УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИННЫХ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к области измерительно-испытательной техники, а именно, к устройствам, позволяющим задавать пространственные углы (зенитный, азимутальный и визирный), и предназначено для градуировки акселерометров и магнитометров, входящих в состав скважинных телеметрических систем (ЗТС).
Известна установка для настройки и экспериментальных исследований инклинометров, содержащая 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 (SU 791957, E21B 47/02, 1978).
Известная установка не обеспечивает требуемую точность измерений и сложна в эксплуатации.
Также известна установка для настройки и экспериментальных исследований инклинометров, содержащая 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, 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 (SU 1441061, E21B 47/02, 1988).
Указанная установка имеет ограниченные эксплуатационные возможности, так как не обеспечивает требуемую точность измерения и не удовлетворяет эргономическим требованиям, что обусловлено тем, что лимбы грубого и точного отсчета пространственно отделены друг от друга, причем лимбы точного отсчета расположены на маховиках червяков, а лимб грубого отсчета на оси червячного колеса. Поскольку полностью устранить люфты в червячных зацеплениях не представляется возможным, то сделать погрешность задания углов менее ±10' не удается. Кроме того, лимб отсчета зенитного угла размещен во внутреннем пространстве стоек, что ограничивает доступ к нему и существенно затрудняет снятие показаний. Все это вместе взятое значительно затрудняет эксплуатацию установки и не позволяет использовать ее, например, для отладки точных электронных инклинометров нового поколения.
Из известных установок для исследования скважинных телеметрических систем наиболее близкой к предлагаемой является установка, содержащая 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, 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 дисками три лимба грубого отсчета углов, причем лимб визирного угла жестко связан со вторым диском, 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, при этом, третий диск с лимбом зенитного угла, шкала которого расположена с внешней стороны вертикальной стойки, жестко связан с одной из полуосей третьей платформы, лимбы точного отсчета углов сопряжены непосредственно с лимбами грубого отсчета, лимб точного измерения азимутального угла жестко закреплен на второй платформе, лимб точного измерения зенитного угла - на соответствующей вертикальной стойке, лимб точного визирного угла - на третьей платформе, а на второй полуоси суппозитно узлу крепления корпуса инклинометра установлен приборный столик. (RU 2178522, E21B 47/02, 1999).
К недостаткам известной установки относятся сложность конструктивного исполнения, а также ограниченные эксплуатационные возможности, поскольку установка предназначена для исследования только инклинометров и не позволяет моделировать пространственное положение телеметрических систем, составной частью которых являются инклинометры.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей установки за счет обеспечения возможности моделирования пространственного положения не только отдельных элементов телеметрической системы, но и всей компоновки скважинной телеметрической системы при одновременном конструктивном упрощении установки.
Поставленная задача достигается тем, что установка для исследования скважинных телеметрических систем 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
В предпочтительных вариантах:
- 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.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид установки, на фиг.2. приведена ее принципиальная схема, на фиг.3 показан пример конкретного использования установки.
Установка для исследования скважинных телеметрических систем содержит опорный штатив 1 с ножками 2 регулируемой высоты. На штативе 1 установлен диск 3 с нанесенной по его периметру шкалой азимутального угла. В центре диска 3 на штативе 1 жестко закреплено червячное колесо 4. Диск 3 приводится во вращение вокруг вертикальной оси посредством червяка 5, смонтированного на поверхности диска 3 и приводящегося во вращение за счет набега винтовой линии червяка 5 по поверхности зубьев червячного колеса 4. На диске 3 установлены две стойки 6 подвеса зажимного устройства 7 поверяемых приборов. На вершинах стоек 6 установлены уровни 8. Стойки 6 выполнены полыми, благодаря чему значительно снижен вес всей конструкции. В стойках 6 в подшипниках скольжения (на фиг. не показаны) установлены две полуоси 9, которые держат зажимное устройство 7. Одна из полуосей 9 снабжена лимбом зенитного угла 10 и вращается вокруг горизонтальной оси с помощью червячной пары 11, установленной внутри полой стойки 6. Поверяемые приборы вращаются вокруг своей оси благодаря червячной паре 12, вмонтированной в зажимное устройство 7. Для контроля визирного угла применена съемная обжимная втулка цангового зажима 13 с нанесенными на ней градусными рисками. Все детали и крепеж конструкции выполнены из немагнитных материалов (дюраль, латунь, бронза, немагнитная нержавеющая сталь) для исключения влияния наведенной остаточной намагниченности от магнитного поля земли на показания магнитометров.
Фиксация исследуемых приборов в зажимном устройстве осуществляется посредством втулки 14.
Установка работает следующим образом.
На первом этапе производится точная пространственная ориентация самой установки, то есть совмещение ее базиса с опорным базисом, образованным вектором ускорения свободного падения и горизонтальной составляющей полного вектора напряженности геомагнитного поля.
На втором этапе осуществляется фиксированная ориентация инклинометра на заданные углы.
На первом этапе ножки 2 опорного штатива 1 устанавливают на стационарное основание в виде диска 3, на плоскости которого параллельно линии, проходящей через любые две ножки 2 штатива 1, устанавливают оптический квадрант, например K01, выставленный в нулевое положение по горизонтали. Поворотом диска 3 на 180 град и регулированием высоты ножек 2 выполняют установку штатива 1 при помощи показаний квадранта по горизонтали. Затем, повернув диск 3 на 90 град, повторяют процедуру.
Следующей операцией является совмещение плоскости диска 3 с направлением на север магнитного меридиана. На поверхность диска 3 устанавливают буссоль, например ОБК-1 (компас с малой погрешностью). Плавным вращением диска 3 в плоскости горизонта с помощью червяка 5 совмещают плоскость диска 3 с направлением на север магнитного меридиана, что регистрируется нулевым показанием буссоли. Нулевая метка азимутального угла устанавливается в соответствии с показаниями буссоли. После этого буссоль снимается, а лимб, нанесенный на диск 3, совмещается с нулевой меткой.
На втором этапе исследуемый объект - инклинометр или ЗТС устанавливают в зажимное устройство 7 и затягиванием резьбовых втулок 14 фиксируют неподвижно. Затем исследуемому объекту путем вращения червяков 5, 11, 12 задается необходимое пространственное положение зенитного угла в диапазоне 0-180 град, азимутального угла в диапазоне 0-360 град, визирного угла в диапазоне 0-360 град. Значение задаваемых угловых параметров пространственной ориентации исследуемого объекта считывают по показаниям лимбов 3, 10, 13.
Для настройки, градуировки и экспериментальных исследований инклинометров, в частности для обеспечения ортогональности и горизонтальности осей их чувствительности, а также для оценки распределения систематических погрешностей в опорных точках диапазона азимута (0, 90, 180, 270 град) необходима быстрая ориентация корпуса инклинометра в горизонтальной плоскости. Это обеспечивается при помощи вывода червяка 5 из зацепления.
На фиг.3 показан пример установления пространственных углов на заявленном устройстве. Червячная пара 5 вращает диск 3 в горизонтальной плоскости, тем самым изменяя угол азимута. Червячная пара 11 вращает в вертикальной плоскости зажимное устройство 7, изменяя угол зенита. Червячная пара 12 приводит во вращение исследуемый прибор вокруг его оси, устанавливая визирный угол.
Таким образом, предлагаемая установка позволяет моделировать положение не только инлинометров, но и всей ЗТС в сборе, благодаря возможности вращения прибора в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также вокруг своей оси.