УСТАНОВКА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ИНКЛИНОМЕТРОВ

Полезная модель относится к области измерительно-испытательной техники, а именно, к устройствам, позволяющим задавать зенитный, азимутальный и визирный углы, и предназначена для градуировки акселерометров и магнитометров, входящих в состав забойных телеметрических систем.
Известен "Способ контроля азимутальной направленности скважины с использованием GPS (варианты) и поверочная инклинометрическая установка для реализации способа контроля азимутальной направленности скважины с использованием GPS" по патенту на изобретение РФ №2433262. Изобретение относится к области промысловой геофизики, в частности к способам определения пространственной ориентации скважин и устройству калибровки скважинного прибора. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения азимутальной направленности скважины, обеспечение контроля достоверности работы инклинометра в скважине, а также расширение функциональных возможностей поверочной инклинометрической установки. Способ контроля азимутальной направленности скважины осуществляют в режиме непрерывного или точечного промера скважины. В режиме непрерывного промера измеряют значения азимутального угла и определяют приращение азимутального угла Δα, вычисляемого путем дискретного интегрирования угловой скорости перемещения инклинометра, к базовому значению азимутального угла, определяют по ним магнитный азимут и географический азимут траектории скважины и определяют величину магнитного склонения скважины. В режиме точечного промера исследуемой скважины в каждой заданной точке ствола скважины неподвижным инклинометром измеряют географическое и магнитное значение азимутального угла. Сравнивая измеренные значения магнитного склонения скважины с известной величиной магнитного склонения данной местности, оценивают достоверность измерения величины азимута данным инклинометром. Для настройки скважинного прибора поверочную инклинометрическую установку оснащают системой спутниковой навигации GPS, с помощью которой осуществляют предварительную выставку азимутального угла гироскопа инклинометра как базовое значение и фиксируют это значение в запоминающем устройстве наземной аппаратуры. Способ и поверочная инклинометрическая установка для реализации способа не обеспечивают требуемую точность измерений.
Известна "Установка для градуировки и калибровки инклинометров" по патенту РФ на изобретение №2364718. Изобретение относится к метрологическому обеспечению геофизических и промысловых скважин, а именно к исследованию и стендовым испытаниям новых типов инклинометров, в частности к настройке, регулировке, калибровке и балансировке их чувствительных элементов. Изобретение позволяет решить задачу повышения точности измерений и удобства эксплуатации. Установка содержит подставку в виде плиты, выполненной в форме зубчатого колеса и двух вертикальных стоек (ВС), основание-платформу с узлами крепления к стационарному основанию, вторую платформу с консольными полуосями, которые через опоры вращения связаны с верхними частями ВС, три диска червячных передач (ЧП). Первый диск расположен горизонтально на основании-платформе на подшипниках с фиксацией при помощи подпружиненного диска с регулировочным винтом, второй жестко связан с цилиндром узла крепления корпуса инклинометра, третий закреплен в вертикальной плоскости. Параллельно дискам установлены три лимба грубого отсчета углов, три нониуса для точного отсчета углов, три подпружиненных ЧП, связанных червячными зацеплениями с дисками. Подставка одновременно является первым диском ЧП. При этом ВС жестко крепятся к первому диску ЧП. Консольные полуоси с опорами вращения, выполненными в виде подшипников скольжения, снабжены противовесами с регулируемыми грузами и цанговыми зажимами (ЦЗ) на концах. Одна из консольных полуосей снабжена фиксатором поворота в виде ЦЗ с эксцентриком с возможностью фиксации в разных положениях. Узел крепления корпуса инклинометра выполнен в виде удлиненного цилиндра с ЦЗ на концах. Посажен в подшипниках скольжения в коробке, расположенной между ВС, и жестко связан со вторым диском ЧП. Первый лимб грубого отсчета углов связан с первым диском ЧП, а первый нониус для точного отсчета углов жестко связан с корпусом первой ЧП. Второй лимб грубого отсчета углов жестко связан с узлом крепления корпуса инклинометра, а второй нониус для точного отсчета углов жестко связан с коробкой, расположенной между ВС. Третий лимб грубого отсчета углов жестко посажен па консольной полуоси одной из ВС, а третий нониус для точного отсчета углов жестко прикреплен к указанной ВС. При этом ЧП снабжены механизмами входа и выхода из зацепления в виде поворотных эксцентриков с фиксацией в двух разных положениях. По обе стороны хода эксцентрика установлены резиновые вставки для подпружинивания хода. Установка не обеспечивает требуемую точность измерений и сложна в эксплуатации.
Известна "Установка для настройки и экспериментальных исследований инклинометров" по патенту РФ на изобретение №2178522. Изобретение относится к исследованию буровых скважин, а именно к выполнению комплекса исследований и стендовых испытаний новых типов инклинометров, в частности для настройки, регулировки и балансировки их чувствительных элементов. Техническим результатом является расширение эксплуатационных возможностей, повышение точности измерений и удобство эксплуатации. Для этого установка содержит U-образную подставку в виде плиты и двух вертикальных стоек, первую платформу с узлами крепления к стационарному основанию, вторую платформу, установленную между плитой и первой платформой соосно с ними и имеющую упор ортогональной фиксации. Причем на первой платформе выполнены четыре паза, равнорасположенные по ее образующей поверхности. Третья платформа выполнены с консольными полуосями, которые через опоры вращения связаны с верхними частями вертикальных стоек. Узел крепления корпуса инклинометра выполнен в виде двух штурвалов, цилиндра и сменной цанги. Штурвалы соединены с цилиндром по резьбе, а сменная цанга размещена в цилиндре соосно с ним. Также установка содержит три диска червячных передач. Первый диск жестко связан с плитой и расположен горизонтально. Второй диск жестко связан с цилиндром узла крепления корпуса инклинометра. Параллельно дискам установлены три лимба грубого отсчета углов. Лимб визирного угла жестко связан с вторым диском. Лимб азимута посредством двух резьбовых узлов крепления связан с плитой. С дисками червячными зацеплениями связаны три подпружиненных червяка. Третий диск с лимбом зенитного угла, шкала которого расположена с внешней стороны вертикальной стойки, жестко связан с одной из полуосей третьей платформы. Лимбы грубого отсчета углов сопряжены непосредственно с лимбами точного отсчета. Лимб точного измерения азимутального угла жестко закреплен на второй платформе. Лимб точного измерения зенитного угла закреплен па соответствующей вертикальной стойке, лимб точного измерения визирного угла - на третьей платформе. На второй полуоси суппозитно узлу крепления корпуса инклинометра установлен приборный столик. Недостатками установки для настройки и экспериментальных исследований инклинометров является медленная установка необходимых углов, а также низкая точность центровки в установке инклинометра.
Известна "Установка для настройки и экспериментальных исследований инклинометров" по авторскому свидетельству SU 791957, Е21В 47/02, 1978. Установка содержит U-образную подставку в виде плиты и двух вертикальных стоек, нижнюю платформу с узлами крепления к стационарному основанию, верхнюю платформу с консольно установленными на ней полуосями, которые связаны посредством опор вращения с верхними частями вертикальных стоек подставки, узел крепления корпуса инклинометра, три диска червячных передач, первый из которых жестко связан с плитой и расположен горизонтально и соосно второму диску, жестко связанному с узлом крепления корпуса инклинометра, а третий диск установлен в вертикальной плоскости, жестко связан с верхней платформой и установлен на одной из полуосей соосно с ней, три лимба грубого отсчета углов, параллельных дискам червячных передач, два из которых предназначены для отсчета зенитного и визирного углов и жестко связаны соответственно со вторым и третьим дисками, а третий лимб отсчета азимута с помощью двух узлов резьбового крепления связан с плитой, три подпружиненных червяка и три лимба точного отсчета углов, связанных с червяками. Недостатком установки для настройки и экспериментальных исследований инклинометров является ее низкая производительность связанная с медленной установкой необходимых углов.
Известна "Установка для настройки и экспериментальных исследований инклинометров" по авторскому свидетельству SU 1441061, Е21В 47/02, 1988. Установка содержит U-образную подставку в виде плиты и две вертикальные стойки, первую платформу с узлами крепления к стационарному основанию, вторую платформу, установленную между плитой и первой платформой соосно с ними и имеющую упор ортогональной фиксации, причем на первой платформе выполнены четыре паза, равнорасположенные по ее образующей поверхности, третью платформу с консольными полуосями, которые через опоры вращения связаны с верхними частями вертикальных стоек, узел крепления корпуса инклинометра, выполненный в виде двух штурвалов, цилиндра и сменной цанги, причем штурвалы соединены с цилиндром по резьбе, а сменная цанга размещена в цилиндре соосно с ним, три диска червячных передач, первый из которых жестко связан с плитой и расположен горизонтально, второй диск жестко связан с цилиндром узла крепления корпуса инклинометра, третий диск жестко связан с третьей платформой и размещен на одной из ее полуосей соосно с ней, установленные параллельно с диском три лимба грубого отсчета углов, причем лимбы зенитного и визирного углов жестко связаны с третьим и вторым дисками соответственно, а лимб азимута посредством двух узлов резьбового крепления связан с плитой, три подпружиненных червяка, связанных червячными зацеплениями с дисками, и три лимба точного отсчета углов, установленные на червяках. Недостатком установки для настройки и экспериментальных исследований инклинометров является ее сложная конструкция и низкая точность.
Известна "Установка для исследования скважинных телеметрических систем" по патенту РФ на полезную модель №87747 (прототип). Установка содержит две вертикальные стойки, жестко закрепленные на диске, который установлен на опорном штативе с регулируемыми ножками, цилиндрическое зажимное устройство под исследуемые скважинные телеметрические системы, закрепленное на полуосях между верхними концами стоек, и узлы ориентации исследуемых систем на заданные углы, выполненные в виде трех червячных пар соответственно, установки зенитного угла с лимбом отсчета, установленной на одной из полуосей зажимного устройства, установки визирного угла, размещенной в корпусе зажимного устройства с лимбом отсчета на одном из его торцов, и установки азимутального угла, размещенной на поверхности диска с нанесенной по его периметру шкалой угла азимута. Вертикальные стойки выполнены полыми. На верхних концах вертикальных стоек установлены уровни. Червячная пара установки зенитного угла размещена в полости одной из вертикальных стоек. Лимб отсчета визирного угла выполнен съемным. Штатив имеет, по меньшей мере, три регулируемые ножки. Все элементы установки выполнены из немагнитного материала. Недостатком установки для исследования скважинных телеметрических систем является ее низкая производительность связанная с медленной установкой необходимых углов.
Задачами создания полезной модели являются: снижение времени тарировки инклинометров, а также повышение точности установки углов и центровки инклинометров в установке.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что установка для калибровки инклинометров содержит основание с регулируемыми по высоте ножками и нижней осью на которой с возможностью вращения установлен нижний поворотный стол на котором закреплены две вертикальные стойки в верхней части стоек выполнены отверстия в которые входят полуоси неподвижно закрепленные в верхнем поворотном столе в котором выполнено отверстие для установки зажимного устройства инклинометра, причем с верхним и нижнем поворотными столами, а также с зажимным устройством взаимодействуют червячные передачи причем червячные передачи точной регулировки азимутального, зенитного и визирного углов выполнены с фиксаторами обеспечивающими возможность их подключения к поворотным столам и к зажимному устройству. Боковая поверхность нижнего поворотного стола выполнена ступенчатой на меньшем диаметре установлено червячное колесо точной регулировки азимута входящее в зацепление с червяком точной регулировки азимута установленным в корпусе червячной передачи точной регулировки азимута, причем нижний поворотный стол имеет возможность радиального перемещения относительно червячного колеса точной регулировки азимута, на внутреннем диаметре червячного колеса точной регулировки азимута выполнена кольцевая проточка радиус которой равен радиусу шарика, установленного в отверстии выполненном на меньшем диаметре нижнего поворотного стола и выступающем в отверстие параллельное нижней оси в котором он с одной стороны упирается в скошенный бурт винта, а с другой в скошенный край втулки и прижимается ступицей фиксатора червячного колеса точной регулировки азимута. На боковой поверхности ступицы фиксатора червячного колеса точной регулировки азимута установлены рукоятки. По периметру на верхней поверхности нижнего поворотного стола нанесена круговая шкала лимба грубого отсчета азимутального угла, а на корпусе червячной передачи точной регулировки азимута нанесена шкала нониуса точного отсчета азимутального угла. Одна из полуосей закрепленная неподвижно в верхнем поворотном столе проходит через корпус червячной передачи точной регулировки зенитного угла, закрепленный на одной из вертикальных стоек, червячное колесо точной регулировки зенитного угла входит в зацепление с червяком точной регулировки зенитного угла и установлено на полуоси, причем полуось имеет возможность радиального перемещения в червячном колесе точной регулировки зенитного угла в котором выполнено отверстие и установлен винт фиксатора червячного колеса точной регулировки зенитного угла на полуоси верхнего поворотного стола. На корпусе червячной передачи точной регулировки зенитного угла нанесена шкала нониуса точного отсчета зенитного угла, соосно с которой расположен лимб грубого отсчета зенитного угла, установленный на полуоси на шпонке с возможностью осевого перемещения и прижатый гайкой лимба грубого отсчета зенитного угла установленной на полуоси. В корпусе червячной передачи точной регулировки зенитного угла выполнен поперечный паз обеспечивающий радиальное перемещение винта фиксатора червячного колеса точной регулировки зенитного угла в процессе точной регулировки зенитного угла. На боковых поверхностях лимба грубого отсчета зенитного угла и гайки лимба грубого отсчета зенитного угла установлены рукоятки. Зажимное устройство инклинометра установлено с возможностью радиального перемещения внутри червячного колеса точной регулировки визирного угла расположенного в отверстии выполненном в центре верхнего поворотного стола, причем червячное колесо точной регулировки визирного угла входит в зацепление с червяком точной регулировки визирного угла, и выполнено с выступающей цилиндрической частью на которой установлен хомут фиксации червячного колеса точной регулировки визирного угла на зажимном устройстве инклинометра. На выступающей цилиндрической части червячного колеса точной регулировки визирного угла по ширине хомута фиксации выполнена проточка ограничивающая его осевое перемещение и поперечный разрез для снижения усилия фиксации червячного колеса точной регулировки визирного угла на зажимном устройстве инклинометра. Хомут фиксации червячного колеса точной регулировки визирного угла на зажимном устройстве инклинометра выполнен разрезным и соединяется винтами и гайками, причем один из винтов выполнен с рукояткой. На зажимном устройстве инклинометра неподвижно закреплен лимб грубого отсчета визирного угла, а на верхнем поворотном столе нанесена шкала нониуса точного отсчета визирного угла. На лимбе грубого отсчета визирного угла установлены рукоятки. Червяки червячных передач точной регулировки азимутального, зенитного и визирного углов приводятся во вращение рукоятками или штурвалами.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении установки для калибровки инклинометров применяются недефицитные материалы и известные технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1…8, где:
на фиг.1 приведена установка для калибровки инклинометров,
на фиг.2 приведен поперечный паз в корпусе червячной передачи точной регулировки зенитного угла, разрез А-А,
на фиг.3 показана червячная передача точной регулировки зенитного угла, разрез Б-Б,
на фиг.4 приведены лимб и нониус грубого и точного отсчета зенитного угла вид В,
на фиг.5 приведен вид на лимб и нониус грубого и точного отсчета азимутального угла, разрез Г-Г
на фиг.6 показана червячная передача точной регулировки азимутального угла
на фиг.7 приведены лимб и нониус грубого и точного отсчета визирного угла, разрез Д-Д
на фиг.8 показан хомут фиксации червячного колеса точной регулировки визирного угла на зажимном устройстве инклинометра.
Установка для калибровки инклинометров состоит из основания 1 с регулируемыми по высоте ножками 2 и нижней осью 3 на которой с возможностью вращения установлен нижний поворотный стол 4 на котором закреплены две вертикальные стойки 5 в верхней части стоек 5 выполнены отверстия в которые входят полуоси 6 и 7 неподвижно закрепленные в верхнем поворотном столе 8 в котором выполнено отверстие 9 для установки зажимного устройства 10 инклинометра, причем с верхним 8 и нижнем 4 поворотными столами, а также с зажимным устройством 10 взаимодействуют червячные передачи причем червячные передачи точной регулировки азимутального 11, зенитного 12 и визирного 13 углов выполнены с фиксаторами обеспечивающими возможность их подключения к поворотным столам 4, 8 и к зажимному устройству 10. Боковая поверхность 14 нижнего поворотного стола 4 выполнена ступенчатой на меньшем диаметре установлено червячное колесо точной регулировки азимута 15 входящее в зацепление с червяком точной регулировки азимута 16 установленным в корпусе червячной передачи точной регулировки азимута 17, причем нижний поворотный стол 4 имеет возможность радиального перемещения относительно червячного колеса точной регулировки азимута 15, на внутреннем диаметре червячного колеса точной регулировки азимута 15 выполнена кольцевая проточка 18 радиус которой равен радиусу шарика 19, установленного в отверстии 20 выполненном на меньшем диаметре нижнего поворотного стола 4 и выступающем в отверстие 21 параллельное нижней оси 3 в котором он с одной стороны упирается в скошенный бурт винта 22, а с другой в скошенный край втулки 23 и прижимается ступицей фиксатора червячного колеса точной регулировки азимута 24. На боковой поверхности ступицы фиксатора червячного колеса точной регулировки азимута 24 установлены рукоятки 25. По периметру на верхней поверхности нижнего поворотного стола 4 нанесена круговая шкала лимба грубого отсчета азимутального угла 26, а па корпусе червячной передачи точной регулировки азимута 17 нанесена шкала нониуса точного отсчета азимутального угла 27. Одна из полуосей 7 закрепленная неподвижно в верхнем поворотном столе 8 проходит через корпус червячной передачи точной регулировки зенитного угла 28, закрепленный на одной из вертикальных стоек 5, червячное колесо точной регулировки зенитного угла 29 входит в зацепление с червяком точной регулировки зенитного угла 30 и установлено на полуоси 7, причем полуось 7 имеет возможность радиального перемещения в червячном колесе точной регулировки зенитного угла 29 в котором выполнено отверстие и установлен винт фиксатора червячного колеса точной регулировки зенитного угла 31 на полуоси 7 верхнего поворотного стола 8. На корпусе червячной передачи точной регулировки зенитного угла 28 нанесена шкала нониуса точного отсчета зенитного угла 32, соосно с которой расположен лимб грубого отсчета зенитного угла 33, установленный на полуоси 7 на шпонке 34 с возможностью осевого перемещения и прижатый гайкой лимба грубого отсчета зенитного угла 35 установленной на полуоси 7. В корпусе червячной передачи точной регулировки зенитного угла 28 выполнен поперечный паз 36 обеспечивающий радиальное перемещение винта фиксатора червячного колеса точной регулировки зенитного угла 31 в процессе точной регулировки зенитного угла. На боковых поверхностях лимба грубого отсчета зенитного угла 33 и гайки лимба грубого отсчета зенитного угла 35 установлены рукоятки 37, 38. Зажимное устройство 10 инклинометра установлено с возможностью радиального перемещения внутри червячного колеса точной регулировки визирного угла 39 расположенного в отверстии 9 выполненном в центре верхнего поворотного стола 8, причем червячное колесо точной регулировки визирного угла 39 входит в зацепление с червяком точной регулировки визирного угла 40, и выполнено с выступающей цилиндрической частью 41 на которой установлен хомут фиксации червячного колеса точной регулировки визирного угла 42 па зажимном устройстве 10 инклинометра. На выступающей цилиндрической части 41 червячного колеса точной регулировки визирного угла по ширине хомута фиксации 42 выполнена проточка ограничивающая его осевое перемещение и поперечный разрез 43 для снижения усилия фиксации червячного колеса точной регулировки визирного угла 39 на зажимном устройстве 10 инклинометра. Хомут фиксации червячного колеса точной регулировки визирного угла 42 на зажимном устройстве 10 инклинометра выполнен разрезным и соединяется винтами и гайками, причем один из винтов выполнен с рукояткой 50. На зажимном устройстве 10 инклинометра неподвижно закреплен лимб грубого отсчета визирного угла 44, а на верхнем поворотном столе 8 нанесена шкала нониуса точного отсчета визирного угла 45. На лимбе грубого отсчета визирного угла 44 установлены рукоятки 46. Червяки червячных передач точной регулировки азимутального, зенитного и визирного углов приводятся во вращение рукоятками или штурвалами 47, 48, 49
Установка для калибровки инклинометров работает следующим образом. Основание 1 с помощью регулируемых по высоте ножек 2 устанавливают по уровню в горизонтальной плоскости. В зажимное устройство 10 закрепляют инклинометр. В дальнейшем инклинометр точно ориентируют на заданные углы и снимают с него показания, определяя соответствие измеренных и заданных значений. Для задания на установке для калибровки инклинометров азимутального угла рукояткой 25 вращают ступицу фиксатора червячного колеса точной регулировки азимута 24 против часовой стрелки, при этом расстояние между винтом 22 и втулкой 23 увеличивается, шарик 19 отходит от кольцевой проточки 18 и нижний поворотный стол 4 вручную устанавливается по круговой шкале лимба грубого отсчета азимутального угла 26. После грубой установки азимутального угла, рукояткой 25 вращают ступицу фиксатора червячного колеса точной регулировки азимута 24 по часовой стрелке, при этом расстояние между винтом 22 и втулкой 23 уменьшается, шарик 19 выдавливается скошенными краями винта 22 и втулки 23 из отверстия 20 и прижимается к кольцевой проточке 18 выполненной в червячном колесе точной регулировки азимута 15 которое входит в зацепление с червяком точной регулировки азимута 16. После фиксации червячного колеса точной регулировки азимута 15 на нижнем поворотном столе 4, по шкале нониуса точного отсчета азимутального угла 27 нанесенной на корпус червячной передачи точной регулировки азимута 17, рукояткой 47 вращая червяк точной регулировки азимута 16 выполняют точную установку необходимого азимутального угла. Для задания на установке для калибровки инклинометров зенитного угла отпускают винт фиксатора червячного колеса точной регулировки зенитного угла 31 и за рукоятку 38 гайку лимба грубого отсчета зенитного угла 35. Вручную разворачивают верхний поворотный стол 8, на необходимый зенитный угол, ориентируясь по лимбу грубого отсчета зенитного угла 33. После чего заворачивают винт фиксатора червячного колеса точной регулировки зенитного угла 31 и червячное колесо точной регулировки зенитного угла 29 входящее в зацепление с червяком точной регулировки зенитного угла 30 фиксируется на полуоси 7 верхнего поворотного стола 8. Вращая рукояткой 48 червяк точной регулировки зенитного угла 30 и ориентируясь по шкале нониуса точного отсчета зенитного угла 32 выполняют точную установку необходимого зенитного угла. Гайкой лимба грубого отсчета зенитного угла 35 обеспечивают необходимое усилие прижима лимба грубого отсчета зенитного угла 33 к корпусу червячной передачи точной регулировки зенитного угла 28. Для задания на установке для калибровки инклинометров визирного угла отпускают за рукоятку 50 один из винтов соединяющий половинки хомута фиксации червячного колеса точной регулировки визирного угла 42 на зажимном устройстве 10 инклинометра. Вручную по лимбу грубого отсчета визирного угла 44 предварительно устанавливают необходимый визирный угол. После чего за рукоятку 50 зажимают половинки хомута фиксации червячного колеса точной регулировки визирного угла 42 на выступающей цилиндрической части 41 червячного колеса точной регулировки визирного угла. За счет поперечного разреза 43 снижается усилие фиксации червячного колеса точной регулировки визирного угла 39 на зажимном устройстве 10 инклинометра. Вращая штурвалом 49 червяк точной регулировки визирного угла 40 по шкале нониуса точного отсчета визирного угла 45 устанавливают точное значение визирного угла.
Применение полезной модели позволило:
1. Обеспечить быструю калибровку инклинометра.
2. Обеспечить высокую точность установки углов.
3. Повысить удобство эксплуатации.