что блок магниточувствительных датчиков, содержащий три ортогонально расположенных феррозонда, помещается внутри системы соосно расположенных полых немагнитных цилиндров, по которым протекают транзитные токи, причем число цилиндров равно числу токовых транзитных направлений. Учитывая конструктивное оформление скважинного прибора, оси вложенных друг в друга указанных полых цилиндров совпадают по направлению с его продольной осью.

Повышение точности получения информации объясняется отсутствием влияния на магниточувствительные элементы (феррозонды) протекающего по полому цилиндру (трубе) тока. В этом случае магнитное поле внутри цилиндра этим током не искажается, а остается естественным магнитным полем Земли (Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. M. Высшая школа, 1978, с.110, пример 216).

Конструкция магнитного датчика инклинометра представлена на чертеже. Блок 1 магниточувствительных элементов расположен внутри корпуса скважинного прибора 2. Полые немагнитные электропроводящие цилиндры 3,4,5, изолированные друг от друга изоляторами 6 и 7, охватывают блок 1 магниточувствительных элементов. К электропроводящим цилиндрам присоединяются провода 8-13. На чертеже представлена конструкция, имеющая три токовых транзитных направления (содержит три электропроводящих полых цилиндра).

Конструкция работает следующим образом.

По проводам 8,12,10 токи подводятся соответственно к полым цилиндрам 5,4,3, по ним транзитом проходят зону блока 1 магниточувствительных элементов и затем снова по проводам 13,9 и 11 идут к соответствующим потребителям. Естественное магнитное поле при этом в зоне блока магниточувствительных элементов не искажается, с магниточувствительных элементов снимается информация, позволяющая более точно рассчитать магнитный азимут плоскости наклонения скважины.

Реализация изобретения в каждом конкретном случае зависит от имеющейся технологии. Так, например, токопроводящие цилиндры могут быть изготовлены из труб, спаяны или сварены из листов или ленты металла, нанесены имплантацией, электролитическим осаждением металла на внутреннюю и внешнюю поверхности трубы-изолятора и др. Длина полых цилиндров 3,4 и 5 выбирается такой, чтобы действие магнитных полей от подводящих проводов было в пределах допустимой погрешности. Толщина и состав изоляторов 6 и 7 определяются возможностями технологии, допустимыми емкостными связями между соответствующими электрическими цепями, а также диэлектрической прочностью материала изолятора.

Технико-экономические преимущества изобретения заключаются в повышении точности получения информации с магнитного датчика инклинометра. Так, лабораторный эксперимент продемонстрировал, что погрешность магнитного датчика, помещенного в скважинный прибор с внутренним диаметром 60 мм, достигает 5-6 град. при протекании по проводнику, расположенному внутри и вдоль скважинного прибора, тока величиной 0,5 А. При протекании этого же тока через тонкостенную немагнитную (алюминиевую) трубу диаметром 58 мм, внутри которой был помещен магнитный датчик, погрешность уменьшилась в 10-15 раз.

Формула изобретения

КОМПЛЕКСНЫЙ СКВАЖИННЫЙ ПРИБОР, содержащий блок магниточувствительных элементов, электрические провода для питания блоков и систем прибора, проходящие транзитом через блок магниточувствительных элементов, отличающийся тем, что он снабжен вложенными друг в друга соосно расположенными и гальванически не связанными друг с другом токопроводящими немагнитными трубчатыми элементами, которые электрически соединены с проводами и охватывают блок магниточувствительных элементов, причем число трубчатых элементов равно числу электрических проводов, а их оси совпадают по направлению с продольной осью прибора.

РИСУНКИ

Рисунок 1