Інклінометр для вертикальної частини свердловини та врізки бокових стовбурів

Реферат: Інклінометр для вимірювання кривизни вертикальної частини свердловин та врізки бокових стовбурів містить з'єднані кабелем наземний прилад, який включає персональний комп'ютер з програмним забезпеченням, джерело живлення та свердловинний прилад з мікроконтролером, джерелом живлення. Додатково свердловинний прилад містить однокомпонентний датчик азимутального кута на основі мікроелектромеханічних систем, трикомпонентний гравітаційний датчик зенітного кута на основі горизонтальності рівня рідини, модем, фіксатор положення, а наземний прилад містить модем. При цьому обчислення кутів виконується мікроконтролером свердловинного приладу та отримані дані передаються в наземний прилад по одножильному кабелю. UA 116346 U (12) UA 116346 U UA 116346 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гірничої справи, а саме до засобів контролю кутів викривлення вертикальної частини свердловин, які пробурені особливо як у магнітному, так і у немагнітному середовищі, та для орієнтації бурового інструмента при врізці бокових стовбурів при відхиленні зенітного кута вертикальної частини експлуатаційних, геологорозвідувальних свердловин від нуля у межах ±10°. За рахунок вимірювання азимутального кута у обмеженому діапазоні значень зенітного, спрощується конструкція, обслуговування приладу, підвищується надійність, зменшується його вартість та експлуатаційні витрати. Відомий пристрій [RU 2503810 С1, МПК Е21В 47/022 (2012.01), 10.01.2014], призначений для вимірювання необмежених зенітних та азимутальних кутів у геологічних пошукових та обсаджених експлуатаційних свердловинах, за рахунок спільного застосування ферозондів, акселерометрів і гіроскопів, Свердловинний модуль містить блоки датчиків первинної інформації, що складаються з трьох взаємно ортогональних ферозондів, мікроелектромеханічних (МЕМС) гіроскопів і акселерометрів, електронних схем, виходи яких з'єднані через блок зв'язку з наземним пристроєм. Наземний пристрій складається із блока прийому, декодування і обробки інформації та відображення. Недоліком відомого інклінометра є висока складність, експлуатаційна вартість та ненадійність пристрою за рахунок універсальності та необмежених величин вимірюваних кутів кривизни свердловини, які потрібні лише в окремих випадках. Найбільш близьким аналогом є гіроскопічний інклінометр, призначений для вимірювання викривлення експлуатаційних та геологорозвідувальних свердловин, які пробурені у магнітному середовищі [UA 95363 U МПК Е21В 47/02, 25.12.2014], що містить електричний двигун гіроскопа, азимутальний та зенітний потенціометри, встановлені на рамці інклінометра, щітки яких з'єднані з блоком контролю опору вимірювальних потенціометрів, вихід якого через трижильний кабель з'єднано з зовнішнім пультом керування та джерелом живлення. Інклінометр обладнано мікропроцесором, вихід якого через приймально-передаючий блок та трижильний кабель з'єднано з зовнішнім пультом керування та джерелом живлення. Недоліком вказаного інклінометра є використання як єдиного немагнітного датчика азимутального та зенітного кутів електромеханічного гіроскопу та реле, що приводять до ненадійності функціонування внаслідок контактних явищ при вимірюванні, обмеженому ресурсу роботи та потребує трижильного кабелю для зв'язку з пультом керування. Задачею корисної моделі є спрощення конструкції, підвищення надійності приладу, збільшення оперативності, розширення можливості використання та зменшення експлуатаційних затрат при контролі обмежених кутів викривлення свердловин, які пробурені особливо як у магнітному, так і у немагнітному середовищі, та для орієнтації бурового інструмента при врізці бокових стовбурів. Поставлена задача вирішується у інклінометрі для вимірювання кривизни вертикальної частини експлуатаційних, геологорозвідувальних свердловин та врізки бокових стовбурів, що містить наземний та свердловинний прилади, що з'єднані кабелем. Свердловинний прилад містить з'єднані між собою однокомпонентний вимірювач азимутального кута на основі МЕМС датчика кутової швидкості, трикомпонентний гравітаційний датчик зенітного кута на основі горизонтальності рівня рідини, запрограмований мікроконтролер, модем та джерело вторинного живлення. Наземний прилад - пульт керування містить персональний комп'ютер з програмним забезпеченням, джерело живлення та модем, при цьому обчислення зенітного та азимутального кутів у кожній точці вимірювання виконується мікроконтролером свердловинного приладу, а результат передається в наземний прилад по одножильному кабелю. Корисна модель пояснюється кресленням, на якому наведена функціональна схема гіроскопічного інклінометра. Пристрій складається з наземного 1, свердловинного 2 приладів та одножильного кабельтроса 3. Основою наземного приладу 1 є персональний комп'ютер (ПК) 4 з відповідним програмним забезпеченням 5, джерело живлення постійного струму 6 та модем 7. У склад свердловинного приладу входять: модем 8, вторинне джерело живлення 9, мікроконтролер 10, з відповідним програмним забезпеченням 11, трикомпонентний гравітаційний датчик зенітного кута, на основі горизонтальності рівня рідини, 12 [Исаченко В.Х. Инклинометрия скважин - Μ.: Недра. - 1987 г.- С. 27], однокомпонентний датчик азимуту, на основі мікроелектромеханічного (МЕМС) - вимірювача кутової швидкості, 13 та фіксатор становища свердловинного приладу 14 у буровому інструменті. Наземний прилад 1 знаходиться на поверхні, а свердловинний 2 спускається під землю за допомогою трос-кабеля 3. 1 UA 116346 U 5 10 15 20 25 30 Пристрій працює наступним чином: вмикають наземний прилад 1, при цьому джерело живлення 6 через кабель 3 та модеми 7, 8 активує вторинне джерело живлення 9, яке забезпечує роботу усіх складових свердловинного приладу 2. Свердловинний прилад 2 встановлюють на поверхні у спеціальний штатив у вертикальному положенні, орієнтують пазом фіксуючого пристрою строго на північ та запам'ятовують його показники у ПК 4 як вихідні дані. Свердловинний прилад 2 спускають у свердловину і вимірюють викривлення свердловини з заданим часовим інтервалом, паралельно фіксуючи глибину положення по довжині троса 3. У кожній точці вимірювань мікроконтролер 10 по відповідному алгоритму його програмного забезпечення 11 знімає показники з датчика зенітного кута 12 та датчика азимуту 13, запам'ятовує їх, обробляє та через модеми 8, 7 та одножильний трос-кабель 3 передає на накопичення у ПК 4. При орієнтації бурового інструменту під час врізки бокових стовбурів свердловинний прилад 2 аналогічно спускається до моменту посадки фіксуючого пристрою 14 у відповідний пристрій бурової колони, після чого проводяться вимірювання і корекція азимутального напрямку буріння. З огляду на те, що вертикальні частини свердловин, які після буріння закріплюються магнітними обсадними трубами, мають зенітні кути не більш 20 градусів, стало можливим використання одноосьового МЕМС датчика кутової швидкості для обрахування азимутального кута свердловини з достатньою для практичного використання похибкою. При цьому наявність магнітних мас сталевих обсадних колон та бурового інструменту не впливає на результати вимірювань. Після закінчення вимірів інклінометр підіймають на поверхню, встановлюють на штатив і визначають кінцевий азимут фіксуючого пристрою 14. Різниця азимуту на початку і в кінці вимірів дає величину похибки вимірювання азимутального кута, яку розкладають по точкам вимірів, які були виконані у свердловині, що враховується при обробці результатів на персональному комп'ютері 4. Перевага запропонованого інклінометра полягає у тому, що через його спеціалізоване застосування у обмеженому діапазоні зенітних кутів, значно спрощується конструкція, відсутність електромеханічних вузлів підвищує надійність, а невелика вартість приладу та експлуатаційних затрат дозволяє надати його кожній буровій для мобільного використання, відмовившись на початковій стадії проходки або при ремонті свердловин від вартісних спеціалізованих послуг каротажних підприємств. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Інклінометр для вимірювання кривизни вертикальної частини свердловин та врізки бокових стовбурів, що містить з'єднані кабелем наземний прилад, який включає персональний комп'ютер з програмним забезпеченням, джерело живлення та свердловинний прилад з мікроконтролером, джерелом живлення, який відрізняється тим, що свердловинний прилад містить однокомпонентний датчик азимутального кута на основі мікроелектромеханічних систем, трикомпонентний гравітаційний датчик зенітного кута на основі горизонтальності рівня рідини, модем, фіксатор положення, наземний прилад містить модем, при цьому обчислення кутів виконується мікроконтролером свердловинного приладу та отримані дані передаються в наземний прилад по одножильному кабелю. 2 UA 116346 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3