CS201420B1 - Gravitační ústrojí pro měření úhlů odklonu zemních vrtů - Google Patents

Description

Vynález se týká gravitačního ústrojí pro měření úhlů odklonu zemních vrtů, u něhož se poloha kuličky v měrné komůrce sleduje nebo registruje rovnoměrně se otáčejícím fotoelektrickým ústrojím, přičemž časový interval signálů vymezený nulovou polohou a polohou kuličky udává zjišťovaný úhel odklonu.

Odklonění zemních vrtů od svislé polohy se zjišťuje pomocí sond inklinometrů, které se spouštějí do vrtů. V sondách je vestavěno odklonové zařízení, které v jednotlivých hloubkových bodech měří odklonění zemních vrtů od svislé polohy. Před změřením odklonu v příslušné hloubce je nutné přerušit spouštění sondy a po jejím ustálení a uklidnění mechanismu odklonoměru se provede vlastní měření. Měřený úhel odklonění se buď přímo vyfotografuje vestavěnou kamerou, nebo se elektricky snímá a přenese do pozemního vyhodnocovacího zařízení po karotážním kabelu, pomocí něhož se sonda ve vrtu posouvá a současně elektricky napájí a spojuje s pozemní částí inklinometrů.

U známých konstrukcí odklonoměrů užívaných v inklinometrech se měří odklon pomocí snímačů úhlu natáčených do zjišťovaných úhlů odklonu momenty vyvozenými zemskou gravitací působící na závaží Kyvadla, Při snižování tření v uložení pohyblivých částí kyvadel známými způsoby lze dosáhnout značné citlivosti i při zmenšení velikosti závaží a ramena kyvadla, ale podstatně se zvýší oas potřebný k uklidnění tohoto zařízení. Proto se musí posouvání sondy ve vrtu zastavit, vyčkat potřebnou dobu na uklidnění a potom je možné provést přesné změření zjišťovaného úhlu. Tato citlivá zařízení velmi trpí a jsou poruchová v období přepravy sond, neboť jedním inklinometrem se měří řada vrtů rozptýlených po značném území, takže je nutné při přepravě ve všech ročních obdobích překonávat jízdu terénem. K vrtům obvykle žádné cesty nevedou. Aretování těchto gravitačních ústrojí se obvykle neprovádí, neboť tomu brání malé prostory uvnitř sond a potom dokonalé utěsnění sond proti okolnímu vysokému tlaku výplachu vrtů, čímž se stává vnitřní ústrojí sond nepřístupné.

Další známá zařízení užívaná pro měření úhlů odklonu jsou odklonoměry v podobě kruhových libel, kde vzdálenost středu bublinky od středu libely je úměrná zjišťovanému úhlu. Tato zařízení však nejsou vhodná pro dálkový přenos zjišťovaného úhlu a z toho důvodu se situace na libele registruje fotografováním. Měřený údaj je však možné definovat až po vytažení sondy z vrtu, po vyjmutí filmu, jeho vyvolání a vyhodnocení na dalším zařízení. Elektrolytické libely pro mě201 420 ření odklonu vrtu se nepoužívají, neboť nemají lineární průběh změny odporu v závislosti na úhlu odklonu, a potom jsou citlivé na teplotu. Ohmický odpor elektrolytu libely proměný s teplotou okolí zhoršuje přesnost měření.

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje gravitační ústrojí odklonoměru podle vynálezu, jehož podstatou je kruhová měrná komůrka uvnitř s neprůhlednou kuličkou obklopenou kapalinou, přičemž okraj kuličky je fotoelektricky sledován fotoelektrickým čidlem rovnoměrně se otáčejícím podél průhledných stěn měrné komůrky ve směru kruhové dráhy kuličky měrné komůrky pevně spojené se statorem motorku.

Zařízení podle vynálezu je doplněno uspořádáním měrné komůrky s jednou průhlednou stěnou a kuličkou s lesklým povrchem odrážející paprsek zdroje záření do fotocitlivého prvku při vzniku odrazových podmínek rovnoměrně se otáčejícího fotosnímače podél této jediné spojitě průhledné stěny.

Doplňujícím znakem vynálezu je to, že měrná komůrka je opatřená výčnělkem s kompenzačním prvkem přiléhajícím ke kapalné náplni, který zamezuje vznik bublinky, která by mohla být ve výjimečných případech příčinou chybného měření úhlu odklonu. Rozvíjejícím znakem je to, že dráhy pohybů zdroje záření fotocitlivého prvku jsou rovnoběžné s opticky propustnými stěnami, měrné komůrky, přičemž jsou centrické vůči měrné komůrce.

Soustava snímačů rovnoměrně se otáčející v rovinách kuličkové dráhy a clony se skládá z dvojice foto-citlivých prvků, jejichž polohy vůči otočné ose svírají konstantní úhel, kdežto nosič clony s clonou je přestavitelné uložen na pouzdru odklonoměru vůči ose otáčení soustavy snímačů, čímž je umožněno snadné seřízení nuly odklonoměru.

Nový účinek vynálezu spočívá v tom, že se pro měření úhlu odklonu používá okraj kuličky bezkontaktně sledovaný fotoelektrickým čidlem, takže na kuličku nepůsobí rušivé momenty vlivem snímání její polohy. Ka- > palina tlumící pohyby kuličky prakticky nesnižuje citlivost měření odklonu. Signál fotoelektrického čidla vyvozený rovnoměrným rotačním pohybem při dopadu stínu okraje kuličky na fotocitlivou plochu umožňuje dálkový přenos měřeného úhlu v digitální i analogové formě, pro přenos postačí jediný vodič, vlastní přenos není teplotně ani odporově závislý na vnější teplotě a elektrických vlastnostech karotážního kabelu. Mechanická stavba ústrojí není citlivá na rázy a vibrace při funkci ani při dopravě, takže aretace v období přepravy není potřeba.

Řešení podle vynálezu umožňuje přesné měření odklonu i ža pohybu sondy inklinometru ve vrtu, takže umožňuje kontinuální měření. Životnost a bezporuchovost ústrojí při vhodně volených materiálech je značná, neboť nedochází k opotřebení, které by snižovalo citlivost a přesnost měření, takže zařízení nevyžaduje žádnou údržbu. Řešení umožňuje použít různých elektronických zařízení pro vyhodnocení měřeného úhlu, který je úměrný počtu impulsů, délce časového intervalu nebo lze vycházet ze změny délky časového intervalu ve srovnání s předcházejícím náměrem. Řešení umožňuje zaznamenat průběh odklonu vrtu na zapisovači.

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na připojených výkresech, kde představuje obr. 1 podélný řez odklonoměrným gravitačním zařízením se zařízením pro seřízení nuly s připojeným motorkem a reduktorem, obr. 2 podélný řez spodní části měrné komůrky, obr. 3 podélný řez měrnou komůrkou ve tvaru prstence a centrálně otočnými fotočidly, s bokorysem v řezu obr. 4 podélný řez měrnou komůrkou ve tvaru kruhového pouzdra s bokorysem v řezu.

Na obr. 1 je znázorněno celkové provedení odklonoměrného gravitačního ústrojí 1, kde pouzdro odklonoměru 2 je pevně spojeno s měrnou komůrkou 3, s reduktorem 4 a s motorkem 5. Výstupní hřídel 6 reduktoru 5 je v podélné ose o pouzdra 2 otočně uložen společně s pevně připojenou soustavou fotosnímačů 7 a kolektoru 8, přičemž jeden fotosnímač 7 je tvořen zdrojem záření 9 a fotocitlivým prvkem 10, druhý fotosnímač 7 se skládá ze zdroje záření 11 a fotocitlivého prvku

12. Měrná komůrka 3 obsahuje uzavřený prostor 13 s kapalinnou náplní 14, kuličkovou dráhu 15, kuličku 16 a kompenzační prvek 17. Na pouzdru 2 je přestavitelné upevněný nosič clony 18 s clonou 19 a kartáčky 25.

Na obr. 2 je znázorněn příklad provedení měrné komůrky 3, kterou tvoří průhledné boční stěny 20, 21 těsně upevněné jednak ve vnějším prstenci 22 s kuličkovou dráhou 15 a jednak ve vnitřním prstenci 23 v centrickém uspořádání kolem osy o. Uzavřený prostor 13 obsahuje kuličku 16 a kapalnou náplň 14. ,

Na obr. 3 je znázorněno řešení s centrálně procházející soustavou fotosnímačů 7, ve směru podélné osy o, kde uvnitř měrné komůrky 3 jsou spojitě upevněny zdroj záření 11 a fotocitlivý prvek 12. Měrná komůrka 3 obsahuje výčnělek 24 s kompenzačním prvkem 17 přiléhající ke kapalné náplni 14.

Na obr. 4 je znázorněno řešení s vnějším uspořádáním fotosnímačů 7 se zdrojem záření 11, fotocitlivým prvkem 12 vůči podélné ose o a měrné komůrce 3. Soustředný výčnělek 24 je pevně spojený s pouzdrem odklonoměru 1 a obsahuje kompenzační prvek 17.

Funkce gravitačního ústrojí odklonoměru je následující. Před měřením se uvede do chodu motorek 5 s konstantními otáčkami, například krokový nebo synchronní motorek. Otáčky výstupního hřídele 6 se sníží na potřebný počet vestavěným reduktorem 4, takže soustava fotosnímačů 7 unášená výstupním hřídelem 6 má stejný počet otáček. Tento počet otáček se volí podle potřeby četnosti informací o měření úhlu. Při změně úhlu odklonu od svislé polohy se o tentýž úhel natočí vnější sestava odklonového gravitačního zařízení 1 kolem podélné osy o včetně suostavy fotosnímačů 7, nosiče clony 18 s clonou 19 a soustavy fotosníťnačů 7. Podélná osa o se v inklinometru neznázorněným zařízením udržuje vždy ve vodorovné poloze, například dalším gravitačním zařízením, které má otočnou osou kolmou na podélnou osu o a rovnoběžnou s podélnou osou sondy inklinometru. Kulička 16 působením přitažlivosti zemské zaujme nejnižší polohu v uzavřeném prostoru 13 měrné komůrky 3 na kuličkové dráze 15, za předpokladu, že kulička 16 je těžší než kapalina. Clona 19 sledující úhel odklonu způsobí elektrický impuls v okamžiku, kdy při otáčející se soustavě fotosnímačů 7 zakryje tok záření zdroje záření 9 dopadající na fotocitlivý prvek 10. Druhý elektrický impuls vznikne v okamžiku, kdy kulička 16 zakryje tok záření od zdroje záření 11 dopadající na fotocitlivý prvek 12. Časový interval, který ohraničují oba elektrické impulsy v intervalu jedné otáčky soustavy snímačů 7 je úměrný měřenému úhlu a lze jej tedy v dalším, blíže neurčeném elektronickém zařízení vyhodnotit v potřebné formě. Výstup elektrických impulsů a napájení zdrojů záření 9, 11 a fotocitlivých prvků 10, 12 umožňují kartáčky 25, které se dotýkají kolektoru 8, na který jsou elektricky připojeny zdroje záření 9, 11 a fotocitlivé prvky 10, 12.. Měrná komůrka 3 je konstruována tak, aby její dvě protilehlé stěny, například boční stěny 20, 21 (obr. 2) a kapalná náplň byly opticky průhledné, přičemž kulička 16 opticky neprůhledná. Tvar průřezu uzavřeného prostoru 13 a viskozita užité kapaliny pro kapalnou náplň 14 se volí podle požadovaného stupně tlumení kuličky 16. Čím je rozdíl plochy příčného řezu uzavřeného prostoru 13 menší v porovnání s plochou řezu kuličky 16 a čím je kapalinová náplň viskosnější, tím je tření kuličky 16 o kapalinu větší, a je tedy i větší tlumení. Aby se zajistil bezporuchový provoz plní se uzavřený prostor 13 kapalinou bez vzduchové bublinky. Bublinka by v některých případech mohla být zdrojem nesprávného impulsu, jestliže by se dostala do funkční roviny fotosnímačů.

Z tohoto důvodu je měrná komůrka 3, opatřena výčnělkem 24, který leží mimo funkční část kuličkové dráhy 15. Aby se zamezilo poškození měrné komůrky 3 vlivem změny objemu kapalné náplně 14 působením rozdílu teplot je do výčnělku vložen kompenzační prvek 17, který vyrovnává objemové změny. Kompenzačním prvkem může být například elastický píst vložený do válcové části výčnělku 24, který se při změně objemu kapaliny posune, nebo vložka z měkkého stlačitelného materiálu, například pěnová vložka v uzavřeném prostoru a nebo jiný pružný uzávěr, například membránový. Funkce uvedeného zařízení bude zachována také v případě stranového vzájemného zaměnění zdroje záření s fotocitlivým prvkem 10, 12. Funkce nebude narušena ani v případě, že kulička 16 bude vyrobena z lehčího materiálu, než je kapalina a bude plavat v horní části uzavřeného prostoru 13, pod kuličkovou dráhou 15.

Seřízení gravitačního ústrojí pro měření úhlů se provádí tak, že se ustaví pouzdro 2 ve vodorovné poloze a pootočí se nosičem clony 18 tak, až clona 19 při otáčející se soustavě fotosnímačů 7 vytvoří impuls ve fotocitlivém prvku 10 v tomtéž okamžiku, kdy obrys kuličky 16 dá vznik impulsu ve fotocitlivém prvku 12. V tomto případě je časový interval roven nule, tedy i odklon je roven nule. V intervalu každé otáčky vysílá uvedené zařízení informaci o velikosti úhlu odklonu ve formě dvou elektrických impulsů. Časový interval těchto impulsů úměrný úhlu odklonu se vede od fotocitlivých prvků 10, 12 na kolektor 8 přes kartáčky 25 a odtud dále například po karotážním kabelu z vrtu do pozemního vyhodnocovacího zařízení, popřípadě na zapisovač.

Uvedené zařízení obsažené v sondě inklinometru procházející zemním vrtem rovnoměrnou rychlostí, může při posuvu měřit a vysílat parametry odklonu, které po vyhodnocení a přidružení k hloubce sondy ve vrtu dávají kontinuální informace v průběhu odklonu vrtu.

Claims (5)

1. PŘEDMÉT VYNÁLEZU . 1. Gravitační ústrojí pro měření úhlů odklonu zemních vrtů, které obsahuje motorek a reduktor připojený k soustavě fotosnímačů a které je otočné kolem podélné osy, přičemž rovnoměrný pohyb fotosnímačů leží v rovině rovnoběžné s rovinou clony a měrné komůrky, vyznačené tím, že uzavřený prostor (13) je vyplněn opticky propustnou kapalnou náplní (14), přičemž je spojitě kruhově uzavřen s jedinou opticky nepropustnou kuličkou (16) v okolí opticky propustného prostoru kruhové dráhy vymezené kuličkovou dráhou a bočními stěnami (20, 21) měrné komůrky (3).
2. 2. Gravitační ústrojí podle bodu 1, vyznačené tím, že nejméně jedna z bočních stěn (20, 21) měrné komůrky (3) je spojitě opticky propustná.
3. 3. Gravitační ústrojí podle bodu 1, vyznačené tím, že měrná komůrka (3) obsahuje výčnělek (24), v němž je umístěn kompenzační prvek (17) těsně přiléhající ke kapalné náplni (14).

   '
4. 4. Gravitační ústrojí podle bodů 1 až 3, vyznačené tím, že dráha pohybu zdroje záření (11) a dráha fotocitlivého prvku (12) leží rovnoběžně s opticky propustnými bočními stěnami (20, 21) měrné komůrky (3) a jsou centrické vůči podélné ose (o).
5. 5. Gravitační ústrojí podle bodů 1 až 4, vyznačené tím, že zdroj záření (9) a fotocitlivý prvek (10) jsou vůči podélné ose (o) a zdroji záření (11) i fotocitlivému prvku (12) v rovině drah pohybů v úhlu, který je konstantní, přičemž na pouzdru odklonoměru (2) je uložen přestavitelně nosič clony (18) s clonou (19).