УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН
DEVICE FOR DETERMINING WELL DEVIATION PARAMETERS

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для их геофизического исследования, а именно для измерения азимутального угла скважины непосредственно в процессе бурения. Цель изобретения - повышение надежности работы.
Известно устройство скважинного прибора инклинометра КИТ-М, содержащее корпус рамки-маятника, коллектор, дебаланс, подпятник опоры вращения, корпус с круговым реохордом, плата с дуговым реохордом, магнитомеханический чувствительный элемент, отвес и подпружиненный арретир [5]. Недостатком указанного устройства является невозможность непрерывного контроля параметров искривления скважины непосредственно в процессе бурения.
Также известно устройство (а.с. СССР №608917, 1975 г.), которое содержит рамку, укрепленную на опорах, магнитную стрелку с фиксатором, спирали, соленоид, прижимающее устройство, катушку и грузики. Недостатком указанного устройства является большое количество движущихся механических деталей, и следовательно, понижение надежности.
Прототипом является устройство (а.с. СССР №1332007, 1987 г.), которое содержит рамку с эксцентричным грузом, струйный генератор, состоящий из сопла питания, приемного, выходного и расходного сопел, магнитную стрелку, арретированную на емкость, связанную с приемным соплом, источник питания (баллон со сжатым газом) с управляемым редуктором, сильфон и управляющий шток. При изменении азимутального угла стрелка, арретируясь, поворачивается и отсекает определенный объем емкости (разомкнутого кольца трубки), расположенной под ней. Таким образом изменяется время заполнения газом этой емкости, следовательно, меняется частота импульсов. Недостатком этого устройства является то, что объем заполняемой трубки невелик, и газ быстро его заполняет, поэтому создаваемые импульсы имеют высокую частоту, что нежелательно, поскольку передача сигнала осуществляется по гидравлическому каналу связи, который работает в инфранизком диапазоне частот. В предлагаемом устройстве необходимый диапазон частот колебаний обеспечивается увеличением объема приемной емкости, причем этот объем может изменяться в большом диапазоне.
Техническая задача заключается в создании надежного устройства и точного устройства для контроля азимутального угла скважины непосредственно в процессе бурения.
Устройство для определения азимутального угла искривления скважины, содержащее рамку с эксцентричным грузом, в которой размещены магнитная стрелка, панель с преобразователем угла поворота, который связан с каналом связи и выполнен в виде струйного генератора, состоящего из сопла питания, выходного и приемного сопла и приемной емкости, соединенных между собой коммутационными каналами, и источник питания в виде баллона со сжатым газом, выход которого через управляемый редуктор соединен с соплом питания, а также снабжено механическим резонатором, системой привода, реохордом, на витки которого арретируется магнитная стрелка, и источником электропитания, при этом свободный конец резонатора размещен в зоне прилипания струи на входе в приемное сопло.
На фиг.1 показано устройство для измерения азимутального угла скважины.
Устройство содержит панель с преобразователем угла наклона в виде струйного генератора, заключенную внутри рамки 1 с эксцентричным грузом, установленной на основаниях 2 при помощи опор 3, преобразователь, включающий сопло питания 4, приемное сопло 5 и выходное сопло 6, при этом приемное сопло связано коммутационным каналом с приемной емкостью 7, а в рамке 1 эксцентрично закреплен баллон со сжатым газом 11, являющийся источником питания преобразователя, соединенный с соплом питания 4 при помощи управляемого редуктора 12, сильфон 17, установленный на панели и сопряженный со штоком 18 гидроусилителя, котелок 10 с установленной магнитной стрелкой 9 с возможностью арретирования на витки реохорда 16, механический резонатор 13, выполненный в виде консоли с одним закрепленным концом, размещенный в зоне прилипания струи, и систему привода 14, включенную в цепь реохорда 16, резистора 15, и источник электропитания 8.
Работа устройства основана на эффекте Коанда - свойстве струи изменять направление при наличии поверхности специального или нужного профиля путем прилипания струи жидкости к расположенной вблизи твердой стенке.
Устройство работает следующим образом.
В момент измерения сила тока в катушке съема 16 зависит от положения магнитной стрелки 9, установленной по магнитному меридиану Земли. В этот момент редуктор 12 открывается и поток газа из баллона 11 через сопло 4, прилипнув к стенке, устремляется в приемное сопло 5. Таким образом заполняется емкость 7. После ее заполнения перед приемным соплом 5 создается противодавление, что вызывает отрыв потока газа от стенки и переход этого потока в выходное сопло 6. Далее газ попадает в сильфон 17, который толкает управляющий шток гидроусилителя 18. На входе сопла 5 находится механический резонатор 13, который колеблется при помощи системы привода 14. Привод непосредственно соединен по электрической цепи с катушкой съема колебаний магнитной стрелки 16. Электропитание осуществляется источником 8. Рамка 1 устанавливается в плоскости искривления скважины. При изменении направления искривления скважины по азимуту рамка 1 с эксцентричным грузом 11 поворачивается относительно установленной по меридиану магнитной стрелки. Магнитная стрелка заново арретируется на витки реохорда 16, тем самым вызывая изменение силы тока в цепи. Таким образом изменяется падение напряжения на сопротивлении 15, соответственно оно меняется и в катушке системы привода.
Установлено, что существует зависимость между амплитудой привода механического резонатора, расположенного в зоне струи, и частоты колебаний струйного генератора. График зависимости, полученный экспериментально, изображен на фиг.2. Таким образом, при изменении положения магнитной стрелки изменяется частота колебаний пневматических импульсов, подаваемых в выходное сопло 6 при заполнении емкости 7. Далее серия импульсов на управляющем штоке 18 преобразуется гидроусилителем в серию мощных гидравлических импульсов промывочной жидкости, которые улавливаются аппаратурой на устье скважины и регистрируются приборами. Данная информация служит для осуществления управления процессом проводки скважины.
Частота импульсов управляющего штока определяется следующим уравнением:
где f - частота колебаний, Гц;
С - постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей генератора пневматических импульсов;
V - объем приемной емкости.
Параметры устройства хорошо согласуются с параметрами гидравлического канала связи забоя с устьем скважины.