инклинометр

Формула изобретения

Инклинометр, включающий корпус с внутренней сферической поверхностью, в котором в инертной жидкости плавает шарообразный поплавок, снабженный средствами его ориентации в пространстве, эластичную диафрагму с выступом и арретирующее устройство, отличающийся тем, что полюсные точки шарообразного поплавка оснащены выступами, образующими зазор между сопрягаемыми поверхностями сфер, а экваториальная плоскость поплавка снабжена кольцом, ограничивающим зазор между сферическими поверхностями корпуса и поплавка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к разведочному бурению и предназначено для измерения кривизны геологоразведочных скважин.

Известно устройство для определения азимутального и зенитного углов скважины, включающие корпус, имеющий сферическую камеру с прозрачными стенками, заполненную прозрачной жидкостью, в которой свободно плавает сферический поплавок с вмонтированным в нем датчиками азимутального и зенитного углов, выполненными в виде отвеса и магнитной стрелки, и переходник с каналом для промывочной жидкости. Фиксация положения датчиков осуществляется при подъеме снаряда на поверхность. При этом упругая оболочка сжимается между рамкой и упором, фиксируя положение сферического поплавка. Авторское свидетельство СССР, №757695, кл. Е 21 В 47/02, 1980.

Однако известно устройство имеет низкую точность, так как в процессе арретирования возможно смещение поплавка, происходящее вследствие неодновременности его касания упругой оболочки в двух взаимо перпендикулярных точках. Кроме того, деформация упругой оболочки приводит к искажению горизонтального и вертикального лимбов, что вызывает погрешность при измерении азимутального и зенитного углов.

Известен инклинометр, включающий корпус с верхней сферической прозрачной полостью, в которой в инертной жидкости плавает шарообразный поплавок, снабженный средствами его ориентации в пространстве, эластичную диафрагму и арретирующее устройство, с помощью которого сферический поплавок фиксируется выступом, закрепленным в эластичной диафрагме.

Предварительный патент РК №8689, кл. Е 21 В 47/02, 2002.

Такой инклинометр имеет высокую точность измерений только в том случае, если измерительный поплавок, находящийся в инертной жидкости, обладает нулевой плавучестью, т.е. когда сферическая поверхность поплавка не соприкасается с внутренней сферической поверхностью корпуса. Однако в реальных условиях осуществить нулевую плавучесть довольно сложно, так как на забое скважины плотность жидкости меняется из-за непостоянства температуры, вызванного ростом геотермического коэффициента с глубиной скважины, или под влиянием изменяющихся климатических условий. С изменением плотности жидкости сферический поплавок либо всплывает, либо тонет. В обоих случаях возникает дополнительная сила трения, обусловленная шероховатостью соприкасающихся поверхностей, площадь которой довольно велика, учитывая, что радиусы сфер близки друг к другу. Несмотря на то что величина площади соприкасающихся поверхностей не влияет на силу их прижатия, сила трения растет из-за роста коэффициента трения скольжения, так как на больших площадях трудно обеспечить равномерно гладкую поверхность. Кроме того, при достаточно гладких поверхностях возникают межмолекулярные силы сцепления, что также повышает силы трения.

Задачей изобретения является разработка инклинометра, позволяющего повысить точность измерений кривизны скважин.

Технический результат - уменьшение погрешности измерения зенитного и азимутального углов скважин.

Это достигается тем, что инклинометр, включающий корпус с внутренней сферической поверхностью, в котором в инертной жидкости плавает шарообразный поплавок, снабженный средствами его ориентации в пространстве, эластичную диафрагму с выступом и арретирующее устройство, согласно изобретения полюсные точки шарообразного поплавка оснащены выступами, образующими зазор между сопрягающимися поверхностями сфер, а экваториальная плоскость поплавка снабжена кольцом, ограничивающим зазор между сферическими поверхностями корпуса и поплавка.

На фиг.1 изображен общий вид инклинометра в разрезе; на фиг.2 - шкала инклинометра.

Инклинометр состоит из корпуса 1, к которому присоединены днище 2 с внутренней сферической поверхностью, прозрачной сферической крышкой 3, заполненных инертной жидкостью 4, в которой плавает шарообразный поплавок 5 с магнитным элементом 6, смещенным по вертикальной оси и одновременно выполняющим роль отвеса. Под сферическим днищем 2 расположена эластичная диафрагма 7 с закрепленным в ней выступом 8, взаимодействующим с арретирующим устройством 9. Шарообразный поплавок 5 в своих полюсных точках имеет выступы 10, 11 в виде, например, шариков с малым радиусом кривизны, а в экваториальной плоскости установлено кольцо 12.

Инклинометр работает следующим образом:

Инклинометр присоединяют к бурильной колонне и опускают на забой скважины. Под действием веса снаряда арретирующее устройство 9 освобождает шарообразный поплавок 5, у которого магнитный элемент 6 всегда располагается по направлению силовых линий магнитного поля земли и лежит в вертикальной плоскости.

Однако, в связи с тем, что температура на забое скважины может изменяться от +4°С до +100°С и больше, то соответственно изменяется и плотность инертной жидкости 4 и соответственно плавучесть шарообразного поплавка 5. Но поскольку крышка 3 вместе с днищем 2 образуют неразъемный узел, то плавучесть поплавка 5 не может регулироваться применительно к температурным условиям скважины. Поэтому в данной конструкции, независимо от того всплывает поплавок 5 или тонет, его контакт с внутренней сферической поверхностью корпуса 1 осуществляется через посредство выступов 10, 11, расположенных в полюсных точках. Поскольку поверхность выступов имеет малый радиус кривизны, то площадь сопряжения может быть уменьшена до размеров точки. В таких условиях уменьшаются как силы сцепления между молекулами трущихся поверхностей, так и коэффициент трения скольжения.

В свою очередь, кольцо 12, установленное на поплавке 5 по его экваториальной линии, ограничивает радиальный зазор между поплавком и внутренней сферической поверхностью до таких размеров, что геометрическая ось поплавка может совпадать с геометрической осью сферы корпуса 1, что исключает при арретации возможность смещения в радиальном направлении поплавка 5 и соответственно полюсной точки вместе с выступом 10, который одновременно является реперной точкой, относительно которой берется отсчет измерений (фиг.2).

Последующие действия, связанные с получением замеров искривления, сводятся к минутной выдержке, необходимой для устранения колебаний поплавка 5 при постановке на забой инклинометра и последующего извлечения его на поверхность. В момент отрыва инклинометра от забоя арретирующее устройство 9 посредством выступа 8 прижимает поплавок 5 к внутренней сферической поверхности корпуса 1 и надежно фиксирует его в этом положении. После извлечения на поверхность визуально снимают его показания (фиг.2).

Применение предлагаемого инклинометра в практике геологоразведочных работ позволяет повысить точность измерений зенитных и азимутальных углов скважин за счет более совершенной схемы сопряжения измерительного поплавка с корпусом инклинометра.