Механический инклинометр

 

OIl HCAHN6 оо911020

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ

Союз Соевтсннх

Соцнапнстнчесннх

Республнн (61 ) Дополннтельное к авт. свнд-ву (22) Заявлемо 24. 07. 78 (21) 2656353/22-03 (51)М. Кл.

Е 21 В 47/02 с прнсоедмненнем заявкн М

ГаеудеретюныФ кемитет

СССР ле лелем нзебретеех11 н етерытк11 (23) Прморнтет

Опублнковано 07.03.82 Бюллетень И 9 (53) УДК 622. .241.7 (o88.8}

Дата опублнковання опнсамня 10.03.82 (72) Автор изобретения

А.С. Пеньков

Ф с

I и (71)заявитель (54) МЕХАНИЧЕСКИЙ ИНКЛИНОМЕТР

Изобретение относится к геологоразведочной измерительной технике., например, для измерения пространственного положения стволов буровых скважин.

3!

Известен инклинометр, включающий корпус, чувствительные элементы датчиков азимутального и зенитного углов и арретирующее устройство, в котором

1Е с целью расширения пределов измерений чувствительный элемент азимутального угла выполнен в виде градуироВанной полусферы, свободно посаженной на подпружиненной оси, установленной на

1$ чувствительном элементе зенитного угла, который подвешен на осях кронштейна, жестко связанного с арретирующим устройством. Управление последним осуществляется электромагнитной системой с часовым механизмом.

Прибор охватывает измерениями весь диапазон возможного положения скважин и может доставляться в них как

2 на канате, так и на бурильных трубах (1) .

Однако для данного инклинометра характерны ограничение измерений по диаметру скважин, так как минимальный измеряемый диаметр скважины равен 46 мм ; недостаточная конструктивная прочность и, следовательно, пониженная надежность Измерений; недостаточная амортизация (амортизацию имеют только опора чувствительного элемента азимутального угла). При эксплуатации прибора очень часто наблюдаются деформации конических опор подвески чувствительного элемента зенитного угла. Нередки. случаи срезания этих опор. Кроме того наблюдаются случаи изгиба оси кронштейна.

Известен также инклинометр, содержащий корпус, часовой фиксирующий механизм, поворотную рамку с экс" центричным грузом и укрепленную в подвесах магнитную стрелку с подпят"

911020 ником, узел измерения зенитных углов и арретирующий механизм f23, Недостатками указанного устройст. ва являются увеличение сил трения на полых осях подвески измерительного узла и ухудшение точности измерений, так как такие оси неизбежно требуют увеличения их диаметров; ухудшение точности измерений за счет сокращения длины. магнитной стоелки, так как Фиксирующие толкатели, расположенные в полых осях подвески, отнимают у магнитной стрелки значительное пространство.

Цель изобретения - повышение точности.

Указанная цель достигается тем, . что рабочая точка подпятника магнитной стрелки расположена в ее геометрическом центре, на которож размеще-, на магнитная стрелка, а корпус снабжен штоками, установленными с воэможностью взаимодействия с поворотыой рамкой и с часовым Фиксирующим механизмом.

На фиг. 1 представлен предлагаемый механический инклинометр, общий вид; на Фиг. 2 - разрез А-А на

Фиг. 1; на Фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг, 1; на фиг. 4 — принцип расположения точки опоры магнитной стрелкие

Инклинометр содержит корпус 1 с ниппелями 2 и 3, камневые- опоры 4, амортизационную пружину . Шток 6 удерживается в рабочем положении посредством плоских пружин 7, а для достижения высокой точности центра.ции опор штоки 6 снабжены направляющими лысками 8, предохраняющими штоки от их осевых поворотов. В ниппеле 3 расположена система передачи фиксации поворотной рамки от часового механизма, состоящая из шайбы 9 и штоков 10. К ниппелю 3 присоединяется часовой механизм 11 с исполнительным штоком 12. В корпусе 1 помещена поворотная рамка 13 с цапфами 14 и 1g, сидящими в опорах 4.

В поворотной рамке 13 на осях подвешен аэимутальный измерительный узел, сострящий из корпуса 16, магнитной стрелки 17, стеклянного лимба 18 (со шкалой от 0 до 360О) и фиксатора 19, являющегося одновременно и эксцентричным грузом этого узла.

Арретирующее устройство узла магнитной стрелки состоит из пружинящих ры4 чагов 20 и 21 и возвратной пружины

22. В закрытой камере поворотной рамки 13 на оси 23, цапфы которой помещены в цилиндрических камневых опоS рах,подвешено угломерное устройство

24 с несимметричным грузом 25.

На внешней цилиндрической поверхности устройства 24 нанесена шкала от 0 до 90, предназначенная для из1В мерения зенитных углов. Арретиром угломерного устройства 24 служит

Ч-образная пружина 26, снабженная резиновым тормозом 27, Индикатором отсчета углов этого узла является эа1> .щитное стекло 28 с двумя рисками, нанесенными на обеих сторонах стекла. Ограничителями поворота угломерного устройства служат амортизаторы 29. Поворотная рамка 13 снабжена

20 радиальными амортизаторами, состоящими иэ резиновых колец 30, а ее осевыми амортизаторами служат шайбы 31, размещенные на ниппелях 2 и 3. Управление арретирующими устройствами узла магнитной стрелки и угломерного устройства 24 осуществляется штоками

32, скрепленными по торцам посредством перемычек 33 и 34. Система штоков 32 с перемычками 33 и 34 может зв принудительно передвигаться вдоль рамки 13 (на фиг. 1 шток 32 показан в виде ломаной линии). Передача арретирующего усилия от штока 32 на пружину 26 обеспечивается толкателем 35,.

35 который может входить в скошенную впадину 40. Ось подвески угломерного устройства 23 имеет пружинящие ограничители 36. На ниппеле 2 установлен Г-образный пружинящий ограни40 читель 37, предохраняющий выход узла магнитной стрелки из заданной эоны измерений. Эксцентричным грузом поворотной рамки является непосредственно форма ее конструкции со сме45 щением ее общего центра тяжести от оси (фиг. 3) и дополнительным грузом 38. Фиксатором, действующим на арретирующие устройства измерительных узлов, служит пружина 39, дейстN вующая через исполнительный шток 12.

Магнитная стрелка (Фиг. 4) состоит из собственно стрелки 17, изготовленной из магнитного материала, корпуса подпятника 41 и камня-поду пятника 42.

Неханический инклинометр работает следующим образом.

5 0

25

5 91

При взводе часового механизма егo исполнительный шток 12 утапливается внутрь часового механизма в направ- лении, противоположном направлению стрелки В, сжимая фиксирующую пружину 39. Вслед за штоком 12 под действием слабой пружины (не показана), перемещается и промежуточное передаточное устройство, состоящее из шайбы 9 и штоков 10. При этом поворотIt. ная рамка 13, освобожденная от действия пружины 39, опускается, а цапфа 15 вместе с поворотной рамкой останавливается на подпятнике опоры 4, пружина 5 которой имеет предварительный натяг, значительно превышающий силу веса поворотной рамки со всеми заключенными в ней механизмами. Одновременно с этим верхняя опора 4 устанавливается в исходное положение, при котором между плоским подпятником этой опоры и торцом цапфы 14 образуется незначительный зазор (0,03-0,05 мм), необходимый для уменьшения трения и обеспечиваемый при сборке инклинометра путем регулировки обеих опор 4. В таком положении между перемычкой 34 и шайбой 9 образуется зазор, обеспечивающий полную свободу вращения поворотной рамке 13. В то же время возвратная пружина 22 отводит рычаги

20 и 21 от узла магнитной стрелки и, оказывая давление через рычаг 21 на перемычку 33, перемещает штоки 32 вниз. Толкатель 35, войдя в скошенную впадину 40, имеющуюся на штоке

32 (фиг. 3), освобождает от фиксации угломерное устройство 24, а пружина

36 ложится на наружную стенку камеры угломерного устройства. Последнее занимает в своей камере такое положение, при котором появляются свободные зазоры между угломером 24 и стенками камеры. Пружина 26 с тормозом 27 прижимается к внутренней стенK8 KO лебаниям угломера 24. Для уменьшения трения в подвеске угломерного устройства между пружинами 36 и торцами оси 23 обеспечивается небольшой люфт, устраняющий боковой зажим оси. В результате взвода часового механизма поворотная рамка 13 и размещенные в ней измерительные узлы получают свободу.

Заключенный в герметичную гильзу (контейнер) инклинометр доставляется в скважину в зону измерения на сталь1020 .. 6 ном канате или на бурильных трубах.

В последнем случае между гильзой инклинометра и бурильными трубами устанавливается разделительная немагнитная штанга достаточной длины„ чтобы устранить магнитное влияние бурильных труб, если последние обладают таким свойством.

В скважине под действием эксцентричного груза 38 поворотная рамка 13, вращаясь в опорах 4, устанавливается так, что плоскость угломерного устройства 24 совпадет с апсидальной плоскостью измеряемой скважины, à угломер 24 под воздействием своего несимметричного груза 25 устанавливается так, что деление шкалы с отметкой 90 совпадет с вертикальной линией пространства, проходящей через геометрическую ось подвески 23. Узел магнитной стрелки под действием груза-фиксатора 19 устанавливается на подвесах так, что стеклянный лимб 18 занимает горизонтальное положение,. и магнитная стрелка, опустившаяся на опорный керн, также занимает горизонтальное положение и устанавливается на керне по магнитному меридиану.

Такая свобода установки узла магнитЗ0 ной стрелки обеспечивается тем, что оси его подвески, закрепленные на рамке 13, расположены на диаметральной линии этой рамки и параллельной гео" метрической оси подвески 23 (на фиг.1 оси подвески узла магнитной стрелки не видны, так как одна ось "снята разрезом" вида, а вторая находится за корпусом 16 в точке вершины керна магнитной стрелки).

Перед истечением времени завода часового. механизма инклинометра, находящегося в скважине, начинается движение по стрелке В исполнительного штока 12 и действующей на него пружины 39. Это движение штока 12 проис" ходит скачкообразно. При каждом полупериоде колебаний баланса (маятника) часового механизма происходит резкий поворот анкерного колеса на один зуб, что приводит к мгновенному повороту всех передаточных колес часового механизма, и, в конечном счете, к скачкообразному (вибрирующему) передвижению исполнительного штока

12, при этом каждый скачок линейного передвижения исполнительного штока с частотой 2 кол./с составляет 34 мкм. Когда исполнительный шток 12 поднимет промежуточную систему (шай0

8 ного лимба 18 и прижатая к нему изнутри магнитная стрелка обращены к наблюдателю, следящему эа большим окном в корпусе 1. Ilo прочтении замера величины аэимутального угла необходимо повернуть прибор вокруг его оси на 180О и через малое окно в корпусе 1, с которым уже совмещено индикаторное стекло 28, взять отсчет зенитного угла. Для этого необходимо лучом зрения совместить две риски, имеющиеся на внутренней и наружной сторонах стекла, в одну линию и по образовавшейся линии (визирной плоскости) взять отсчет угла по шкале зенитных углов.

Прибор обеспечивает измерение скважин с зенитными углами 0-90, однако это не является препятствием для измерения восходящих скважин с зенит.ными углами 90-180, В таких случаях прибор помещается в гильзу в перевернутом положении, т.е. он находится в восходящей скважине относительно горизонтальной плоскости точно-так же, как и в нисходящей (измерительная часть выше узла часового механизма). При этом истинное положение измеренного интервала восходящей скважины при начале отсчета ее угловых координат от нисходящей вертикали следующее . азимут скважины равен измеренному значению аэимутального угла плюс 180 ; зенитный угол равен

180 минус измеренное значение зенитного угла скважины.

При динамических нагрузках, могущих появляться как при эксплуатации прибора, так и при транспортировках, включаются в работу следующие защитные приспособления, предохраняющие прибор от поломок.и от смещений его зафиксированных измерительных элементов..

При радиальных динамических нагрузках масс поворотной рамки 13 через цапфы 14 и 15 передает усилие на опоры 4,которые, смещаясь в. радиальном направлении, двигают штоки 6 и отводят пружины 7 на некоторую величину, после чего поворотная рамка получает .опору на стенке корпуса 1 через амортизаторные кольца 30, последние гасят оставшуюся энергию внешнего радиального удара. Одновременно в моменты боковых ударов могут срабатывать не более двух штоков 6 в каждой опоре подвески поворотной рамки (фиг. 2).

91102 бу 9 и шток IO) до соприкосновения с перемычкой 34, энергия вибрации штока 12 с пружиной 39 будет передаваться поворотной рамке 13 и заключенным в ней измерительным .узлам в течение некоторого периода времени, пока верхйий торец поворотной рамки не упрется в шайбу 3I, При этом цапфа 14 поднимает опору 4 и сжимает пружину 5. От воздействия . вибрации на поворотную рамку ее измерительные узлы принимают более точное положение относительно измеряемых параметров. При,.дальнейшей работе часового механизма штоки 32 с перемычками 33 и 34 двигаются в сторону .узла, магнитной стрелки и осуществляют фиксацию магнитной стрелки и угломерного устройства.

При этом перемычка 33 поворачивает пружинящие рычаги 21 и 20, последний сидит в прорези рычага 21 и опирается на него одним концом. Рычаги 20 и 21 (в некотором диапазоне угла оба одновременно, в зависимости от величины зенитного угле) поднимают груз-фиксатор 19 и прижимают магнитную стрелку к стеклянному лимбу 18. В то же время движение што". ков 32 выводи толкатель 35 из ско- . шенной впадины 40, а возникающее при этом усилие обеспечивает отвод пружины 26 с тормозом 27, которые и прижимают угломерное устройство 24 к стенке камеры рамки 13. Таким об35 разом, после окончания работы часового механизма в арретированном состоянии находятся оба измерительных узла и поворотная рамка 13, а вза:имное расположение узлов, и деталей принимает вид, приведенный на фиг.1.

Для устранения деформаций угломер.,ного устройства 24 при его арретироввнии и создания амортизвци по тор.цам оси 23 имеются плоские пружины 36.

Отсчет измеренных углов после извлечения прибора из скважины и из защитной гильзы осуществляется следую-! щим образом.

Через большое окно, имеющееся в

5а корпусе 1, расположенное в зоне размещения измерительного узла магнитной стрелки, пальцем вращают поворотную рамку вокруг ее оси до тех пор, когда аналогичное окно поворотной рамки

55 совместится с окном корпуса 1, затем также пальцем руки поворачивают узел магнитной стрелки на осях подвески до упора 37. Пои этом плоскость стеклян91! 020 -l 0 диаметром 36 мм, снижение стоимости единичных измерений.

Формула изобретения

При осевой динамической нагрузке (в том или ином направлении) срабатывает верхняя или нижняя амортизация, при этом, например, цапфа 15 давит на опору 4, которая, перемещаясь вниз, сжимает пружину 5, а корпус поворотной рамки поручает опору на амортизирующей шайбе 31.: При динамической осевой нагрузке противоположного направления аналогично срабатывает амортизация верхней опоры.

При прекращении действия внешних динамических или иных нагрузок опоры поворотной рамки. автоматически устанавливаются в исходное рабочее положение. В итоге при появлении динамических нагрузок любого направления срабатывают последовательно две предохранительные амортизационные систе- 20 мы.

Использование предлагаемого инклинометра обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: повышение точности измерений и надеж- 25 ности работы устройства; расширение

/ области измерений, включая скважины

Механический инклинометр, содержащий корпус, часовой фиксирующий механизм, поворотную рамку с эксцентричным грузом и укрепленную в подвесах магнитную стрелку с подпятником, узел измерения зенитных углов и арретирующий механизм, о т л и ч а ю щ и й" с я тем, что, с целью. повышения точности, рабочая точка лодпятника магнитной стрелки расположена в ее геометрическом центре, на котором размещена магнитная стрелка,а корпус снабжен штоками установленными с возможностью взаимодействия с поворотной рамкой и с часовым механизмом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 326356, кл. Е 21 8 47/02, 1970.

2. Забойный инклинометр типа ЗИ- 1И, Проспект ГосЦНТИ, М., 1959.

911020

А-А б

1 ф а.2

Фие.

Составитель И. Карбачинская

Редактор И. Циткина Техред Е.Харитончик: Корректор Н. Швыдкая

Ю4

Заказ 1075/15

7

Тираж 624 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб. д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4