Комплекс для поверки и калибровки скважинных инклинометров
Владельцы патента RU 2439493:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области исследований и стендовых испытаний инклинометров, в частности для поверки и калибровки их чувствительных элементов. Техническим результатом является упрощение конструкции, снижение ее инструментальных погрешностей, расширение диапазона диаметров поверяемых скважинных инклинометров. Комплекс для поверки и калибровки скважинных инклинометров снабжен устройством для задания зенитных и азимутальных углов. Комплекс содержит установку для задания зенитных углов в диапазоне от 0 до 360 град с шагом 10 град в одном азимуте, состоящую из неподвижного основания и подвижной части, состоящей из платформы. К платформе присоединено подвижное основание, на котором установлены две призмы. На призме выполнены направляющие пазы для крепления скоб. Комплекс содержит установку для задания азимутальных углов в диапазоне от 0 до 360 град с шагом как минимум 90 град при значении зенитного угла 90 град, содержащую платформу. На поверхности платформы расположены площадки, на которых установлены парные призмы, предназначенные для базирования на них поверяемых инклинометров. 5 ил.
Изобретение относится к области исследований и стендовых испытаний инклинометров, в частности для поверки и калибровки их чувствительных элементов.
Известна установка для поверки и калибровки инклинометров (Патент РФ №2364718, Е21В 47/02, МПК G01C 9/00). Установка представляет собой трехосный карданов подвес с вертикальной наружной осью. Наружный подвес установки выполнен в виде полурамы (вилки), промежуточный подвес - в виде полной рамы, а внутренний - в виде полого цилиндра с цанговыми зажимами на концах для крепления поверяемого прибора. По всем осям подвеса установлены червячные передачи, лимбы грубого и точного отсчетов. Консольные полуоси промежуточного подвеса с опорами вращения, выполненными в виде подшипников скольжения, снабжены противовесами с регулируемыми грузами и цанговыми зажимами на концах. При этом червячные передачи снабжены механизмами входа и выхода из зацепления в виде поворотных эксцентриков с фиксацией в двух разных положениях. По обе стороны хода эксцентрика установлены резиновые вставки для подпружинивания хода червячной передачи.
Конструкция этой установки сложна. Кроме того, упругие деформации элементов конструкции приводят к погрешностям придания поверяемому инклинометру заданного положения в пространстве.
Известна автоматизированная установка для калибровки инклинометров, содержащая подставку с регулировочными винтами, поворотный стол с узлом фиксации инструмента, привод разворота и фиксации поворотного стола, датчики зенитного и азимутального углов, датчики нуля азимута, датчик нуля зенита, лазерный датчик вертикальной оси, канал связи с инклинометром, блок управления приводом, блок индикации и сопряжения последнего с персональным компьютером. Привод разворота и фиксации поворотного стола снабжен электродвигателями, связанными с опорами вращения поворотного стола. Подставка выполнена в виде сборной вертикальной опорной фермы с жестким основанием. Поворотный стол выполнен в виде системы из двух рам, превышающих размеры инклинометра, и узла фиксации инклинометра. Первая рама установлена на опорах вращения между основанием и вершиной опорной фермы. Вторая рама установлена на опорах вращения внутри первой рамы с возможностью вращения в плоскости, проходящей через ось вращения первой рамы. Узел фиксации инклинометра установлен внутри второй рамы так, что точка пересечения осей вращения рам совпадает с центром тяжести этих рам, центром тяжести узла инклинометра и центром тяжести самого инклинометра.
Технический результат - осуществление автоматизации процесса калибровки, повышение точности калибровки и удобства эксплуатации (Патент РФ №2249689, МПК 7Е21В 47/02, G01C 9/00).
Однако низкая жесткость конструкции данной установки не обеспечивает требуемой точности и стабильности ориентации поверяемых инклинометров. Наличие электропривода по осям подвеса установки, несмотря на значительное удаление их от чувствительных элементов поверяемого инклинометра, приводит к искажению магнитного поля в области их размещения и соответственно снижает достоверность поверки и калибровки.
Стоимость современных установок для поверки и калибровки инклинометров высока и размещаются они либо на заводе-изготовителе, либо в специализированных лабораториях очень крупных геофизических трестов.
Наиболее близко к заявляемому изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является установка УКИП-2 (ИПЦ «ГеоИнком», E-mail inclinom@npf-geofizica.ru).
Данная установка представляет собой основание в форме равностороннего треугольника со срезанными углами, установленное на регулируемых винтовых опорах. В центре основания прикреплена втулка, в которой на подшипнике установлена вертикальная труба. К трубе прикреплена плита в виде трапеции, расположенная в вертикальной плоскости. Труба с плитой образуют поворотную платформу с вертикальной осью вращения. К боковым сторонам поворотной платформы прикреплены парные призмы с откидными прижимами. На основании установки закреплены на одном радиусе от оси вращения поворотной платформы конусные втулки с шагом 45 град, а на самой поворотной платформе прикреплен кронштейн с фиксатором, имеющим шток с конусным наконечником. Установка обеспечивает воспроизведение азимута наклона скважинного прибора в диапазоне от 0 до 360 град с шагом 45 град. Номинальные значения воспроизведения зенитных углов 0, 5, 30, 90 град. Имеется возможность контролировать угол поворота корпуса скважинного прибора (апсидальный угол) с шагом 90 град.
С помощью трех регулируемых опор ось поворотной платформы выставляется в вертикальное положение, а исходное положение поворотной платформы привязывается к магнитному или истинному меридиану.
В качестве недостатков данной установки по сравнению с трехосными установками, описанными выше, следует отметить то, что на ней можно воспроизвести только четыре фиксированных значения зенитных углов, подготовка процесса и сам процесс поверки скважинных инклинометров выполняется только вручную, установка рассчитана на испытания и поверку приборов массой не более 7 кг и узким диапазоном диаметров (32, 38, 42, 45 мм), упругие деформации конструкции установки могут достигать больших значений и при различных зенитных углах поверяемого скважинного прибора будут существенно отличаться.
Задачей изобретения является упрощение конструкции, снижение ее инструментальных погрешностей, расширение диапазона диаметров поверяемых скважинных инклинометров.
Комплекс для поверки и калибровки скважинных инклинометров снабжен устройствами для задания зенитных и азимутальных углов, разделен на две установки: установку для задания зенитных углов в диапазоне от 0 до 360 град с шагом 10 град в одном азимуте и установку для задания азимутальных углов в диапазоне от 0 до 360 град с шагом как минимум 90 град при значении зенитного угла 90 град.
Установка для задания зенитных углов содержит неподвижное основание с осью в центре, которое жестко прикреплено к вертикальной стене или стойке. Подвижная часть установки состоит из платформы с прикрепленным к ней фиксатором с конусным наконечником и подвижного основания, на котором установлены две призмы. Платформа с присоединенными деталями и узлами установлена на ось и зафиксирована крышкой, что обеспечивает неограниченный поворот платформы с призмами в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси. На призме выполнены направляющие пазы для крепления скоб. Для крепления поверяемого инклинометра на призмах используют скобы с прижимным винтом.
Установка для задания азимутальных углов содержит платформу, установленную на трех регулируемых опорах на фундаменте. На поверхности платформы расположены площадки, на которых установлены парные призмы, предназначенные для базирования на них поверяемых инклинометров.
На фиг.1 представлена установка для задания поверяемому инклинометру зенитных углов, вид сбоку, то же, вид по стрелке А (фиг.2). На фиг.3 показана установка для задания поверяемому инклинометру азимутальных углов, главный вид и вид с боку (фиг.4). На фиг.5 представлен общий вид комплекса.
Установку для задания зенитного угла монтируют на вертикальную стену (стойку) (фиг.1, фиг.2). В стену (стойку) 1 установлены опоры с арматурой 2 так, чтобы они находились в одной вертикальной плоскости. Опорные втулки 3 крепят винтами 4 (фиг.2) к основанию 5. Основание 5 винтами 6 фиксируют в опорах с арматурой 2. В центре основания 5 установлена ось 7 и прикреплена винтами 8, а конусные втулки 9 установлены с шагом 10 град по периметру основания 5 и фиксируются винтами 10 (фиг.2). Платформа 11 с подвижным основанием 12 соединена винтами (не показано), установлена на ось 7 и прижата крышкой 13. Крышка закреплена на оси 7 винтами 14. Ось 7 и крышка 13 образуют неподвижную часть подшипника скольжения. Фиксатор 15 прикреплен винтами 16 к платформе 11. Призма 17 прикреплена на подвижном основании 12 винтами 18 и штифтами 19.
Подвижную платформу 11с призмами 17 приводят в положение, когда продольная ось призм параллельна плоскости горизонта. Конус фиксатора 15 вводят в соответствующую втулку. Поверяемый инклинометр 20 устанавливают на призмы 17. Хомуты 21 вводят в пазы призм 17. Закрепляют инклинометр 20 прижимными винтами 22. Выводят фиксатор 15 из конусной втулки 9 и поворачивают платформу 11 с инклинометром 20 на требуемый угол. Вводят фиксатор 15 в соответствующую втулку. Снимают показания инклинометра и сравнивают с заданным значением зенитного угла. При обнаружении сбоя работы или отклонений показаний прибор ремонтируют или калибруют.
В установке для задания фиксированных значений азимутального угла (фиг.3, фиг.4), в основании 23 устанавливают регулируемые опоры 24 через соединительные втулки 25. На основании 23 расположены площадки 26, на которые базируют призмы 27 с шагом как минимум 90 град и установочные площадки для уровней 28.
В призмы 27 устанавливают поверяемый инклинометр 29 и прижимают с помощью скобы 30 и прижимного винта 31. Количество парных призм может варьироваться: одна пара - шаг 180 град, две пары - шаг 90 град, четыре пары - шаг 45 град. Продольная ось парных призм I-I выставлена в направлении север-юг. С помощью соответственных методик определяют отклонение продольной оси парных призм от истинного меридиана. Погрешность совмещения продольной оси I-I призм и истинного меридиана учитывают при обработке результатов испытаний алгоритмически.
Скважинный инклинометр 32 (фиг.5) устанавливают в зависимости от поверяемого параметра на призмы соответствующей установки 33 или 34. Сигналы с чувствительных элементов инклинометра 32 по кабелю через блок связи 35 передают на персональный компьютер 36 и сравнивают с эталонным направлением. По результатам сравнения показаний инклинометра с эталонным направлением делают заключение о соответствии характеристик требуемым значениям и необходимости калибровки.
Предлагаемый комплекс для поверки и калибровки скважинных инклинометров, состоящий из двух простых по конструктивному исполнению установок, обеспечивает высокую точность базирования, придавая поверяемому инклинометру заданное положение в пространстве и стабильности точностных характеристик во времени. Для поверки магнитных инклинометров детали конструкции выполнены из немагнитных материалов. Благодаря применению скобы с регулируемым прижимным винтом достигается расширение диапазона диаметров поверяемого инклинометра.
Комплекс для поверки и калибровки скважинных инклинометров, снабженный устройством для задания зенитных и азимутальных углов с жесткой фиксацией поверяемого инклинометра на призмах, отличающийся тем, что комплекс содержит установку для задания зенитных углов в диапазоне от 0 до 360° с шагом 10° в одном азимуте, состоящую из неподвижного основания с осью в центре, жестко прикрепленного к вертикальной стене, подвижная часть установки состоит из платформы с прикрепленным к ней фиксатором с конусным наконечником, присоединенного к платформе подвижного основания, на котором установлены две призмы, платформа с присоединенными деталями и узлами установлена на ось с возможностью обеспечения неограниченного поворота в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси, для крепления поверяемого инклинометра используют скобы с прижимным винтом, на призме выполнены направляющие пазы для крепления скоб, и установку для задания азимутальных углов в диапазоне от 0 до 360° с шагом, как минимум, 90° при значении зенитного угла 90°, содержащую платформу, установленную на трех регулируемых опорах на фундаменте, на поверхности платформы расположены площадки, на которых установлены парные призмы, предназначенные для базирования на них поверяемых инклинометров.
