RU2178523C2

RU2178523C2 - Small-size gyroscopic inclinometer

Info

Publication number: RU2178523C2
Application number: RU99107865A
Authority: RU
Inventors: Р.А. Белов; А.А. Колесников; А.Н. Котов; А.П. Мезенцев
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2002-01-20

Abstract

FIELD: oil and gas producing industry and geophysics; applicable in research of slim hole paths. SUBSTANCE: inclinometer has gyroscope, two pendulous accelerometers, electronic unit for supply of sensitive members and transmission of information to surface apparatuses; strong sealed shell; system of vibration dampers and shock absorbers. Logging cable is used for mechanical and electrical communication with surface apparatuses. Reverse rotation of gyroscope through 180 deg in the course of measurement is effected by DC motor through multispeed gearbox having only one shaft and one axle. Stability of gyroscope orientation in measurements is ensured by pressing of stop of base with the help of one spring in both positions that makes it possible to use inclinometer in slim holes. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и к геофизике, а более конкретно - к устройствам, позволяющим измерять значения азимутального и зенитного углов при исследовании траекторий нефтяных, газовых, геофизических и других скважин. The invention relates to the oil and gas industry and to geophysics, and more specifically to devices that allow you to measure the azimuth and zenith angles in the study of the trajectories of oil, gas, geophysical and other wells.

Известен гироскопический инклинометр (патент США N 4.244.116, кл. 6010 19/38, 1981 г. ), в котором в качестве чувствительных элементов для измерения азимутального и зенитного углов используются соответственно двухосный динамически настраиваемый гироскоп и двухосный маятниковый акселерометр. A gyroscopic inclinometer is known (US patent N 4.244.116, class 6010 19/38, 1981), in which biaxial dynamically tuned gyroscope and biaxial pendulum accelerometer are used respectively as sensors for measuring azimuth and zenith angles.

Известен также гироскопический инклинометр (патент США N 4.245.498, кл. E 21 В 47/022, 1981 г. ), в котором в качестве чувствительных элементов для измерения азимута используются динамически настраиваемые гироскопы, которые при проведении измерений поворачиваются вокруг оси подвеса рамки с помощью датчика момента. Однако такая схема не может быть реализована в малогабаритном инклинометре ввиду того, что отсутствуют компактные датчики момента, обеспечивающие требуемый момент поворота. A gyroscopic inclinometer is also known (US patent N 4.245.498, class E 21 B 47/022, 1981), in which dynamically tuned gyroscopes are used as sensors for measuring azimuth, which, when measured, rotate around the suspension axis of the frame with using a torque sensor. However, such a scheme cannot be implemented in a small inclinometer due to the fact that there are no compact torque sensors that provide the required turning moment.

Целью настоящего изобретения является создание малогабаритного гироскопического инклинометра с внешним диаметром не более 36 мм, обеспечивающего требуемую точность измерений параметров траектории скважины. The aim of the present invention is to provide a small-sized gyroscopic inclinometer with an external diameter of not more than 36 mm, providing the required accuracy of measuring the parameters of the well path.

Цель достигается тем, что в инклинометре применен малогабаритный и маломоментный электродвигатель постоянного тока с редуктором специальной конструкции. The goal is achieved by the fact that the inclinometer uses a small-sized and low-torque DC motor with a special design gearbox.

Малогабаритный гироскопический инклинометр в соответствии с настоящим изобретением (фиг. 1) содержит два основных блока: блок чувствительных элементов 1 и блок электроники 2. В состав блока входят приборы измерения азимута и зенитного угла. Для измерения азимута применен динамически настраиваемый гироскоп 3, который присоединен к валу 4 и имеет возможность поворачиваться на 180^o вокруг оси инклинометра. Вал 4 кинематически соединен с выходным звеном редуктора 5, на входе которого установлен двигатель постоянного тока 6. Реверсирование вращения двигателя осуществляется с помощью двух микропереключателей 7. Стабильность крайних положений поворота гироскопа (0 и 180^o) обеспечивается за счет взаимодействия упора 8 с базовыми площадками 9 на корпусе блока чувствительных элементов, которые прижимаются друг к другу пружиной 10. Фрикционная муфта 11 защищает от разрушающих нагрузок в момент прижатия упора 8 к одной из базовых площадок 9. Редуктор 5, кинематическая схема которого показана на фиг. 2, имеет шесть пар цилиндрических зубчатых колес, вращающихся на валу 12 и оси 13. Такая конструкция редуктора обеспечивает его малый диаметр.The small-sized gyroscopic inclinometer in accordance with the present invention (Fig. 1) contains two main units: a sensor unit 1 and an electronics unit 2. The unit includes azimuth and zenith angle measuring devices. To measure the azimuth applied dynamically tuned gyroscope 3, which is attached to the shaft 4 and has the ability to rotate 180 ^o around the axis of the inclinometer. The shaft 4 is kinematically connected to the output link of the gearbox 5, at the input of which a DC motor is installed 6. The rotation of the motor is reversed using two microswitches 7. The stability of the extreme rotation positions of the gyroscope (0 and 180 ^o ) is ensured by the interaction of the stop 8 with the base pads 9 on the housing of the block of sensitive elements, which are pressed against each other by a spring 10. The friction clutch 11 protects against destructive loads at the moment of pressing the stop 8 to one of the base platforms 9. Gear 5 nematic circuit is shown in FIG. 2, has six pairs of cylindrical gears rotating on the shaft 12 and the axis 13. This design of the gearbox provides its small diameter.

Два маятниковых акселерометра 14, используемые для измерения зенитного угла, установлены неподвижно в корпусе блока 1. Two pendulum accelerometers 14, used to measure the zenith angle, are fixedly mounted in the housing of unit 1.

Измерительные оси акселерометров взаимно перпендикулярны, а направление их совпадает с направлением измерительных осей гироскопа, когда он находится в позициях 0 и 180^o, т. е. в моменты прижатия упора 8 к базовым площадкам 9.The measuring axes of the accelerometers are mutually perpendicular, and their direction coincides with the direction of the measuring axes of the gyroscope when it is in positions 0 and 180 ^o , that is, when the stop 8 is pressed against the base pads 9.

Блок электроники 2 осуществляет электропитание чувствительных элементов 3 и 14, а также обработку и передачу информации по каротажному однокильному кабелю 15 и наземной аппаратуре. The electronics unit 2 provides power to the sensitive elements 3 and 14, as well as the processing and transmission of information through a single wire cable 15 and ground equipment.

Все элементы инклинометра помещены в прочную трубчатую герметичную оболочку 16. Для защиты аппаратуры от ударов и вибрации при движении внутри скважины предусмотрены амортизатор 17 и виброгасители 18. All elements of the inclinometer are placed in a strong tubular sealed shell 16. To protect the equipment from shock and vibration when moving inside the well, a shock absorber 17 and vibration dampers 18 are provided.

Измерение параметров траектории скважины - азимута и зенитного угла - производится следующим образом. Инклинометр опускается в заданную точку скважины, где производится измерение выходных сигналов акселерометра и выходных сигналов гироскопа в позициях 0 и 180^o. Для получения большей точности измерений необходимо обеспечить очень точный поворот на 180^o. Для этого в позиции 0^o (фиг. 3) упор 8 прижимается к одной из базовых площадок 9 посредством пружины 10. При включении двигателя 6 гироскоп 3 поворачивается по часовой стрелке в позицию 180^o, и упор 8 той же пружиной 10 прижимается к другой базовой площадке 9. По полученным измерениям наземная аппаратура производит вычисление азимута и зенитного угла в данной точке скважины. После этого гироскоп возвращается в позицию 0^o, и инклинометр перемещается в следующую точку скважины.The measurement of the parameters of the well trajectory — azimuth and zenith angle — is carried out as follows. The inclinometer is lowered to a given point in the well, where the output signals of the accelerometer and the output signals of the gyroscope are measured at positions 0 and 180 ^o . To obtain greater measurement accuracy, it is necessary to provide a very accurate rotation of 180 ^o . To do this, in position 0 ^o (Fig. 3), the stop 8 is pressed against one of the base pads 9 by means of a spring 10. When the engine 6 is turned on, the gyroscope 3 is rotated clockwise to 180 ^o , and the stop 8 with the same spring 10 is pressed against another base Site 9. Based on the measurements, the ground equipment calculates the azimuth and zenith angle at a given point in the well. After that, the gyroscope returns to position 0 ^o , and the inclinometer moves to the next point in the well.

Таким образом, заявленные технические решения существенно расширяют эксплуатационные возможности инклинометра, так как позволяют использовать его в скважинах малого диаметра при обеспечении требуемой точности измерений. Thus, the claimed technical solutions significantly expand the operational capabilities of the inclinometer, as they allow it to be used in small diameter wells while ensuring the required measurement accuracy.

Claims

A small-sized gyroscopic inclinometer for measuring the azimuth and zenith angle of the axial line of directional wells at predetermined points along their entire length, consisting of a block of sensitive elements with two pendulum accelerometers and a gyroscope having the ability to reverse 180 ^o around the longitudinal axis of the inclinometer, an electronics unit to power gyroscope and accelerometers, processing and transmission of measurement information to ground-based equipment, a tight hermetic shell, vibration dampers and shock absorbers logging cable for electrical and mechanical communication with ground equipment, characterized in that the gyroscope is rotated during the measurement process by a small DC motor through a multistage gearbox having only one shaft and one axis, and the gyroscope is stable in orientation 0 ^o and 180 ^o It is ensured by pressing the stop against the base planes by means of a single spring in both positions.