SU1559132A1 - Автономный инклинометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике бурени  и предназначено дл  контрол  пространственного положени  ствола скважины. Цель - повышение точности измерени  и надежности работы. В корпусе /К/ 1 размещены измерительный элемент /Э/, стальна  нить 3 с поплавком /П/ 4 и подпружиненный относительно К 1 прижимной Э 6. Измерительный Э выполнен в виде шарика 2, съемного носител  информации в виде сферической шкалы 8 и магнитной стрелки в виде двух посто нных магнитов 9. Прижимной Э 6 установлен с возможностью взаимодействи  с гидротолкател ми 7, размещенными вне К 1. Нижн   поверхность П 4 выполнена в виде сферического сегмента, а шкала 8 установлена в нижней части П 4. При этом К 1 заполнен двум  несмешивающимис  жидкост ми с разной плотностью. В эти жидкости погружен П 4 и размещен между Э 6 и шкалой 8 с возможностью свободного перемещени  относительно нити 3. Магниты 9 диаметрально противоположно закреплены на П 4, а нить 3 размещена соосно с К 1 и св зана с ним посредством пружины 11. В гидротолкател х 7 выполнены разные по площади проходные отверсти  "Б", тарированные на различный расход бурового раствора. В момент измерени  Э 6 прижимает П 4 к шарику 2. По отпечаткам на шкале 8 определ ют азимут и зенитный угол. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к бурению нефт ных, газовых и геологоразведочных глубоких и сверхглубоких скважин , а именно к техническим средствам контрол  пространственного положени  ствола скважины в процессе бу- . рени .

Цель изобретени  - повышение точности измерени  и надежности работы.

На фиг о 1 показан автономный инклинометр; на фиг.2 - шкала, вид со стороны нижней части поплавка.

Автономный инклинометр содержит корпус 1, в котором размещены измерительный элемент в виде шарика 2, съемного носител  информации и магнитной стрелки, стальна  нить 3 с поплавком 4 и подпружиненный относительно корпуса 1 пружиной 5 прижимной элемент 6, установленный с возможностью взаимодействи  с гидро- толкател ми 7, размещенными вне корпуса 1 (показан один гидротолкатель). Нижн   поверхность поплавка 4 выполнена в виде выпуклого сферического сегмента, а носитель информации - в виде сферической шкалы 8, изготовленной из м гкого тонколистового материала (например, алюмини ) и установленной в нижней части поплавка 4, Корпус 1 заполнен двум  несмешиваю- щимис  жидкост ми с разной плотностью , а поплавок, в котором выполнено коническое отверстие А, погружен в эти две жидкости и размещен между прижимным элементом 6 и носителем информации (шкалой 8) с возможностью свободного перемещени  относительно нити 3. Магнитна  стрелка выполнена в виде двух посто нных магнитов 9, диаметрально противоположно закрепленных на поплавке 4. Шарик 2 выполнен из немагнитного материала и размещен с возможностью свободного

перемещени  на вогнутой сфер ической поверхности диска 10, Нить 3, выполненна , например, из вольфрама, размещена соосно в корпусе 1 и св зана с ним посредством пружины 11. С при-

жимным элементом 6 жестко св зан шток 12 с уплотнительной манжетой 13. В гидротолкател х 7 выполнены разные по площади проходные отверсти  Б, тарированные на различный

расход бурового раствора. Дл  посадки гидротолкател  7 на шток 12 служит втулка-ловитель 14. Дл  присоединени  автономного инклинометра к низу бурильной колонки служит контейнер 15 и переводник 16. Метки 17 и 18 на шкале 8 (фиг,2) соответствуют расположению магнитов 9 на поплавке 4,

Вес детали и элементы автономного

инклинометра изготовлены из немагнитных материалов.

Масса поплавка 4 в сборе и плотности жидкостей рассчитываютс  так, чтобы граница В раздела жидкостей

совпала или была близка к горизонтальной плоскости, дел щей поплавок на две половины.

Масса погруженного в жидкости поплавка 4 равна сумме масс вытесненных

им жидкостей, кажда  из которых имеет объем, равный или близкий половине объема поплавка 4, т.е.

М М + М г - п Ж , г 2

Vn

Г + Г 1 2 «г

- Г )О)

где М п масса поплавка в сборе;

515

M , М - массы соответственно легкой 1

и т желой жидкостей, вытес-ч

ненных поплавком; Vn - объем поплавка; т и у - плотности соответственно

легкой и т желой жидкостей.

При выполнении услови  (1) гаран- тируетс  устойчива  плавучесть поплав ка 4 и среднее его положение относи- тельно границы В раздела жидкостей, при изменени х плотностей как самого материала поплавка 4, так и жидкостей , вызванных измен ющимис  в широком диапазоне термобарическими уело- ви ми работы инклинометра в скважине.

В качестве легкой и т желой жидкостей могут быть использованы, например , трансформаторное масло плотностью 0,88 г/см и глицерин плотное- тью 1,25 г/см3.

Дл  прин той конструкций поплавка 4 диаметром 100 мм, высотой 25 мм по оси и радиусом 150 мм сферических поверхностей , рассчитанным на измере- ние зенитного угла до 20°, объем поплавка 4 равен 150 см5,

.Учитыва , что поплавок должен быть погружен в глицерин на половину своего объема в соответствии с фор- мулой (1), масса поплавка равна Мп 160 г.

Масса М г и объем V-ft поплавка складываютс  из масс и объемов материала, из которого изготовлен поплавок, маг- НИТОБ 9 и шкалы 8 (фиг,,1)

м М+ М + М

пп мат 11« шк

V

+ V,, + Vu

Vn v маг -г VM -г ушк, где Ммат, №ми Мшк массы соответст- 40

v «л

венно материала, магнитов и шкалы; V. и Ушк- объемы соответственно материала, магнитов и шкалы, 45

В качестве магнитов предлагаетс  использовать термостойкие посто нные магниты из редкоземельного металла SmCOj (самарийкобальт п ть) с высокой магнитной энергией, диаметром 10 мм, высотой 6 мм, массой 8 г и объемом

0,5 см каждый. Шкала 8, изготовленна  из листового алюмини  толщиной 0S5 мм,хпри выбранных размерах будет массу 11 г и объем 4 см ,

Таким образом, масса и объем материала поплавка должны быть равны:

32

М

млт

. Мп- Мм- Мшк ИЗ г;

VM«T Vn - VM- V 145 см3.

Следовательно плотность f #& материала поплавка должна быть равна

0,92 г/см5.

,„ М„ /V,

/иол- маг

С такой плотностью предлагаетс  выбрать полиэтилен, а дл  повышени  термомеханических свойств его необходимо обработать радиационным методом .

Автономный инклинометр работает следующим образом.

При наклоне прибора шарик 2 под действием силы т жести откатываетс  от оси на рассто ние, соответствующее углу наклона (зенитному углу искривлени  скважины), при этом цен шарика лежит на вертикали, проход щей через центр сферической поверхности диска 10.

Радиус R этой поверхности определ етс  из услови 

R r/sin /,

где г - радиус диска 10;

о - верхний предел измерени  зенитного угла искривлени  скважины.

Такой же радиус должна иметь сферическа  шкала 8, установленна  на поплавке 4,

Поплавок 4 находитс  на границе В раздела жидкостей в горизонтальном положении под углом к оси корпуса 1 (нити 3), равным углу наклона инклинометра (зенитному углу искривлени  скважины). Нить 3, предназначенна  дл  центрировани  поплавка в корпусе 1, свободно продета через отверстие А в поплавке. Это отверстие выполнено коническим, чтобы при наклоне инклинометра нить не мешала свободному перемещению (вращению) поплавка по отношению к ней при установке его по горизонту и азимуту, а также при проведении измерений. Диаметр отверсти  А в вершине конуса (в шкале 8) должен быть несколько больше диаметра нити. Например, если диаметр нити равен 0,3 мм, то от- верстие в шкале следует выбрать рав-1 ным 0,5 мм. Таким образом, в данной конструкции центр шкалы 8 всегда сов падает с осью корпуса.

1

Поплавок 4, наход сь в горизонтальном положении, при взаимодействии земного магнитного пол  с пол ми посто нных магнитов 9 ориентируетс  по азимуту, т.е. ведет себ  подобно магнитной стрелке компаса.

Регистраци  параметров в автоном-. ном инклинометре осуществл етс  следующим образом. В момент, когда не- обходимо зафиксировать зенитный угол и азимут искривлени  скважины, в колонну бурильных труб опускаетс  гидротолкатель 7 и затем восстанавливаетс  циркул ци  бурового раствора . Гидротолкатель под собственным весом и увлекаемый потоком бурового раствора транспортируетс  к установленному в нижней части колонны бурильных труб автономному инклинометру , входит в отверстие втулки-ловител  14 и упираетс  своим нижним концом в торец штока 12,

Так как площадь проходных отверс- тий Б в гидротолкателе 7 меньше площади проходного отверсти  бурильных труб, то при посадке гидротолкател  во втулку-ловитель 14 образуетс  гидроудар , вызывающий по вление силы, под действием которой шток 12 опускаетс , преодолева  усилие сжати  пружины 5, Прижимной элемент 6, св занный со штоком 12, увлекает за собой поплавок 4 и прижимает его к шарику 2, На шкале 8 образуетс  метка в виде вм тины Г (фиг,2) от шарика 2 по расположению которой определ ют зенитный угол (о) и азимут () искривлени  скважины.

Глубина (площадь) вм тины зависит от усили  прижати  поплавка 4 к ша- р ку 2, т.е. от площади проходных отверстий Б, расхода бурового раствора и усили  сжати  пружины 5,

Когда действие гидроудара прекратитс , пружина 5 возвращает шток 12 с прижимным элементом 6 в исходное положение, поплавок 4 освобождаетс  и всплывает, так как он был погружен в т желую жидкость с плотностью 2 инклинометр готов к следующему измерению ,

В.случае необходимости измерени  в другой точке ствола скважины операцию повтор ют, опуска  второй гид- ротолкатель с отверсти ми Б, имеющими большую или меньшую, чем у первого гидротолкател , площадь,

15

0

591

5

5

40

45

50

328

При этом втора  метка Д, соответствующа  зенитному углу о(г и азимуту рг на шкале 8 (фиг.2), отличаетс  от первой глубиной (площадью) вм тины .

Дл  второго гидротолкател  в конструкции инклинометра предусмотрена сво  втулка-ловитель, и он при посадке упираетс  в верхний торец первого гидротолкател  7 (второй гидротолкатель со своей втулкой-ловителем не показаны).

Считывание показаний производитс  после подъема с забо  скважины и разборки инклинометра, В очередном рейсе бурильного инструмента устанавливаетс  нова  сменна  шкала 8 на поплавке 4,

Изобретение позвол ет повысить точность измерени  и надежность работы инклинометра по сравнению с прототипом.

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   1, Автономный инклинометр, содер жащий заполненный жидкостью корпус, в котором размещены измерительный элемент в виде шарика, съемного носител  информации и магнитной стрел-- ки, стальна  нить с поплавком, и подпружиненный относительно корпуса при жимной элемент, установленный с возможностью взаимодействи  с. гидротол- кател ми, размещенными вне корпуса, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  и надежности работы, корпус заполнен двум  несмешивающимис  жидкост ми с разной плотностью, а поплавок, нижн   поверхность которого выполнена в виде выпуклого сферического сегмента , погружен в две несмешивающиес  жидкости и размещен между прижимным элементом и носителем информации с возможностью свободного перемещени  относительно нити, размещенной соос- но в корпусе и св занной с ним, при этом магнитна  стрелка выполнена в виде двух посто нных магнитов, диаметрально противоположно закрепленных на поплавке, носитель информации - в виде сферической шкалы, установленной в нижней части поплавкаs а в гидротолк.ател х выполнены разные по площади проходные отверсти , тарированные на различный расход вого раствора.

   91
2. 2. Инклинометр по п.1, о т л и- чающийс  тем, что масса погруженного в жидкости поплавка равна сумме масс вытесненных им жидкостей, кажда  из которых имеет объем, рав

   10

   ный или близкий половине объема поплавка.
3. 3. Инклинометр по п,1, отличающийс  тем, что нить св зана с корпусом посредством пружины.

   Редактор О.Юрковецка 

   Составитель А.Цветков

   Техред М.Моргентал Корректор М.Кучер ва 

   Заказ 1859

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

   С ей ер

   Г

   Фиг..

   Тираж 487

   Подписное