ИНКЛИНОМЕТР

Полезная модель относится к навигационной аппаратуре, которая предназначена для контроля пространственного положения траектории ствола скважин в процессе их строительства.
Известен гироскопический инклинометр [1], содержащий датчики зенитного и апсидального углов и трехстепенной гироскоп, с использованием информации которого рассчитываются значения азимутальных углов в процессе движения скважинного прибора.
Недостатком гироскопического инклинометра является наличие прецизионных механически подвижных узлов, что усложняет конструкцию инклинометра и снижает его надежность.
Известен феррозондовый скважинный инклинометр [2], который наиболее близок к предлагаемой полезной модели и может быть применен в качестве прототипа.
Феррозондовый скважинный инклинометр содержит жестко связанные с немагнитным корпусом триаду взаимно ортогональных датчиков зенита, выполненных в виде акселерометров, и триаду взаимно ортогональных датчиков напряженности магнитного поля, по совокупным показаниям которых рассчитываются зенитный, апсидальный и магнитный азимутальный углы в процессе движения скважинного прибора.
Недостатком такого инклинометра является недостаточная помехоустойчивость, вызванная тем, что акселерометры во время движения реагируют не только на ускорение силы тяжести Земли, но и на вращение скважинного прибора и внешние ударные воздействия.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение надежной работы инклинометра и повышение его помехоустойчивости и точности.
Инклинометр, содержащий жестко связанные с немагнитным корпусом триаду взаимно ортогональных датчиков зенита и триаду взаимно ортогональных датчиков напряженности магнитного поля, отличающийся тем, что в качестве датчиков зенита применены датчики угла наклона, частично заполненные жидкостью, обладающей свойством сохранять горизонтальное положение при любом пространственном положении корпуса инклинометра, и вырабатывающие полезный сигнал, изменяющийся пропорционально изменению пространственного положения потенциальных электродов относительно горизонта.
Инклинометр может содержать цифро-аналоговые, аналогово-цифровые преобразователи и микропроцессор, с помощью которого генерируются в цифровом виде сигналы возбуждения датчиков, а затем по преобразованным в цифру сигналам датчиков производится вычисление зенитного, апсидального и магнитного азимутального углов.
Инклинометр может содержать запоминающее устройство, в которое записываются предварительно определенные погрешности и значения фактической взаимной неортогональности датчиков углов, используемые затем в качестве поправок при расчете зенитного, апсидального и магнитного азимутального углов.
Инклинометр может содержать датчик температуры, используемый для контроля допустимого нагрева прибора и для компенсации температурных погрешностей датчиков, используемых в инклинометре.
Инклинометр может иметь в своем составе схему сопряжения выходной цепи инклинометра, по которой передается информация об измеренных углах, с каротажным кабелем, содержащую процессор для формирования кодовой посылки и усилитель, выходное волновое сопротивление которого согласовано с волновым сопротивлением каротажного кабеля.
Датчики напряженности магнитного поля могут быть выполнены в виде феррозондов, имеющих один плоский сердечник с одной общей обмоткой возбуждения, сложенной пополам, каждая из половин которой размещена вдоль каждой из плоскостей сердечника, и измерительную обмотку, нанесенную вокруг половин обмоток возбуждения.
Электрическое питание в инклинометр может подаваться от внешнего источника по каротажному кабелю или автономно от блока аккумуляторов, содержащего также запоминающее устройство для записи измеряемых углов в процессе каротажа, и подсоединенного непосредственно к инклинометру.
В результате введения датчиков угла наклона повышается надежность, помехоустойчивость и точность работы инклинометра.
Работа инклинометра поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема размещения датчиков зенита и датчиков напряженности магнитного поля в корпусе инклинометра, на фиг.2 изображен вариант структурной схемы, поясняющий работу инклинометра, на фиг.3 - электрическая схема феррозонда, используемого в качестве датчика напряженности магнитного поля.
Инклинометр содержит жестко связанные с немагнитным корпусом 1 триаду взаимно ортогональных датчиков зенита 2 и триаду взаимно ортогональных датчиков напряженности магнитного поля 3 (см. фиг.1). В качестве датчиков зенита 2 применены датчики угла наклона, частично заполненные жидкостью, обладающей свойством сохранять горизонтальное положение при любом пространственном положении корпуса инклинометра, и вырабатывающие полезный сигнал, изменяющийся пропорционально изменению пространственного положения потенциальных электродов относительно горизонта. Пример построения такого датчика угла наклона приведен в патенте на полезную модель №103908.
Инклинометр может содержать цифро-аналоговые 4, аналогово-цифровые 5 преобразователи и микропроцессор 6, с помощью которого генерируются в цифровом виде сигналы возбуждения датчиков, а затем по преобразованным в цифру сигналам датчиков производится вычисление зенитного, апсидального и магнитного азимутального углов (см. фиг.2).
Инклинометр может содержать запоминающее устройство 7, в которое записываются предварительно определенные погрешности и значения фактической взаимной неортогональности датчиков углов 2 и 3, используемые затем в качестве поправок при расчете зенитного, апсидального и магнитного азимутального углов (см. фиг.2).
Инклинометр может содержать датчик температуры 8, используемый для контроля допустимого нагрева прибора и для компенсации температурных погрешностей датчиков, применяемых в инклинометре (см. фиг.2).
Инклинометр может иметь в своем составе схему сопряжения 9 выходной цепи инклинометра, по которой передается информация об измеренных углах, с каротажным кабелем, содержащую микропроцессор 10 для формирования кодовой посылки и усилитель 11, выходное волновое сопротивление которого согласовано с волновым сопротивлением каротажного кабеля (см. фиг.2).
Датчики напряженности магнитного поля 3 могут быть выполнены в виде феррозондов, имеющих один плоский сердечник 12 с одной общей обмоткой возбуждения 13, сложенной пополам, каждая из половин которой размещена вдоль каждой из плоскостей сердечника 12, и измерительную обмотку 14, нанесенную вокруг половин обмоток возбуждения (см. фиг.3).
Электрическое питание в инклинометр может подаваться от внешнего источника по каротажному кабелю или автономно от блока аккумуляторов 15, содержащего также запоминающее устройство 16 для записи измеряемых углов в процессе каротажа, и подсоединенного непосредственно к инклинометру (см. фиг.1).
Использование предлагаемой полезной модели в результате введения датчиков угла наклона позволит повысить надежность, помехоустойчивость и точность работы инклинометра.
Инклинометр работает следующим образом. Микропроцессор 6 генерирует числа, преобразуемые цифро-аналоговыми преобразователями 4 в сигналы возбуждения датчиков 2 и 3. Сигналы с датчиков 2, пропорциональные проекциям вектора силы тяжести на взаимно ортогональные плоскости, и с датчиков 3, пропорциональные проекциям магнитного поля Земли на взаимно ортогональные плоскости, через аналогово-цифровые преобразователи в оцифрованном виде подаются в микропроцессор 6, где по известным тригонометрическим формулам производится вычисление зенитного, апсидального и магнитного азимутального углов.
В запоминающее устройство 7 могут записываться предварительно определенные погрешности и значения фактической взаимной неортогональности датчиков углов 2 и 3, используемые затем в качестве поправок при расчете зенитного, апсидального и магнитного азимутального углов.
Показания датчика температуры 8, могут использоваться для контроля допустимого нагрева прибора и для компенсации температурных погрешностей датчиков, применяемых в инклинометре.
Схема сопряжения 9 выходной цепи инклинометра, по которой передается информация об измеренных углах, с каротажным кабелем, содержащая микропроцессор 10 для формирования кодовой посылки и усилитель 11, выходное волновое сопротивление которого согласовано с волновым сопротивлением каротажного кабеля, обеспечивает передачу кодовой посылки в наземную аппаратуру на расстояние не менее 5 километров.
При подаче электрического питания в инклинометр через каротажный кабель информация по этой жиле кабеля поступает в реальном режиме времени в наземную аппаратуру.
При автономном режиме работы инклинометра электрическое питание подается от аккумуляторов 15, а информация записывается в запоминающее устройство 16 с последующим считыванием на земной поверхности.
Использование предлагаемой полезной модели в результате введения датчиков угла наклона позволит за счет отсутствия механически подвижных узлов повысить надежность, а за счет большей, чем у чувствительных элементов акселерометров, инерционности жидкости внутри датчиков углов наклона и наличия у них стабильной во времени характеристики, дающей возможность вносить поправки при вычислении углов, повысить помехоустойчивость и точность работы инклинометра.
Дополнительный экономический эффект для потребителей дает возможность применения в инклинометре сменных кожухов различного диаметра. Тем самым обеспечивается использование одного и того же прибора для определения пространственного положения траектории как основного ствола скважины большего диаметра, так и боковых стволов меньшего диаметра.
Источники информации:
Патент РФ №2095563, кл. E21B 47/022, G01C 19/00, 1995 г.
Патент РФ №2291294, кл. E21B 47/022, G01C 9/00, 2005 г. - прототип