SU901485A1 - Гироскопический инклинометр - Google Patents

Description

() ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИНКЛИНОМЕТР

Изобретение относитс  к горной про вJlшлeннocти, конкретно к устройствам позвол щим определить величину азимутальных и зенитных углов в глубоких и узких скважинах, где невозможно наблюдение за поведением чувствительных элементов приборов, и может быть применено при бурении нефт ных газовых и геологоразведочных скважин Известен гироскопический инклинометр , состо щий из трехстепенного гирокомпаса и ма тника, примен емого например, в инклинометре фирмы Нау , . Недостатками этого устройства  вл ютс  невысока  точность замеров (нескомпенсированна  скорость ухода оси кинетического момента за счет возмущающих моментов и суточного вра щени  Земли), а также продолжительное врем  измерени  (до 3 ч в одной точке). Известно устройство дл  измерени  скважин, содержащее корпус, трехстепенной гироскоп, св занный с подвижной рамкой гироскоп, в которой установлены датчики углов, и преобразовательно-измерительный блок121. Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность измерений азимутальных углов из-за уходов трехстепенного гироскопа от возмущающих воздействий и суточного вращени  Земли . Примен емые индуктивные датчики имеют низкую помехоустойчивость, что также снижает точность измерений зенитных и азимутальных углов. Кроме того, указанное устройство сложно в эксплуатации, так как перед началом требуетс  визирование скаажинного снар да. Цепь изобретени  - повышение точности измерени  за счет учета воэму щающих воздействий на .трехстепенной гироскоп. Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство снабжено установленным в подвижной рамке эксцентричным грузом и двум  гироскопическими двухстепенными датчиками угловой скорости, чувствительные оси которых взаимоперпендикул рны и св заны с подвижной рамкой. На фиг. 1 изображена принципиальна  схема устройства; на фиг.2 - фун циональна  схема. В корпусе 1 помещен свободный трехстепенной гироскоп 2 (фиг.1). Корректирующее устройство расположен в рамке 3, внутри которой дл  смещени  центра т жести укреплен груз k. Между трехстепенным гироскопом и рамкой корректирующего устройства установлен бесконтактный синуснокосинусный трансформатор 5, ротор ко торого жестко соединен с наружной рамкой гироскопа, а корпус с рамкой корректирующего устройства. Корректирующее устройство состоит из двух гироскопических двухстепенных датчиков угловых скоростей (ДУС ) 6 и 7, рамки которых развернуты по отношению друг к другу на угол 90° по часовой стрелке, если смот р ет ь сверху. Векторы кинематических моментов ДУС направлены вниз. Гироскопы корректируюи его устройства снабжены дат чиками 8 и 9 углов и моментны и двигател ми 10 и 11. К рамке корректирующего устройства дл  замера зенитного угла прикреплен бесконтактный синусно-косинусный трансформатор 12, на роторе которого закреплен груз 13 Сигналы со всех измерительных элемен тов поступают в измерительно-преобра зовательный блок k. На функциональной схеме устройст ва показана взаимосв зь измерительных элементов и преобразовательного блока (фиг.2). Измерительные и преобразовательные элементы включены в следующей последовательности. Сигнал с БСКТ 5 поступает в фазосдвигающую цепь 15, св занную через цифровой фазометр 1б с суммирующим устройством 17; с датчика 8 угла сиг нал подаетс  в усилитель 18, св занный с одним из входов вычислительного устройства 19, другой вход которого соединен с усилителем-20 на который подаетс  сигнал с датчика 9 угла. Вычислительное устройство 19 соединено с одним из входов суммирую щего устройства 21, другой вход кото рого соединен с выходом цифрового фазометра 1б, выход же суммирующего устройства 21 соединен через запоминающее устройство 22 с сумматором 17, который соединен далее со скважинной частью 23 телесистем 1, затем через 24 с наземной панелью телесистемы 25. Причем элементы 10,6,8,18 охвачены обратной св зью, а элементы 11, 7, 9, 20 охвачены другой обратной св зью. Сигнал с БСКТ 12 поступает на фазосдвигающую цепь 2б, котора  св зана через цифровой фазометр 27 со скважинной частью 23 и затем через кабель с наземной панелью 25. t При измерении кривизны скважины прибор займет некоторое наклонное положение,.которое характеризуетс  азимутальным углом о. и зенитным углом 8 . Дл  замера азимутального угла ос используетс  трехстепенной гироскоп 2, бесконтактный синусно-косинусный трансформатор БСКТ 5 и корректирующее устройство (фиг.1). Так как ротор ВСКТ 5 св зан с наружной рамкой трехстепенного гироскопа, а корпус с рамкой 3 корректирующего устройства, то с него будет поступать сигнал, пропорциональный углу между плоскостью наклона (рамка корректирующего устройства под действием грузов установитс  в плоскости наклона) и некоторым направлением, которое задаетс  трехстепенным гироскопом. Этот сигнал через фазосдвигающую цепь 15 и цифровой фазометр 1б (дл  получени  сигнала в цифровом виде) подаетс  в суммирующее устройство 17. Свободный трехстепенной гироскоп под действием возмущающих моментов и суточного вращени  Земли уходит от своего начального положени . Дл  устранени  этого недостатка , а также исключени  необходимости начальной выставки гироскопа на поверхности примен етс  корректирующее устройство. Оно вступает в работу через некоторые промежутки времени в момент остановки скважинного прибора. Корректирующее устройство работает следующим образом. Пусть первый гироскоп корректирующего устройства установлен так, азимут оси рамки равен Ct, а вектор кинематического момента отклонен от вертикали на угол J . При работающем гиромоторе гироскопичес59

кий момент от вращени  Земли уравновешиваетс  восстанавливакхцим моментом , который создаетс  моментным двигателем 10.

С помЪщью датчика угла 8 замер етс  угол jb Сигнал пропорциональный этому углу, проходит через усилитель 18 и поступает в вычислительное устройство 19,..в котором по формуле вычисл етс  бшосд . Кроме того,сигнал с усилител  18 поступает на моментный двигатель 10, который уравновешивает гироскопический момент от вращени  Земли. Второй гироскоп, который повернут относительно первого на угол 90 имеет азимут равный OLz . Его рамка отклон етс  на угол , который замер етс  датчиком угла 9. Сигнал, пропорциональный углу/ о после усилител  20, как и в первом случае подаетс  на моментный двигатель 11 и поступает в вычислительное устройство 19. В нем по формуле вычисл етс  (31,2, но о-г., т.е. второй гироскоп фактически позвол ет определить ( . Значение SincM и Cosot-i с учетом их знаков достаточно дл  определени  направлени  меридиана в скважине. С вычислительного устройства 19 сигнал поступает в суммирующее устройство 21, где он суммируетс  с сигналом, поступающим с БСКТ 5 (через фазосдвигающую цепь и цифровой фазометр).В этом блоке получаетс  сигнал ошибки. Затем сигнал ошибки подаетс  в запоминающее- устройство 22, а с него сигнал поступает в суммирующее устройство 17, в котором получаетс  истинное значение азимута.Далее полученный сигнал поступает в скважинную часть телесистемы 23 и по кабелю 2 подаетс  на наземную панель 25, где регистрируетс  в цифровом виде. Таким образом, с непрерывно измер емым углом будет суммироватьс  сигнал ошибки , который через некоторые промежутки времени в момент остановки будет уточн тьс .

Зенитный угол измер етс  с помощью бесконтактного синусно-косинусного трансформатора 12, на роторе которого подвешен груз 13. При изменении зенитного угла ротор БСКТ под действием . груза повернетс  на некоторый угол. Сигнал с БСКТ, про56

порциональный косинусу этого угла, поступает в фазосдвигающую цепь 26 и затем в цифровой фазометр 27, что позвол ет получить сигнал в цифровом виде. Далее сигнал через сква-. жинную часть телесистемы 23 и ;кабель 2 подаетс  на наземную панель телесистемы 25 и регистрирует с  на цифровом табло.

Предлагаемый гироскопический инклинометр позвол ет надежно определить азимут и зенитные углы в скважинах, где невозможно непосредственное наблюдение за чувствительными элементами , так как из-за вли ни  магнитных масс инклинометры, которые используют магнитное поле Земли, дают неверный результат , непосредственно измерить кривизну скважины внутри

колонны стальных и легкосплавных бурильных труб без подъема их на поверхность и, кроме того, обеспемивает непрерывность измерени .

Благодар  этому резко сокращаетс 

врем  на инклинометрические измерени  и непроизводительные спускноодъемные операции бурильного инструмента .

Экономическа  эффективность от

внедрени  одного гироинклинометра сосавл ет 48 тыс.руб. в год.

Claims (2)

1.Сулакшин С.С. Искривление скважин . М., Тостехиздат, I960, с.35.

2.Авторское свидетельство СССР .№ it50883, кл. Е 21 В +7/022, 197.