Гироскопический инклинометр

Гироскопический инклинометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнд

Соцналнстнческни

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (is) 1002551 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 119931 (21) 3336885/22-03 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет— . Опубликовано 0703р3. Бюллетень М 9

f$g) + gg з

Е 21 В 47/022

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий ЯЗ) УДК622 ° 242 (088 ° 8) Дата опубликования описан и я 0 70 38 3 (72) Авторы иэобретени я

Е.A. Салов, P..И. Кривоносов, В.П.

И.A. Сеэемов и С.К. Покан

j c с

Всесоюзный научно-исследовател сКН нефтепромысловой геофизики айлов, (71) Заявитель (54) ГИРОСКОПИЧЕСКИИ ИНКЛИНОИЕТР

Изобретение относится к горной промааленности, конкретно к устройствам, позволяющим определить величину аэимутальных и зенитных углов в глубоких скважинах малого диаметра, где невозможно наблюдение за проведением чувствительных элементов приборов, и может быть применено при бурении нефтяных; .газовых и геологоразведочных скважин.

Известен гироскопический инклинометр, состоящий из трехстепенного двухроторного гироскопа, датчиков углов и датчиков моментов, в который, с целью уменьшения диаметра и повышения точности, введен дополнительный двухроторный трехстепенный гироскоп, установленный вдоль вертикальной осй инклинометра 11.

Недостатками данного устройства являются невысокая точность (нескси1пенсированная скорость уходов оси кинетического момента гироскопа эа счет возмущающих моментов и суточного вращения Земли ) и продолжительное 25 время измерений.

Известно устройство для измерения кривизны скважин, основанное на свойстве свободного гироскопа сохранять ! \ неизменными в пространстве положение ЗО оси кинетического момента, в котором для измерения азимутальных и зенитных углов используются два индуктивных датчика, заполненных инертным газом под давлением (2 ).

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерений (нескомпенсированная погрешность эа счет смещения центра тяжести, внешних моментов и суточного вращения Земли).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гироскопический инклинометр, содержащий корпус, трехстепенной гироскоп, два датчика угла поворота, закрепленных на подвижной эксцентричной рамке, измерительный датчик угловой скорости, момвнтный двигатель, преобразовательный блок и два цифровых фазометра f3).

Недостатками известного устройства являются: корректирующее устройство содержит два датчика угловой скорости со строго идентичными характеристиками преобразования и высокой чувствительностью; сложная иэмерительно-преобразовательная электронная схема, расположенная в скважинном приборе, что снижает надежность инклинометра; датчики угловой скорости должны быть

1002551 на порядок точнее, чем один датчик угловой скорости в описываемом устройстве, так как он работает в компенсационном режиме на уровне сигнала, хараКТеризующего порог чувствительности, и линейность датчика не играет 5 роли; сложность конструкции; недостаточная точность °

Целью изобретения является повышение точности и надежности измерений и упрощение конструкции. 10

Поставленная цель достигается тем, что в гиро с ко пиче с ком ин кли номе тре, содержащем корпус, трехстепенной гироскоп, два датчика угла поворота, за 5 крепленных на подвижной эксцентричной рамке, измерительный датчик угловой скорости, моментный двигатель, .преобразовательный блок и два цифровых фазометра, датчик угловой скорости установлен на наружной рамке трех-. степенного гироскопа, причем ось чувствительности датчика угловой скорости расположена перпендикулярно вектору кинетического момента трехстепенного гироскопа, выход датчика угловой скорости соединен с моментным двигателем, статор которого размещен на наружной рамке гироскопа, а роторна внутренней.

При этом цифровые фаэометры распо- З0 ложены в наземной части инклинометра, выходы которых соединены с регистратором.

На Фиг. 1 изображена принципиальная схема устройсТва; на фиг. 2 — 35 функциональная.

В корпусе 1 помещен свободный трехстепенной гироскоп 2 (фиг. 1). На наружной рамке трехстепенного гироскопа жестко закреплены измерительный дат- 40 чик угловой скорости 3, моментный двигатель 4,датчик угла поворота БСКТ

5, статор которого соединен с эксцентричной рамкой б. Эксцентричная рамка состоит иэ корпуса и груза 7, 45 смещенного относительно оси поворота.

С корпусом эксцентричной рамки жестко связан корпус второго датчика угла поворота БСКТ 8, на валу ротора которого закРеплен маятник 9. БСКТ расположен в плоскости, перпендикулярной относительно смещенного груза эксцентричной рамки. Сигналы с БСКТ 5 и

СБКТ 8 поступают в преобразовательный блок 10.

На функциональной схеме устройства55 показана взаимосвязь измерительных и. преобразовательных элементов, которые включены в следующей последовательности: сигнал с измерительного датчика угловой скорости 3 поступает 60 на усилитель 11 и с усилителя на моментный двигатель 4. С БСКТ 5 сигнал поступает в фазосдвигающую цепь 12, которая связана через преобразователь

13 с блоком измерения азимута назем- g5 ной панели. С BCKT 8 сигнал поступаьт в фазосдвигающую цепь 14, которая связана через преобразователь 15 и соединительный кабель 16 с блоком измерения зенитного угла наземной панели. Блок измерения аэимутального угла наземной панели представляет собой преобразователь 17 и цифровой фаэометр 18, а блок измерения зенитного угла — преобразо ватель 19 и цифровой фаэометр 20. С цифровых фазометров сигналы поступают в регистратор 21 и в виде цифры фиксируются цифропечатающим устройством 22.

Преобразователи азимутального и зенитнбго углов, цифровые фаз ометры, регистратор и цифропечатающее устройство заключены в наземной панели 23.

При измерении кривизны скважины продольная ось прибора устанавливается параллельно оси скважины, которая характеризуется азимутальным углом О и зенитным: углом Q . .Д я измерения азимутального угла используется трехстепенной гироскоп 2, датчик угловой скорости 3, моментиый двигатель 4 и датчик угла поворота БСКТ 5 (фиг. 1).

Так как ротор БСКТ 5 связан с наружной рамкой трехстепенного гироскопа, а корпус с корпусом эксцентричной рамки б,то с него поступает сигнал, пропорциональный углу между плоскостью наклона (эксцентричная рамка установится в плоскость наклона) и некоторым направлением, которое задает ся трехстепенным гироскопом. Трехстепенной гироскоп под действием возмущающих моментов прецессирует вокруг вертикальной оси вращения наружной рамки, а датчик угловой скорости не реагирует на угловую скорость прецессии, так как вектор угловой скорости прецессии направлен по оси вращения наружной рамки трехстепенного гироскопа и совпадает с направлением вектора кинетического момента гироскопического датчика угловой скорости. Ось чувствительности датчика угловой скорости составляет некоторый угол с плоскостью меридиана и с него на усилитель поступает сигнал, пропорциональный углу рассогласования р, между проекцией вектора угловой скорости вращения Земли Я и вектором кинетического момента трехстепенного гироскопа (фиг. 1) . С усилителя сигнал поступает на моментный двигатель, который заставляет прецессировать трехстепенной гироскоп до тех пор, пока он установится в плоскость меридиана и сигнал с датчика угловой скорости не будет равен нулю. Вектор кинетического момента. Н трехстепенного гироскопа устанавливается по направлению на север. Вектор- кинетического момента Й датчика угловой скорости направлей по оси вращения наружной рамки с трехстепенного гиро1002551 скопа. Скважинный прибор во время коррекции останавливается, чтобы на него не оказывал влияния сигнал с датчика угловой скорости, возникающий при движении прибора по искривленному участку скважины. С БСКТ 5 сигнал поступает в фаэосдвигающую цепь 12, которая связана через преобразователь 13 и соединительный кабель 16 с блоком измерения азимута наземной панели, который состоит из преобразова- о теля 17 и цифрового фаэометра 18, сигнал с которого поступает в регистратор 21 и в виде цифры фиксируется цифропечатающим устройством 22.

Зенитный угол измеряется с помощью15

БСКТ 8, на валу ротора которого закреплен маятник 9. При измерении зенитного угла ротор БСКТ под действием маятника поворачивается на величину этого угла. Сигнал с SCKT, пропорци- 20 ональный синусу и косинусу зенитного угла, поступает в фазосдвигающую цепь 14 и через преобразователь 15 и соединительный кабель 16 в наземную панель 23. В наземной панели сиг- 25 нал через преобразователь 19 и цифровой фазометр 20 поступает в регистратор 21 и в виде цифры фиксируется цифропечатающим устройством 22.

Азимутальный и зенитный углы изме- ур ряются инклинометром непрерывно без остановки скважинного прибора, а для коррекции трехстепенного гироскопа скважинный прибор останавливается на время коррекции, затем измерения про-yg должаются.

В СССР гироскопические инклинометры серийно не выпускаются, поэтому технико-экономическое обоснование может быть проведено в сравнении в серийно выпускаемыми в нашей стране инклинометрами, в которых для определения азимута используется магнитное поле Земли (КИТ, ИК-2). Гироскопический инклинометр по сравнению с базовым образцом характеризуется на- 4 дежным определением азимутальных и зенитных углов в скважинах, где невозможно непосредственное наблюдение за чувствительными элементами, так как изза влияния магнитных масс инклиномет-50 ры, которые используют магнитное поле

Земли, дают неверный результат; непосредственным измерением кривизны скважины внутри колонны стальных и легкосплавных бурильных труб без 55 подъема их на поверхность, что позволяет резко сократить объем спускоподъемных операций при проводке скважины; непрерывностью измерений с коррекцией азимута во время остановки.

Вследствие этого резко сокращается время на инклинометрические измерения и непроизводительные спускоподъемные операции бурильного инструмента. Это позволяет повысить производительность буровых работ, особенно при наклонно направленном бурении.

Так наклонно направленным способом в

Западной Сибири проводится более 90% всех скважин, а инклинометрические измерения при проводке этих скважин составляют 30% от общего объема всех геофизических работ. На основании этого экономическая эффективность от внедрения одного гироинклинометра составляет 48 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

1. Гироскопический инклинометр, содержащий корпус, трехстепенной гироскоп, два датчика угла поворота, закрепленных на подвижной эксцентричной рамке, измерительный датчик угловой, скорости, моментный двигатель, пре- образовательный блок и два цифровых фаэометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений и упрощения конструкции, датчик угловой скорости установлен на наружной рамке трехстепенного гироскопа, причем ось чувст-. вительности датчика угловой скорости расположена перпендикулярно вектору кинетического момента трехстейенного гироскопа, выход датчика угловой скорости соединен с моментным двягателем, статор которого размещен на наружной рамке гироскопа, а ротор - на внутренней.

2. Инклинометр по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что цифровые фа эометры расположены в наземной части инклинометра, выходы которых соединены с регистратором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 282223 /03, кл. Е 21 В 47/022, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 450883, кл. Е 21 В 47/022, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2938961/03, кл. Е. 21 В 47/022, 1980.

1002551 и фиг. /

ВНИИПИ Заказ 148б/5

Тираж 601 Подписное

Филиал ППП "Патент", .Ужгород, ул.Проектная,4