Датчик зенітного кута для вимірювання скривлення свердловин

Датчик зенітного кута для вимірювання скривлення свердловин, що містить корпус, спірально укладену трубку, заповнену рідиною, який відрізняється тим, що виходи трубки розвернуті в протилежні сторони і з'єднані з порожнинами, оснащеними мембранами, на яких закріплені рухомі елементи безконтактних датчиків сили і переміщення Корисна модель відноситься до промислової геофізики і може бути використана для контролю просторової орієнтації стовбура свердловини (зенітного кута) у процесі буріння нафтових і газових свердловин Відомий перетворювач кута нахилу, що містить корпус, виконаний з електропровідного матеріалу, що включає вимірювальний маятник і котушку індуктивності, виконану у виді соленоїда При відхиленні маятника змінюється індуктивність котушки [1] Недоліком пристрою є те, що діапазон вимірюваного кута обмежений бічною поверхнею корпусу і лежить у межах 0-45°, що є недостатнім для контролю зенітного кута нахилу свердловини Іншим недоліком пристрою є неможливість його використання для вимірів при вібраційних і ударних перевантаженнях, що супроводжують процес буріння Відомий також прилад для визначення кривизни свердловини, що включає зовнішню маятникову рамку, усередині якої повертається внутрішня маятникова карданна рамка, поворот якої пропорційний зенітному куту Для збільшення вібро-1 ударовитривалосп рамки виконані у вигляді поплавців, занурених у важку в'язку рідину, збалансованих у ній по плавучості і диференту [2] Недоліком пристрою є складність конструкції, що призводить до порівняно невисокої надійності і невисокої вібраційної СТІЙКОСТІ В процесі буріння Найбільш близьким технічним рішенням до моделі, що пропонується, є перетворювач зенітного кута, що містить корпус, виконаний у вигляді тороїдальної порожнини з перегородкою, до якої підключена додаткова спіраль, заповнена рідиною Для забезпечення вібраційної СТІЙКОСТІ частота власних коливань чутливого елемента повинна бути значно меншою, ніж частота змушених коливань Зниження частоти власних коливань досягається застосуванням перетворювача з рідинним чутливим елементом і збільшенням довжини чутливого елемента [3] Недоліком цього перетворювача є те, що точність при вимірі зенітного кута визначається діаметром тороїдальної порожнини, у якій переміщується рідина У свою чергу діаметр кільцевого рівня обмежений діаметром бурильного снаряда Іншим недоліком пристрою є неможливість вимірів при роторному бурінні, тому що обертання бурової труби призводить до виникнення відцентрових сил, що відхиляють рідинний маятник від вертикального положення Корисна модель вирішує технічну задачу підвищення точності визначення зенітного кута в процесі турбінного і роторного буріння Поставлена задача вирішується тим, що датчик зенітного кута для вимірювання скривлення свердловин містить корпус, спіральну трубку, заповнену рідиною, при цьому виходи трубки розгорнуті в протилежні сторони і з'єднані з порожнинами, відділеними від навколишнього середовища в'ялими мембранами, на яких розміщені рухомі елементи перетворювачів сили і переміщення На кресленні представлений датчик зенітного кута для вимірювання скривлення свердловин Пристрій містить корпус 1, циліндричну спіральну трубку 2, заповнену рідиною, герметичні порожнини 3, 4 мембрани 5, 6, на яких закріплені безконтактні перетворювачі сили 7, 8 і безкон 00 о> 7780 тактні датчики переміщення 9, 10, підсилювач зворотного зв'язку 11 і опір зворотного зв'язку 12 Датчик зенітного кута працює таким чином Нехай датчик розташований у горизонтальній свердловині При відхиленні свердловини від горизонтальної площини рідина в чутливому елементі 2 переміщується уздовж осі чутливості хх датчика, при цьому мембрани 5, 6 деформуються і на виході датчиків переміщення з'являються сигнали невідповідності, які після посилення і перетворення подаються на безконтактні датчики сили, що повертають мембрани і рідину у вихідне положення При цьому напруга на резисторі зворотного зв'язку є вихідним сигналом датчика, пропорційним косинусу зенітного кута (зенітний кут є кут між вектором прискорення вільного падіння і віссю чутливості датчика зенітного кута) U = U 0 + U m cos(g,X*) 0) де и 0 - початковий сигнал датчика зенітного кута, Um - найбільше значення вихідного сигналу Пропонований датчик зенітного кута може бути використаний безпосередньо в процесі як турбінного, так і роторного буріння Для перетворювача з рідинним чутливим елементом частота власних коливань визначається за формулою [4] »§=^ (2) де g - прискорення вільного падіння, 1 -довжина чутливого елемента Зі співвідношення (2) видно, що при збільшенні довжини чутливого елемента зменшується частота власних коливань, а тому Комп'ютерна верстка М Кпюкін вібраційні перевантаження що супроводжують процес турбінного буріння і знаходяться у діапазоні 20-30 Гц не впливають на показання датчика Відцентрові сили, що виникають у процесі роторного буріння, не відхиляють чутливий елемент від заданого положення внаслідок симетричного розташування виходів спіральної трубки Точність вимірювання зенітного кута залежить від відстані між виходами спіральної трубки, що не обмежується діаметром бурильного снаряду і може бути обрана виходячи з необхідної точності Таким чином, при збільшенні довжини чутливого елемента одночасно зменшується частота власних коливань і збільшується чутливість пристрою Стендові випробування пристрою показали, що поріг чутливості датчика лежить у межах кутових секунд Пропонована корисна модель може бути використаною для буріння нафтових і газових похило спрямованих і горизонтальних свердловин Джерела інформації 1 Авторское свидетельство СССР № 970105, G 01 С 9/02 Публикация 1982, 30 октября Бюллетень № 40 2 Авторское свидетельство СССР № 402640, Е 21 В 47/02, Публикация 1973 Бюллетень № 42 3 Авторское свидетельство СССР № 933967, Е 21 В 47/02, Публикация 1982 7 июня Бюллетень № 21 4 Вибрации в технике, под ред Болотина В В , М Машиностроение, -1973, 386 с Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1 м Київ-42 01601