УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ СТЕНОК БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ
DEVICE TO OBSERVE DRILLING HOLE WALLS

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям и может быть использовано для визуального контроля стенок скважин.
Известно устройство для осмотра стенок буровой скважины, содержащее источник света, телевизионную камеру с центрирующими катушками, спускаемую в скважину на кабеле, приемник телевизионного изображения, а также систему ориентации изображения стенок скважины относительно сторон света [1].
Недостатком указанного устройства является то, что оно не может работать вблизи источников электромагнитного излучения, а также в скважинах, пробуренных в горных породах, содержащих минералы, обладающие магнитной восприимчивостью.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для наблюдения стенок буровой скважины, содержащее источник света, телевизионную камеру, спускаемую в скважину на кабеле, спуско-подъемное устройство, обеспечивающее перемещение кабеля вдоль скважины, приемник телевизионного изображения и систему ориентации изображения стенок скважины относительно сторон света, включающую лазерный излучатель [2]. Это устройство взято нами в качестве прототипа.
Недостатком устройства-прототипа является невозможность с его помощью обеспечить постоянство ориентации изображения на экране телевизионного приемника относительно сторон света, что обусловлено неизбежными неконтролируемыми вращательными движениями кабеля вокруг своей оси при спуске и подъеме телевизионной камеры.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение постоянства ориентации изображения стенок скважины на экране телевизионного приемника относительно сторон света.
Для решения поставленной задачи в устройстве для наблюдения стенок буровой скважины, содержащем источник света, телевизионную камеру, спускаемую в скважину на кабеле, спуско-подъемное устройство, обеспечивающее перемещение кабеля вдоль скважины, приемник телевизионного изображения и систему ориентации изображения стенок скважины относительно сторон света, включающую лазерный излучатель, систему ориентации изображения стенок скважины выполняют в виде двух параллельных, расположенных соосно со скважиной кольцевых платформ, нижняя из которых жестко закреплена на устье скважины, а верхняя установлена с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, реверсивного двигателя, обеспечивающего вращение верхней кольцевой платформы, трех фотоприемников, установленных вдоль образующей нижней кольцевой платформы и обращенных в сторону лазерного излучателя, установленного на телевизионной камере, блока управления реверсивным двигателем, входы которого подключены к выходам фотоприемников, а выходы - к управляющему входу реверсивного двигателя, при этом спуско-подъемное устройство закреплено на верхней кольцевой платформе, а лазерный излучатель снабжен оптической насадкой, обеспечивающей трансформацию точечной проекции лазерного луча в световую линию, проходящую вдоль радиуса нижней кольцевой платформы через центральный из фотоприемников.
На фиг.1 изображена блок-схема устройства для наблюдения стенок скважины, а на фиг.2 - вид на неподвижную нижнюю кольцевую платформу со стороны скважины.
Устройство для наблюдения стенок буровой скважины содержит телевизионную камеру 1, связанную с приемником 2 телевизионного изображения кабелем 3, проходящим через спуско-подъемное устройство 4 в виде двигателя 5 и вращающегося на его оси барабана 6. Спуско-подъемное устройство 4 закреплено на верхней кольцевой платформе 7, установленной с возможностью вращения в горизонтальной плоскости на неподвижной нижней кольцевой платформе 8. Нижняя кольцевая платформа расположена соосно как с верхней кольцевой платформой 7, так и со скважиной 9, на устье которой она жестко закреплена. На верхней поверхности нижней кольцевой платформы 8 закреплен реверсивный двигатель 10, который через редуктор 11 связан с верхней кольцевой платформой 7, а через свой управляющий вход - с блоком 12 управления реверсивным двигателем 10. На телевизионной камере 1 размещены источники света 13 и лазерный излучатель 14, направленный в сторону устья скважины 9. На периферии нижней поверхности нижней кольцевой платформы 8 в точке прямой видимости со стороны лазерного излучателя 14 установлен центральный фотоприемник 15, подключенный к первому управляющему входу блока 12 управления реверсивным двигателем 10. Лазерный излучатель 14 снабжен оптической насадкой 16, обеспечивающей трансформацию точечной проекции лазерного луча 17 в световую линию 18, проходящую вдоль радиуса нижней кольцевой платформы 8 к центральному фотоприемнику 15. На нижней кольцевой платформе 8 на одной кольцевой образующей с центральным фотоприемником 15 слева и справа от него симметрично размещены левый фотоприемник 19 и правый фотоприемник 20, каждый из которых своей активной частью направлен в сторону лазерного источника 14, а своим выходом связан с соответствующим управляющим входом блока 12 управления реверсивным двигателем 10.
Устройство для наблюдения стенок буровой скважины работает следующим образом.
В исходном состоянии нижнюю кольцевую платформу 8 устанавливают над исследуемой скважиной 9 таким образом, чтобы линия, проходящая через центр платформы 8 и центральный фотоприемник 15, была сориентирована точно в направлении север-юг. Далее в скважину 9 с помощью спуско-подъемного устройства 4 опускают телевизионную камеру 1 на заданную глубину, для чего с помощью двигателя 5 приводят во вращательное движение барабан 6 с намотанным на нем кабелем 3. При этом освещаемые источником света 13 стенки скважины 9 в виде соответствующего изображения воспринимаются телевизионной камерой 1 и далее воспроизводятся приемником 2 телевизионного изображения.
Пока телевизионная камера 1 находится вблизи устья скважины 9, ее вручную ориентируют таким образом, чтобы лазерный луч 13, излученный лазером 14 и трансформированный оптической насадкой 16 в световую линию 18, проходил через центральный фотоприемник 15. Наличие светового сигнала на центральном фотоприемнике 15 приводит к появлению электрического сигнала на первом входе блока 12 управления реверсивным двигателем 10. При этом реверсивный двигатель остается неподвижным, поскольку ориентация телевизионной камеры 1 соответствуют исходной.
При дальнейшем опускании телевизионной камеры 1 возникает ее вращательное движение либо влево, либо вправо от исходного положения, соответствующего направлению светового луча 18 север-юг.
При вращении камеры вправо, то есть по направлению часовой стрелки на фиг.2, световая линия 18, создаваемая лазером 14 с оптической насадкой 16, также перемещается вправо до тех пор, пока она не пересечет фотоприемник 20. При этом фотоприемник 20 выдает на своем выходе электрический сигнал, поступающий на соответствующий управляющий вход блока 12 управления реверсивным двигателем 10. В результате реверсивный двигатель 10 создает вращательное движение редуктора 11, которое передается верхней кольцевой платформе 7. Верхняя кольцевая платформа 7 вместе со спуско-подъемным устройством 4, а значит и кабель 3, начинает вращаться влево до тех пор, пока световой луч 18 не пересечет центральный фотоприемник 15. При этом сигнал с центрального фотоприемника поступит на первый управляющий вход блока 12 управления, который остановит реверсивный двигатель 10. И таким образом будет восстановлена исходная ориентация телевизионной камеры 1, а значит и изображение стенок скважины 9 на телевизионном приемнике 2.
В случае вращения камеры влево, то есть против направления часовой стрелки на фиг.2, световая линия 18, созданная лазером с оптической насадкой 16, будет перемещаться влево до тех пор, пока она не пересечет фотоприемник 19. При этом фотоприемник 19 выдаст сигнал на соответствующий вход блока 12 управления реверсивным двигателем 10. В результате реверсивный двигатель 10 создаст вращательное движение редуктора 11, которое передается верхней кольцевой платформе 7. Верхняя кольцевая платформа 7 вместе со спуско-подъемным устройством 4, а значит и кабелем 3, начнет вращаться вправо до тех пор, пока световой луч 18 не пересечет центральный фотоприемник 15. При этом, как и в описанном выше случае, блок 12 управления остановит реверсивный двигатель 10, а исходная ориентация телевизионной камеры 1 и изображения на телевизионном приемнике 2 будут восстановлены.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает постоянство ориентации изображения стенок скважины на экране телевизионного приемника относительно сторон света.
Экспериментальная проверка работоспособности предлагаемого устройства проведена при видеокаротаже взрывных скважин на ОАО «Карельский окатыш». Указанная проверка подтвердила ожидаемый положительный эффект - постоянство ориентации изображения стенок скважины на экране телевизионного приемника относительно сторон света.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №861569, Кл. Е21В 49/00, 1981 г.
2. Патент RU №2326243, Кл. Е21В 49/00, Б.И. №16, от 10 июня 2008 г.