RU1819993C - Датчик зенитного угла буровой скважины - Google Patents

Abstract

Использование: в геологоразведочной технике, в частности в инкли- нометрии. Сущность изобретени : дат- чик содержит цилиндрическую камеру, частично заполненную жидкостью с высокой электропроводностью, и указатель положени  уровн  жидкости, выполненный в виде реостата, размещенного на внутренней поверхности цилиндрической камеры, причем функции подвижного контакта реостата выполн ет жидкость. 1 табл., 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к геологоразведочной технике, точнее к инклинометрам - устройствам дл  измерени  углов искривлени  буровых скважин.

Чувствительным элементом дл  измерени  зенитного угла, т.е. угла отклонени  от вертикали, в современных инклинометрах обычно служит либо отвес , либо уровень жидкости. Положение отвеса в момент измерени  определ етс  непосредственным отсчетом после фиксации его положени  в скважине (в так называемых одноразовых инклинометрах ) посредством фотографировани  на пленку (в фотоинклинометрах) или путем преобразовани  положени  отвеса в электрический сигнал при помощи электроконтактных, емкостных, индуктивных, феррозондовых и других датчиков. Датчики зенитного угла с чувствительным элементом в виде отвеса характеризуютс  невысокой чувствительностью (пор дка 0,5°) и довольно сложной схемой преобразовани  положени  чувствительного элемента в электрический сигнал.

Известно, например, устройство (VJ дл  измерений угла наклона скважины, которое содержит трубчатый световод, частично заполненный жидкостью, светочувствительный слой, окружающий световод, и источник света. При измерении включают питание источника света и на светочувствительном слое фиксируетс  положение уровн  жидкости , по которому и определ ют зенитный угол скважины. Это устройство обладает хорошей точностью, но низкой производительностью, так как  вл етс  одноразовым и дл  каждого замера требует отдельного спуска в скважину .

Более высокую производительность имеет устройство дл  контрол  кривиз00

ю ю ю со

31

ны буровых скважин 2,  вл ющеес  ближайшим аналогом изобретени . Это устройство содержит цилиндрическую камеру, частично заполненную электро проводной жидкостью, и погруженный в нее реостат, функции подвижного кон- тахта которого выполн ет электропроводна  жидкость. Недостаток этого устройства - излишн   сложность кон- струкции.

Цель изобретени  - упрощение конструкции устройства.

Цель достигаетс  тем, что реостат размещен непосредственно на внутрен- ней поверхности цилиндрической камеры .

Конструкци  предложенного датчика предельно проста: цилиндрическа  ка- мера, частично заполненна  электро- проводной жидкостью, и реостат (пле- ноч ный или проволочный) на ее внутренней поверхности. При вертикальном расположении датчика (зенит.ный угол

0°) поверхность электропроводной жид кости горизонтальна и сопротивление реостата равно сопротивлению той его части, котора  располагаетс  выше уровн  жидкости (при условии, что сопротивление жидкости много меньше co противлени  каждого витка проволочного или единицы длины пленочного реостата ) .

При отклонении датчика от вертикали уровейь жидкости поднимаетс  относительно реостата в стороне, проти воположной отклонению нижнего конца датчика, (т.е. скважины), и хорошо- провод ща  жидкость замыкает, закорачивает те витки (или ту часть реостата ) , до которых она поднимаетс . В результате при отклонении датчика от вертикали сопротивление реостата уменьшаетс  тем больше, чем больше

зенитный угол датчика.

i

Между детал ми датчика нет механического трени , он удобен дл  непрерывных и дистанционных измерений. Дополнительное преимущество, которое достигаетс  при указанном размещении реостата, заключаетс  в повышении чувствительности датчика по сравнени с прототипом.

На фиг, 1 изображен датчик, вмонтированный в корпус инклинометра, в вертикальном положении (продольный разрез); на фиг. 2 - датчик при отклонении его от вертикали и данные дл  расчета зависимости сопротивлени

Q

е

n

5 g

0

5

50

датчика от зенитного угла; на фиг; 3 расчетна  зависимость сопротивлени  R«p датчика от зенитного угла Jf .

Датчик содержит измерительную камеру 1, выполненную из изол ционного материала (стекла или пластмассы). Камера имеет цилиндрическую форму и закруглена в нижней части. На внутренней поверхности цилиндрической части камеры нанесено сопротивление реостата 2. Реостат может быть выполнен проволочным, изготовлен путем напылени  металлического порошка, нанесени  тонкого сло  металла химическим путем или покрытием внутренней стенки камеры полимерной пленкой, обладающей некоторой электропроводностью . В наиболее простом случае при нанесении проволочного реостата его

наматывают виток к витку константа- новым, нихромовым или другим высоко- омным проводом, сопротивление которого мало зависит от температуры. Выводы от концов реостата 2 (на фигурах не показаны) подсоединены к жилам каротажного кабел  3, через которые к реостату подключен измеритель сопротивлени . Нижн   часть измерительной, камеры 1 до середины ее цилиндрической части заполнена жидкостью k, обладающей высокой электропроводностью, например ртутью. Жидкость Ц играет роль подвижного контакта реостата 2, положение этого контакта мен етс  в зависимости от зенитного угла датчика . Датчик установлен в нижней части корпуса инклинометра 5 и отделен от него амортизирующей прокладкой 6. Измерительную камеру после заполнени  жидкостью Ц герметизируют.

I

Зависимость сопротивлени  реостата от зенитного угла датчика может быть рассчитана следующим образом.

Обозначим через L длину цилиндрической части измерительной камеры (см. фиг. 2), через а ее радиус. Обозначим через R полное сопротивление реостата, тогда сопротивление единицы его длины составит R/L.

I

Если измерительную камеру заполнить электропроводной жидкостью до уровн  L/2, то при вертикальном по- 55 ложении датчика сопротивление реостата равно

1 „ 2 R

(1)

51

При отклонении датчика от вертикали на угол Ц 0 уровень жидкости перемещаетс  вверх на отрезок b от середины цилиндрической части камеры и исключает из сопротивлени  реостата величину b R/Jj, после чего сопротивление реостата равно

I

R

Ч

R0 - b-R/L 0,5 R - a tg (f

R/L (0,5 L -   tgCf) -R/L.

(2)

При изготовлении реостата в виде проволочной намотки можно подсчитать величину R в зависимости от диаметра

8199936

провода d и сопротивлени  длины о :

Р d

5

R

2. a-L

10

По формуле (2) выполнен расчет Ец, f (if) дл  значений L 4 см и а 1 см, какими они были у образца датчика, изготовленного и испытанного в лаборатории ГИС кафедры рудной геофизики. Результаты расчета приведены в таблице, по ним построен график на фиг. 3.

Как следует из расчетов, предложенный датчик обладает достаточно высокой чувствительностью1 даже при малых зенитных углах.

Как видно из формулы (2) , изменение сопротивлени  датчика пропорционально отношению a/L. Следовательно, размещение реостата на внутренней поверхности измерительной камеры позвол ет получить максимальную чувствительность датчика без увеличени  его диаметра. особенность датчика существенна дл  измерений в услови х буровых скважин, так как диаметр последних ограничен. .„

Измерени  с предложенным датчиком чрезвычайно просты.

Перед спуском датчика в скважину его подсоедин ют к каротажному кабелю и через кабель к измерителю сопротивлений (омметру, мосту Уитстона или другому прибору). Датчик закрепл ют в установочном инклинометричес- ком столе и производ т его градуировку: измер ют сопротивление реостата при различных зенитных углах и стро т график, аналогичный приведенному

на фиг. 3. Затем датчик опускают на забой скважины и производ т регистрацию сопротивлени  реостата 2 при подъеме датчика в непрерывном режиме или при остановках датчика через определенные интервалы по стволу сква- жины. Величину зенитного угла определ ют по величине сопротивлени  реостата , пользу сь градуировочным графиком .

Предложенный датчик зенитного угла может быть установлен в серийных инклинометрах ИК-1, ИК-2, МИР-36, И-7 и др., что значительно упростит их конструкцию и позволил- повысить производительность и точность измерений.

Ф о р м у л-а изобретени 

Датчик зенитного угла буровой скважины, содержащий цилиндрическую камеру, частично заполненную электропроводной жидкостью, и реостат, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  конструкции, реостат размещен на внутренней поверхности цилиндрической камеры.

)--ГИ

Фиг. 2

W