00
Kj 1 Изобретение относитс к промысловой геофизике, а более конкретно устройствам дл контрол технического состо ни скважин, и может быт применено при бурении нефт ных, газовых и геологоразведочных скважи Известен гироскопический инклинометр , содержащий корпус, трехстепенной гироскоп, св занный с подвижной рамкой, в которой установ лены датчики углов, преобразователь но-измерительный блок, может быть снабжен установленным в подвижной рамке эксцентричным грузом и двум 1ироскопическими двухстепенными датчиками угловой скорости, чувстви тельные оси которых взаимно перпендикул рны и св заны с подвижной рамкой m. Однако данный гироскопический инклинометр отличаетс сложностью и громоздкостью корректирующего устройства, ограничивающего возможность его использовани в глубоких и узких сква шнах-; предостаточной точностью замеров из-за остаточной статической неуравновешенности, тре ни в опорах и прочих вредных момен тов, действующих на чувствительньш элемент гироприборов; наличием суще ственных погрешностей при измерении двухстепенным гироскопом угловой скорости вращени Земли, что непосредственно вли ет на точность опре делени азимута; измерением синусно косинусным трансформатором, установ ленным между трехстепенным гироскопом и раккой корректирующего устрой ства, не истинной величины азимута, а угла между плоскостью наклона и некоторым направлением (задаваемым трехстепенным гироскопом , вследств того, что ось наружной рамки трехст пенного гироскопа занимает не верти кальное положение. Наиболее близким к изобретению вл етс устройство дл измерени кривизны горизонтальных и наклонных скважин, содержащее курсовой гироскоп , состо щий из коаксйапьно расп ложенных в опорах внещней рамки и внутренней рамки, внутри которой размещен гиромотор, включающий ротор и статор, электромотор с зубчатым колесом, кинематически св зан ное с последним полукольцо, установ ленное в опорах эксцентричной рамки 2. 872 Наличие след щей системы, состо --, щей из контактного уровн , электрической и зубчатой передач, удерживающей ось наружной рамки трехстепенного гироскопа в вертикальном положении , в совокупности с другими элег ментами данного устройства обеспечивает возможность измерени истинной величины азимута при изменении углов искривлени скважин в широких пределах. Недостатком известного устройства вл етс недостаточна точность измерени азимута из-за ухода главной оси гироскопа от заданного направлени , обусловленного действием вредных моментов от трени , токоподводов , статической неуравновешенности элементов и т.п. причин. Цель изобретени - повышение точности . Цель достигаетс тем, что устройство дл измерени кривизны горизонтальных и наклонных скважин, содержащее курсовой гироскоп, состо щий из коаксиально расположенных в опорах внешней рамки и внутренней рамки, внутри которой размещен гиромоторJ включающий ротор и статор , электромотор с зубчатым коле-, сом, кинематически св занное с последним полукольцо, установленное в onopaSc эксцентричной рамки, снабжено корректирующим блоком, включающем центробежно-ма тниковьш измеритель угловых скоростей, блок съема и обработки его сигнала и два моментных двигател , при этом центробежнома тниковый измеритель угловых скоростей установлен на роторе, моментные двигатели размещены по ос м внешней и внутренней рамок, а блок съема и обработки сигнала осуществл ет электрическую св зь центро- бежно-ма тникового измерител углог вых скоростей с моментными двигате.л ми . На фит.1 изображена принципиальна кинематическа схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - курсовой гироскоп, на роторе которого установлен центробежно-ма тниковый измеритель угловых скоростей. Устройство дл измерени кривизны горизонтальных и наклонных скважин содержит курсовой гироскоп 1, состо щий из внешней рамки 2, в которой на опорах 3 и 4 удерживаетс внутренн рамка 5 с размещенным внутри 3 гиромотором 6 (включающим ротор, гир скопа и статор). Ось СС вращени внешней рамки 2 совмещена с опорами 7 и 8 полукольца 9, которое удер живаетс в опорах 10 и II эксцентри ной рамки 12. Внутри рамки 12 дл смещени центра т жести укреплены грузы 13 и 14, а сама рамка I2 удер диваетс с помощью опор 15 и 16 шасси 17. След ща система данного измерительного устройства включает контактный уровень 18, электромотор 19, зубчатое колесо 20 которого посто нно находитс в зацеплении с зубчатой нагрузкой 21 колукольца 9. Электропитание инклинометра осущест л етс через контактные щетки 22 и коллектор 23 эксцентричной рамки 12. Измерительна система устройства содержит реостатные датчики аз мута 24 и наклона 25, токосъемные щетки 26 и 27, жестко св занные соответственно с полукольцом 9 и от Becofi 28. Корректирующий блок, дополнительно вводимый в измерительно устройство, включает центробежнома тниковый измеритель угловых скоростей 29, представл ющий собой ине ционную массу, закрепленную на упругом подвесе, установленный на р торе гироскопа (гиромотора б) блок 30 съема и обработки его сигнала, а также моментные двигатели 31 и 32 размещенные по ос м внешней и внутр ней рамок 2 и 5 курсового гироскопа 1. Все элементы электрической и кинематической схем гироскопического инклинометра смонтированы на шасси и размещены в герметизированном цилиндрическом корпусе, имеющем пер ходник дл присоединени к кабелю при измерении наклонных скважин и к штангам при измерени х восстающих скважин. При измерении кривизны скважины устройство займет некоторое наклонное положение, которое характеризуетс зенитнымJи азимутальным углами Эксцентрична рамка 12,устанавливаетс в плоскости искривлени сква жины силой т жести смещенных относительно оси грузов 13 и 14. С помо щью след щей системы, состо щей из контактного уровн 18, электромотора 19, зубчатое колесо 20 которого посто нно находитс в зацеплении с зубчатой нагрузкой 21 полукольца 9, ось СС внешней рамки 2 курсового 74 гироскопа 1 удерживаетс в вертикальном положении. Разность потенциалов, пропорциог нальна величинам углов азимута и наклона искривлени скважины, снимаетс с реостатных датчиков азимута 24 и наклона 25 токосъемными щетками 26 и 27, жестко св занными соответственно с полукольцом 9 и отвесом 28. Главна ось курсового трехстепенного гироскопа 1 из-за вредных моментов от трени , токоподводов, статической неуравновещенности элементов и т.п. уходит от заданного направлени . Дп устранени этого недостатка примен етс корректирующий блок, который функционирует следунадим образом. При возникновении отклонени главной оси гироскопа от заданного направлени угол V поворота инерционной массы центробежно-ма тникового измерител 29., вращающегос с посто нной угловой скоростью О, вместе с ротором гироскопа, содержит в себе информацию об угловых скорост хoi , и ухода относительно двух взаимноперпендикул рных осей в плоскости перпендикул рной оси собственного вращени ротора гироскопа (фиг.2). Дифференциальное уравнение динамики инерционной массы центробежно-ма тни кового измерител угловых скоростей после линеаризации имеет вид Jl|ЬЬг cЧ - l г.(-3,Oy)sг((5;nлt bficositih, die c5f d-t 1Т Р где 1з -- коэффициент момента сил в зкого терни , действующего на инерционную массу относительно выходной оси OY ; G - коэффициент жесткости упругих элементов подвеса инерционной массы измерител ; 0(/} - углы поворотов внешней 2 и внутренней 5 рамок курсового гироскопа 1, характеризующие уход главной оси гироскопа от заданного направлени под действием различного рода вредных моментов; ури,7- осевые моменты инерции инерционной массы центробежнома тникового измерител угловых скоростей 29 относительно соответствующих осей. С помощью блока 30 съема и обработки сигнала, составленного из типо вых элементов /датчика угла поворота , генераторов опорных импульсов, усилителей, демодул торов, триггеров данньш полезный сигнал с частотой вращени ротора раздел етс на два сигнала ро посто нному току, пропорциональных угловым скорост м об, , Д ухода гироскопа относительно внешней 2 и внутренней 5 рамок, которые, пода ютс на соответствующие моментные двигатели 31 и 32, размещенные по ос м внешней и внутренней рамок Данные двигатели формируют в соответ ствии с полученными сигналами моменты , которые прикладываютс к внутренней 5 и внешней 2 рамкам, компенсиру вредные моменты и не допуска погрешность в измерении азимутальног го угла (из-за возможного ухода глав ной оси гироскопа от заданного направлени ) . Размещение курсового гироскопа в эксцентричной , наличие полукольца , удерживакнцего с помощью след щей системы ось СС внешней рамки курсового гироскопа в вертикальном положении, а также снабжение устройства корректирующим блоком , включающим центробежно-ма тниг ковый измеритель угловых скоростей, установленный на -роторе гироскопа, блок съема и обработки его сигнала, два моментных двигател , размещенных по ос м внешней и внутренней рамок, причем блок съема и обработки сигнал ла осуществл ет электрическую св зь центробежно-ма тникового измерител угловых скоростей с моментными двигател ми, выгодно отличает предлагаемое устройство от известных, так как предлагаемое инклинометричес кое устройство позвол ет существенно расширить диапазон и повысить точность измерени истинной величины азимута при измерени х углов искривлени скважины в широких пределах . Предлагаемое измерительное устройство дает возможность измер ть наклонные, горизонтальные и восстающие скважины различногЬ назначени , угол которых измен етс в вертикальной плоскости от О до ±7 f 88 град,, тогда как в известных инклинометрах ИГ-50, ИГ-36 угол наклона измер етс от +30 .до +88 град. а наличие корректирующего блока позвол ет минимизировать уход главной ° курсоуказател который, например дл ИГ-50, составл ет 4 град/ч, т.е. расшир етс диапазон и точность измерений. Применение подобного инклинометрического устройства дл измерейи искривлений горизонтальных, восстанлцих и наклонных скважин позвол ет получить экономический эффект до 20000 руб. Наличие же корректирующего блока позвол ет улучшить точностные характеристики инклинометра за счет учета и компенсации вли ни возмущающих воздействий на курсовой гироскоп. Предлагаемое гироскопическое инклинометрическое устройство позвол п , ет надежно определить азимут и зенитные угль в скважинах, где невозможно непосредственное наблюдение за поведением чувствительных элементов приборов, а также непосредственно измерить кривизну скважины внутри колонны стальных и легкосплавных бурильных труб без подъвма их на поверхность. Благодар этому резко сокращаетс врем на инклиноетрические измерени и непроизвоительные спуско-подъемные операции бурильного инструмента.
Фиг.1
Pui.2