Прибор для измерения кривизны буровых скважин
Иллюстрации
Реферат
о 5®Я
Класс 5 а, 18„
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зарегистрировано в Бюро изобретений Гофмана. ирам:.СЛЬ - ССС
, .- ;. ;Т 11Т 1-:: J .
6; i J! 4, 1 I !.Й
В. А. Петросян
Прибор для измерения кривизны буровых скважин.
Заявлено 22 декабря 1939 года в НКНП за № 28578.
Опубликовано 31 января 1941 гола.
В нефтяной промышленности известно применение для измерения кривизны буровых скважин двух расположенных друг над другом сосудов с плавиковой кислотой, равно как и сосудов из кисл отоупорного материала с плавиковой кислотой, отмечающей свой уровень на стеклянной пластинке, вставленной в каждый такой сосуд.
Предлагаемый прибор отличается от известных приборов подобного рода тем, что стеклянные пластинки для отметки уровня кислоты в двух имеющихся в приборе и помещенных друг над другом сосудах расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, таким образом, что при
-кривизне скважины отмечаемые на стеклянных пластинках следы образуют углы с горизонталью, по которым можно определить величину и направление искривления скважины.
Для этого определения служит специальный угломер, который состоит из планшетки с двумя взаимно перпендикулярными направляющими для рамок, несущих стеклянные пластинки с отмеченными на них плавиковой кислотой следами, и из двух линеек, устанавливаемых по направлению этих отметок. Линейки эти снабжены прорезами для двух шарниров, помещенных во взаимно перпендикулярных прорезах планшетки, один из которых соединен с поворотным угольником, а другой пропущен одновременно через прорез угольника и прорез поворотного указателя, который на шкале угольника показывает угол искривления скважины.
На чертеже фиг. 1 и 2 показывают два вертикальных разреза прибора взаимно перпендикулярными плоскостями; фиг. 3 — разрез по АА на фиг. 1; фиг. 4 — угломер для определения угла искривления скважины по полученным на пластинках отметкам, произведенным плавиковой кислотой; фиг. 5 и б †д схемы, поясняющие действие угломера.
Искомый угол а искривления скважины определяется при помощи этого угломера автоматически из уравнения
1о а= / 1g2а +1о.аR без вычисления или измерения углов а и аа, полученных на стеклянных пластинках.
Предлагаемый прибор (фиг. 1 — 3) состоит из корпуса 1 с кольцевыми канавками для резиновых колецамортизаторов 2. Корпус1 имеет два взаимно перпендикулярных сквозных гнезда, расположенных одно над другим. В эти гнезда вставляются кислотоупорные сосуды 8, За, герметически закрытые резиновыми крышками б, ба.
Внутри сосудов помещаются стеклянные пластинки 4, 4а.
Таким образом, пластинки 4, 4а располагаются в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях.
Перед производством измерения кривизны скважины, в кислотоупорные сосуды 8 и За наливается, примерно до половины их высоты, плавиковая кислота, в них вводятся пластинки 4, 4а, и оба сосуда вставляются в корпус прибора 1.
Затем весь прибор устанавливается в направляющую желонку и сбрасывается в бурильные трубы или же спускается на канате в бурильные трубы или же непосредственно в скважину. На заданной глубине прибор выдерживается в течение 5—
l0 минут, и затем поднимается на дневную поверхность (вместе с долотом или же подъемом каната, в зависимости от способа опускания прибора). Во время стояния прибора в скважине в неподвижном состоянии на стеклянных пластинках 4 и 4а отметятся следы уровня кислоты. Допустим, что отмеченная линия уровня одной пластинки 4 составляет с нижней ее кромкой угол а„a другой пластинки 4а — а,.
При вертикальности скважины следы на обеих стеклянных пластинках окажутся соответственно параллельными нижней их кромке, т. е. углы а, и а„составляемые нижними кромками и следами уровней на пластинках, окажутся равными нулю.
В случае наличия кривизны скважины, в общем случае, эти углы получат какие-то значения, отличные от нуля. В частном случае, когда отклонение прибора произойдет в плоскости только одной из стеклянных пластинок, на другой пластинке отмеченный угол (а, или а,) будет равен нулю. Угол кривизны а скважины определится из уравнения
tg а = P tg2 а, + tgmа2 где o:, — угол между линией уровня и нижне кромкой одной пластинки и а — угол между линией уровня и нижней кромкой второй стеклянной пластинки. Справедливость этого уравнения видна из фиг. 5, к которой можно привести вышеуказанную задачу.
Рассмотрим две вертикально расположенные взаимно перпендикулярные полоски 1 и ll (плоскости стеклянных пластинок 4 и 4a). Проведем горизонтальную плоскость III u примем ее за плоскость уровня кислоты, Пусть плоскость lll пересечет плоскости 1 и ll по прямым АО и OB.
Повернем плоскость III в новое положение III . Пусть плоскость Ill пересечет плоскости 1 и П по прямым OC и 0D. Обозначим полученные углы АОС через а и BOD через а (в действительности плоскость III всегда горизонтальна, поворачиваются же плоскости I и П, но мы для упрощения задачи поворачиваем плоскость IП, что одно и то же). Углы и а, соответствуют углам, отмечаемым на двух стеклянных пластинках плавиковой кислотой.
Определим угол между плоскостями Пl и Ill, для чего через точку 0 проведем плоскость IV, перпендикулярную к линии пересечения плоскостей IП и IП . Плоскость !11 пересечет плоскости IП и IП прямыми ЕО и OF. Обозначим угол FOF через а. Угол ". и есть искомый угол искривления скважины, который мы определим, имея углы u., и а (на стеклянных пластинках).
Проведем в плоскости IV прямую OG, перпендикулярную к плоскости lll, а следовательно и к прямой OF. Полученный угол 0 OG обозначим через n . Углы и равны друг другу, как углы со взаимно перпендикулярными сторонами.
Спроектируем прямую OG на две перпендикулярные плоскости 1 и П, для чего проведем через OG плоскость OGH(V), перпендикулярную к плоскости 1, и плоскость OGI (Ul) перпендикулярную к плоскости 11.
Пусть плоскость U пересечет плоскость I по прямой ОН. Угол О ОН обозначим через а, . Пусть плоскость Ul пересечет плоскость II по прямой OI . Угол О Ol обозначим через а, .
Докажем, что углы, и, равны.
Для этого докажем, что прямые СО и ОН взаимно перпендикулярны. Линия OG пересечения плоскостей и Vl перпендикулярна к плоскости IIГ, следовательно, эти плоскости перпендикулярны к плоскости 111 .
Плоскость ПГ перпендикулярна к плоскости V, но плоскость 1 также перпендикулярна к плоскости V.
Прямая СО есть след пересечения двух плоскостей 1 и IIГ., которые перпендикулярны к третьей плоскости V; следовательно, она также перпендикулярна к этой плоскости, т. е. прямая CO перпендикулярна к плоскости V, но в то же время она лежит в плоскости 1, в которой лежит и прямая ОН. лежащая одновременно и в плоскости V. Отсюда следует, что прямые СО и ОН взаимно перпендикулярны. Перпендикулярность прямых АО и 00 очевидна. Следовательно углы АОС и
О ОН или иначе, углы а, и х, равны между собой, как углы со взаимно перпендикулярными сторонами.
Подобным же путем может быть доказано и равенство углов а и а2 .
Проведем теперь через точку М, лежащую на прямой OG, плоскость МИО" L (И1), перпендикулярную к плоскостям 1 и П. Линия Л1У перпендикулярна к плоскости 1 как линия пересечения двух плоскостей V и Ull, перпендикулярных к третьей 1. Точно так же и линия ML перпендикулярна к плоскости П. Угол NA1L — прямой, как угол между двумя перпендикулярами к двум перпендикулярным плоскостям. Прямая LO" перпендикулярна к плоскости 1 как след пересечения двух плоскостей, перпендикулярных к третьей. Также и прямая NO" перпендикулярна к плоскости 11.
Следовательно, угол- NO L прямой.
Угол О"NM также прямой, так как прямая MN есть перпендикуляр к плоскости I.
Из всего этого вытекает, что четырехугольник MNO"L есть прямоугольник. Тогда можно написать: (NL) = (О "Л) = (О" N) + (О "L) - .
Заменив
О"М= ОО"tg а; О"N= OO"1х,:
О" L = ОО" tg a„ и сокращая на 00", получаем а р. = )Г а a, + tg- "a,„ следовательно, а = агс tg1 tg х, +tg"- а, Значение искомого угла может быть определено по значениям а, и аа при помощи угломера, представленного на фиг. 4.
Схема его действия показана на фиг. 6.
Зададимся двумя перпендикулярными осями. От точки их пересечения 0" отложим отрезки О"а=0"b=1.
В точках а и b построим углы а, и a . Точки пересечения сторон угла с осями координат обозначим через
IV u L. Из схемы следует, что
О" L = tg a, Î" Х = tg a,.
Соединив N с L, можно, согласно выведенной выше зависимости, сказать, что
NL )I (0"М)+(O"L) =
= V tg а, + tg" aa = tg а, т. е. Я, = ар,, Восстановим в точке L перпендикуляр к линии NL и отложим на нем отрезок LC = 0"а = 1, Соединим точки N и С. Ясно, что угол LCN и будет искомым углом и, Угол а отсчитывается по угловой шкале, связанной с прямым углом NLC.
На основании этой схемы построен угломер.
На планшетке 6 (фиг. 4) в двух взаимно перпендикулярных направлениях проделаны прямоугольные направляющие 15, 16, в которых могут перемещаться рамки 17 и 18 для стеклянных пластинок 4, 4а. Над рамками 17 и 18 вокруг шарниров 7, 8, лежащих на перпендикуляре к направлению соответствующей рамки, могут поворачиваться линейки 19 и 20.
Линейки 19 и 20 имеют прорезы, через которые проходят шарниры 7 и 8, помещенные в двух перпендикулярно направленных друг к другу прорезах х и у планшетки. Один из шарниров 7 соединен с угольником 9, подвижным относительно планшетки б, а другой 8 пропущен в прорез 22 угольника 9 и в прорез поворотно укрепленного в точке 21 на угольнике 9 указателя 10. Угольник 9 снабжен угловыми делениями. прорезы х и у планшетки б соответ. ственно параллельны направлениям перемещения рамок 17 и 18. Рамки 17 и 18 имеют пружины П и 12 для удержания пластинок 4, 4а. Линейки 19 и 20 имеют винты 13 и 14 для фиксирования их в заданном положении.
При нулевом положении угломера линейка 20 и указатель 10 лежат на одной прямой, а линейка 19 перпендикулярна к ним.
Работа угломером производится следующим образом.
Стеклянные пластинки 4 и 4а, из- влеченные из измерительного при-, бора (фиг. 1 — 3) после производства, замера имеют на себе отметки, расположенные под углами к, и n„к их нйжним кромкам. Их помещают в рамки 17 и 18 (фиг. 4). Винты 18 и 14 линейки 19, 20 отпущены. Перемещением рамки 17 и линейки 19 добиваются совмещения отметки на пластинке 4 с. ребром линейки 19.
В этом положении линейка 19 фиксируется винтом 13. Этим одновременно фиксируется положение шарнира 7. Затем, перемещением рамки 18 и линейки 20 добиваются совмещения отметки на второй пластинке 4а с ребром линейки 20. При этом угольник 9 и указатель 10, шарнирно связанный в точке 21 с линейкой 20, механически поворачиваются вокруг шарнира 7, и указатель 10 занимает искомое положение, Винтом 14 фиксируется искомое положение подвижной системы. Отсчет искомого угла производится по угловой шкале угольника 9 у нулевой риски указателя 10.
Как можно убедиться из сравнения фиг. 4 и 6, прорезы х и у (фиг. 4) играют роль координатных осей на фиг. 6, шарниры 7 и 8 соответствуют мочкам NL, линейки 19 и 20 являются линиями bL u aN. Роль линии -КС выполняет указатель 10. Точку С, лежащую на перпендикуляре CL к линии NL, представляет собою шарнир 21. Углы х, и и> задаются положением отметок на стеклянных пластинках 4, 4а, вставляемых в рамки 17, 18.
Предмет изобретения.
1. Прибор для измерения кривизны. буровых скважин, снабженный двумя установленными друг над другом сосудами из кислотоупорного материала с плавиковой кислотой, отмечающей в каждом сосуде свой уровень на стеклянной пластинке, поставленной в сосуд, о т л и ч а юшийся тем, чтб стеклянные пластинки для отметки уровней кислоты в сосудах расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, с целью определения искривления скважины по величине двух отмечаемых кислотой на пластинках углов.
2. При приборе по п. 1 применение угломера для определения угла искривления скважины по произведенным кислотой отметкам на двух стеклянных пластинках, состоящего из планшетки б с двумя взаимно перпендикулярными направляющими для несущих стеклянные пластины рамок 1 и 18 и с двумя устанавливаемыми по направлению отметок на пластинках линейками 19 и 20 с прорезами для шарниров 7 и 8, помещенных в двух взаимно перпендикулярных прорезах планшетки б, один из которых соединен с ней поворотным угольником 9, а дpyroA пропущен в прорез угольника 9 и в прорез поворотного указателя 10, служащего для указания на шкале угольника 9 угла искривления скважины.
Б авторскому свидетельству _#_ 58949 г Z
Отв. редактор П, В. Никитин
Тип. „Сов. печ., М 49523, Зак, М 1525 — 450
Госпланиздат
Цена 35 коп.
Фиг.5
Шиг4
Шиг.5