RU47437U1

RU47437U1 - INCLINOMETER COMPLEX

Info

Publication number: RU47437U1
Application number: RU2005112629/22U
Authority: RU
Inventors: В.А. Бурцев; П.Б. Дергачев; Ю.С. Луковатый; И.В. Попова
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Гирооптика"
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2005-08-27

Abstract

Использование: в геодезических измерительных системах для проведения исследований в буровых скважинах малого диаметра. Сущность изобретения: комплекс инклинометра содержит наземную аппаратуру и скважинный прибор, включающий устройство начальной выставки, центрирующее устройство, корпус, внутри которого расположен микромеханический датчик угловой скорости, двухкомпонентный микромеханический акселерометр, первый электронный блок, включающий аналого-цифровой преобразователь, контроллер и внутреннюю память. С помощью наземной аппаратуры скважинный прибор опускается в скважину. При подъеме скважинного прибора сигналы с датчика угловой скорости и двухкомпонентного акселерометра через аналого-цифровой преобразователь и контроллер поступают во внутреннюю память скважинного прибора. После подъема скважинного прибора осуществляется перезапись измерительной информации из внутренней памяти скважинного прибора в память наземной аппаратуры. Далее происходит камеральная обработка измерительной информации с помощью программно-аппаратных средств. Комплекс позволяет уменьшить габариты скважинного прибора и осуществлять оперативный контроль пространственного положения скважин малого диаметра.Usage: in geodetic measuring systems for research in small boreholes. The inventive inclinometer complex comprises ground-based equipment and a downhole tool, including an initial exhibition device, a centering device, a housing inside which is a micromechanical angular velocity sensor, a two-component micromechanical accelerometer, a first electronic unit including an analog-to-digital converter, controller, and internal memory. Using ground equipment, the downhole tool is lowered into the well. When lifting the downhole tool, the signals from the angular velocity sensor and the two-component accelerometer through the analog-to-digital converter and controller enter the internal memory of the downhole tool. After lifting the downhole tool, the measurement information is rewritten from the internal memory of the downhole tool to the memory of the ground equipment. Next, cameral processing of measurement information using software and hardware. The complex allows to reduce the dimensions of the downhole tool and to carry out operational control of the spatial position of small diameter wells.

Description

Изобретение относится к системам и комплексам для определения пространственного положения оси буровой скважины, в частности, к гироскопическим инклинометрам.The invention relates to systems and complexes for determining the spatial position of the axis of a borehole, in particular, to gyroscopic inclinometers.

В настоящее время в мировой практике широко распространены инклинометры, использующие акселерометры и гироскопы.Currently, inclinometers using accelerometers and gyroscopes are widespread in world practice.

Известны устройства (Исаченко В.Х. Инклинометрия скважины. - М.: Недра, 1987, с.36, 78-83), в которых гироскопы работают в режимах датчиков угловых скоростей, которые измеряют составляющие проекции угловой скорости вращения Земли. Акселерометры измеряют проекции ускорения силы тяжести.Known devices (Isachenko V.KH. Well inclinometry. - M .: Nedra, 1987, p. 36, 78-83), in which gyroscopes operate in angular velocity sensors that measure the components of the projection of the angular velocity of the Earth's rotation. Accelerometers measure the projection of the acceleration of gravity.

Недостатком известных устройств является то, что наличие двухосного подвеса или более двух чувствительных элементов резко увеличивает количество электронных блоков, энергопотребление, массу и габариты инклинометра, ограничиваем точностные характеристики устройств из-за взаимовлияния чувствительных элементов между собой.A disadvantage of the known devices is that the presence of a biaxial suspension or more than two sensitive elements dramatically increases the number of electronic units, power consumption, weight and dimensions of the inclinometer, we limit the accuracy characteristics of the devices due to the interaction of sensitive elements with each other.

Известно техническое решение [U.S., патент, 4987684, Кл. G 01 C 9 /00, 1991], в котором инклинометр содержит два трехстепенных гироскопа и три акселерометра. Вычисление углов в этом инклинометре заключается в счислении величин зенитного угла и азимута по известным алгоритмам инерциальной навигации, использующим выходные сигналы гироскопов и акселерометров, кодировании этих данных и передачи их по кабелю в компьютер, находящийся на поверхности, который производит все вычисления. В процессе измерения углов регулярно проводятся кратковременные остановки инклинометра, во время которых происходит коррекция его выходных данных.A technical solution is known [U.S., patent, 4987684, Cl. G 01 C 9/00, 1991], in which the inclinometer contains two three-degree gyroscopes and three accelerometers. The calculation of the angles in this inclinometer consists in calculating the values of the zenith angle and azimuth using well-known inertial navigation algorithms using the output signals of gyroscopes and accelerometers, encoding these data and transferring them via cable to a computer located on the surface, which performs all the calculations. In the process of measuring angles, short-term stops of the inclinometer are regularly conducted, during which correction of its output data takes place.

Недостатком этого решения является невозможность его использования в процессе бурения в качестве телеметрической системы из-за необходимости кабельной связи между датчиком инклинометра и компьютером, находящимся на поверхности. Данному устройству свойственно также нарастание ошибок во времени, что накладывает достаточно жесткие границы по времени его использования для съемки скважины и обуславливает необходимость регулярных остановок инклинометра в процессе измерений для проведения коррекций. Наличие одноосного карданова подвеса с приводом усложняет конструкцию системы и увеличивает габариты, что снижает ее надежность и ограничивает ее применение в узких скважинах.The disadvantage of this solution is the impossibility of its use in the drilling process as a telemetry system due to the need for cable communication between the inclinometer sensor and a computer located on the surface. This device is also characterized by an increase in errors in time, which imposes quite strict boundaries on the time of its use for surveying the well and necessitates regular stops of the inclinometer during measurements to carry out corrections. The presence of a uniaxial cardan suspension with a drive complicates the design of the system and increases its dimensions, which reduces its reliability and limits its use in narrow wells.

Задачей настоящего изобретения является создание малогабаритного гироскопического инклинометра, обеспечивающего необходимую точность измерения параметров траектории скважин малого диаметра.The present invention is the creation of a small-sized gyroscopic inclinometer, providing the necessary accuracy of measuring the parameters of the trajectory of small diameter wells.

Технический результат получен за счет того, что в комплекс инклинометра, содержащий наземную аппаратуру и скважинный прибор, включающий устройство начальной выставки, центрирующее устройство, корпус, внутри которого расположены гироскопическое устройство, первый и, второй акселерометры, первый электронный блок, включающий аналого-цифровой преобразователь, контроллер и внутреннюю память, гироскопическое устройство может быть выполнено в виде микромеханического датчика угловой скорости, а первый и второй акселерометры могут быть выполнены в виде микромеханического двухкомпонентного акселерометра. Микромеханический датчик угловой скорости может быть закреплен в корпусе, а его ось чувствительности может быть направлена по продольной оси скважинного прибора.The technical result was obtained due to the fact that the inclinometer complex containing ground equipment and a downhole tool, including an initial exhibition device, a centering device, a housing with a gyroscopic device inside it, a first and second accelerometers, a first electronic unit including an analog-to-digital converter , a controller and internal memory, a gyroscopic device can be made in the form of a micromechanical angular velocity sensor, and the first and second accelerometers can be flaxen in the form of a micromechanical two-component accelerometer. The micromechanical angular velocity sensor can be fixed in the housing, and its sensitivity axis can be directed along the longitudinal axis of the downhole tool.

При исполнении комплекса инклинометра, у которого гироскопическое устройство может быть выполнено в виде микромеханического датчика угловой скорости, а первый и второй акселерометры могут быть выполнены в виде микромеханического двухкомпонентного акселерометра, при этом микромеханический датчик угловой скорости может быть закреплен в корпусе, а его ось чувствительности может быть направлена по продольной оси скважинного прибора, а двухкомпонентный акселерометр может быть закреплен в корпусе, а его оси чувствительности взаимно перпендикулярны и могут располагаться в плоскости, перпендикулярной продольной оси скважинного прибора, уменьшаются габариты скважинного прибора.When performing an inclinometer complex, in which the gyroscopic device can be made in the form of a micromechanical angular velocity sensor, and the first and second accelerometers can be made in the form of a micromechanical two-component accelerometer, the micromechanical angular velocity sensor can be fixed in the housing, and its sensitivity axis can be directed along the longitudinal axis of the downhole tool, and the two-component accelerometer can be fixed in the housing, and its sensitivity axis is mutually perp are perpendicular and can be located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the downhole tool, the dimensions of the downhole tool are reduced.

На чертеже представлена структурно-функциональная блок-схема комплекса инклинометра.The drawing shows a structural-functional block diagram of the inclinometer complex.

Комплекс инклинометра содержит наземную аппаратуру 1 и скважинный прибор 2. Скважинный прибор 2 включает центрирующее устройство 3, корпус 4, внутри которого расположены микромеханический датчик угловой скорости 5 и микромеханический двухкомпонентный акселерометр 6, первый электронный блок 7, включающий аналого-цифровой преобразователь, контроллер и внутреннюю память. В состав скважинного прибора 2 входит также устройство начальной выставки и автономный источник питания 8, включающий аккумуляторную батарею и вторичный источник питания. В состав наземной аппаратуры 1 входит пульт управления 9, включающий второй электронный блок 10, блок питания 11, а также устройство The inclinometer complex includes ground-based equipment 1 and a downhole tool 2. The downhole tool 2 includes a centering device 3, a housing 4, inside which are located a micromechanical angular velocity sensor 5 and a micromechanical two-component accelerometer 6, the first electronic unit 7, including an analog-to-digital converter, controller, and internal memory. The composition of the downhole tool 2 also includes an initial exhibition device and an autonomous power source 8, including a battery and a secondary power source. The composition of ground equipment 1 includes a control panel 9, including a second electronic unit 10, a power supply 11, and also a device

отображения и управления 12. Пульт управления 9 с помощью кабелей подключен к скважинному прибору 2 и к датчику глубины спуска 13, установленному на корпусе ручной лебедки 14. Лебедка 14 содержит корпус, барабан с тросом 15, устройство крепления 16 к обсадной трубе, а также ручной привод.display and control 12. The control panel 9 is connected via cables to the downhole tool 2 and to the descent depth sensor 13 mounted on the body of the manual winch 14. The winch 14 contains a housing, a drum with a cable 15, a fastening device 16 to the casing, as well as a manual drive unit.

Предложенное устройство работает следующим образом. С помощью устройства начальной выставки 17 осуществляется привязка системы координат, связанной с измерительными осями двухкомпонентного акселерометра 6, к направлению на местности с известным дирекционным углом. До начала спуска скважинного прибора 2, кроме процедуры начальной выставки, с помощью пульта управления 9 осуществляется ввод исходных данных (номер и диаметр скважины, координаты устья скважины и пункта визирования и др.) Перед началом спуска осуществляется подсоединение троса 15 лебедки 14 к скважинному прибору 2. При спуске в скважину скважинный прибор отключается от пульта управления 9. При помощи ручной лебедки 14 производится спуск скважинного прибора 2. При спуске происходит запись сигналов датчика глубины 13 спуска во внутреннюю память пульта управления 9. В процессе подъема с помощью первого электронного блока 7 происходит преобразование аналоговых сигналов датчиков 5 и 6 в цифровой вид и регистрация во внутренней памяти скважинного прибора 2. Частота записи информации составляет величину не менее 20 Гц. После подъема осуществляется выключение скважинного прибора 2 и перезапись измерительной информации из внутренней памяти скважинного прибора 2 в память пульта управления 9. Далее происходит камеральная обработка измерительной информации с помощью программно-аппаратных средств. Обработанная информация представляется в графическом виде на дисплее (масштабированные сечения по глубине скважины) и в табличном виде (координаты точек по глубине скважины).The proposed device operates as follows. Using the device of the initial exhibition 17, the coordinate system associated with the measuring axes of the two-component accelerometer 6 is linked to the direction on the ground with a known directional angle. Prior to the launch of the downhole tool 2, in addition to the initial exhibition procedure, using the control panel 9, input of the initial data (number and diameter of the well, coordinates of the wellhead and sighting point, etc.) is carried out. Before the start of the descent, the cable 15 of the winch 14 to the downhole tool 2 is connected . When descending into the well, the downhole tool is disconnected from the control panel 9. With the help of a manual winch 14, the downhole tool 2 is released. When descending, the signals of the descent depth sensor 13 are recorded in the internal memory control panel 9. In the process of lifting using the first electronic unit 7, the analog signals of the sensors 5 and 6 are converted into digital form and recorded in the internal memory of the downhole tool 2. The frequency of recording information is at least 20 Hz. After the lift, the downhole tool 2 is turned off and the measurement information is overwritten from the internal memory of the downhole tool 2 to the memory of the control panel 9. Next, the desk-side processing of the measurement information occurs using software and hardware. The processed information is presented in graphical form on the display (scaled sections along the depth of the well) and in tabular form (coordinates of points along the depth of the well).

Таким образом, может быть осуществлено определение пространственного положения оси буровой скважины.Thus, the spatial position of the axis of the borehole can be determined.

Заявленный комплекс инклинометра позволяет уменьшить габариты скважинного прибора и осуществлять оперативный контроль пространственного положения скважины малого диаметра.The claimed complex inclinometer allows you to reduce the size of the downhole tool and to monitor the spatial position of the borehole of small diameter.

Claims

1. The inclinometer complex comprising ground-based equipment and a downhole tool, including an initial exhibition device, a centering device, a housing within which a gyroscopic device, first and second accelerometers are located, a first electronic unit including an analog-to-digital converter, a controller and internal memory, characterized in that the gyroscopic device is made in the form of a micromechanical angular velocity sensor, and the first and second accelerometers are made in the form of a two-component micromechanical about the accelerometer.

2. The inclinometer complex according to claim 1, characterized in that the micromechanical angular velocity sensor is fixed in the housing, and its sensitivity axis is directed along the longitudinal axis of the downhole tool.

3. The inclinometer complex according to claim 1, characterized in that the two-component accelerometer is fixed in the housing, and its sensitivity axes are mutually perpendicular and located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the downhole tool.