Комплекс инклинометра

Использование: в геодезических измерительных системах для проведения исследований в буровых скважинах малого диаметра. Сущность изобретения: комплекс инклинометра содержит наземную аппаратуру и скважинный прибор, включающий устройство начальной выставки, центрирующее устройство, корпус, внутри которого расположен микромеханический датчик угловой скорости, двухкомпонентный микромеханический акселерометр, первый электронный блок, включающий аналого-цифровой преобразователь, контроллер и внутреннюю память. С помощью наземной аппаратуры скважинный прибор опускается в скважину. При подъеме скважинного прибора сигналы с датчика угловой скорости и двухкомпонентного акселерометра через аналого-цифровой преобразователь и контроллер поступают во внутреннюю память скважинного прибора. После подъема скважинного прибора осуществляется перезапись измерительной информации из внутренней памяти скважинного прибора в память наземной аппаратуры. Далее происходит камеральная обработка измерительной информации с помощью программно-аппаратных средств. Комплекс позволяет уменьшить габариты скважинного прибора и осуществлять оперативный контроль пространственного положения скважин малого диаметра.

Изобретение относится к системам и комплексам для определения пространственного положения оси буровой скважины, в частности, к гироскопическим инклинометрам.

В настоящее время в мировой практике широко распространены инклинометры, использующие акселерометры и гироскопы.

Известны устройства (Исаченко В.Х. Инклинометрия скважины. - М.: Недра, 1987, с.36, 78-83), в которых гироскопы работают в режимах датчиков угловых скоростей, которые измеряют составляющие проекции угловой скорости вращения Земли. Акселерометры измеряют проекции ускорения силы тяжести.

Недостатком известных устройств является то, что наличие двухосного подвеса или более двух чувствительных элементов резко увеличивает количество электронных блоков, энергопотребление, массу и габариты инклинометра, ограничиваем точностные характеристики устройств из-за взаимовлияния чувствительных элементов между собой.

Известно техническое решение [U.S., патент, 4987684, Кл. G 01 C 9 /00, 1991], в котором инклинометр содержит два трехстепенных гироскопа и три акселерометра. Вычисление углов в этом инклинометре заключается в счислении величин зенитного угла и азимута по известным алгоритмам инерциальной навигации, использующим выходные сигналы гироскопов и акселерометров, кодировании этих данных и передачи их по кабелю в компьютер, находящийся на поверхности, который производит все вычисления. В процессе измерения углов регулярно проводятся кратковременные остановки инклинометра, во время которых происходит коррекция его выходных данных.

Недостатком этого решения является невозможность его использования в процессе бурения в качестве телеметрической системы из-за необходимости кабельной связи между датчиком инклинометра и компьютером, находящимся на поверхности. Данному устройству свойственно также нарастание ошибок во времени, что накладывает достаточно жесткие границы по времени его использования для съемки скважины и обуславливает необходимость регулярных остановок инклинометра в процессе измерений для проведения коррекций. Наличие одноосного карданова подвеса с приводом усложняет конструкцию системы и увеличивает габариты, что снижает ее надежность и ограничивает ее применение в узких скважинах.

Задачей настоящего изобретения является создание малогабаритного гироскопического инклинометра, обеспечивающего необходимую точность измерения параметров траектории скважин малого диаметра.

Технический результат получен за счет того, что в комплекс инклинометра, содержащий наземную аппаратуру и скважинный прибор, включающий устройство начальной выставки, центрирующее устройство, корпус, внутри которого расположены гироскопическое устройство, первый и, второй акселерометры, первый электронный блок, включающий аналого-цифровой преобразователь, контроллер и внутреннюю память, гироскопическое устройство может быть выполнено в виде микромеханического датчика угловой скорости, а первый и второй акселерометры могут быть выполнены в виде микромеханического двухкомпонентного акселерометра. Микромеханический датчик угловой скорости может быть закреплен в корпусе, а его ось чувствительности может быть направлена по продольной оси скважинного прибора.

При исполнении комплекса инклинометра, у которого гироскопическое устройство может быть выполнено в виде микромеханического датчика угловой скорости, а первый и второй акселерометры могут быть выполнены в виде микромеханического двухкомпонентного акселерометра, при этом микромеханический датчик угловой скорости может быть закреплен в корпусе, а его ось чувствительности может быть направлена по продольной оси скважинного прибора, а двухкомпонентный акселерометр может быть закреплен в корпусе, а его оси чувствительности взаимно перпендикулярны и могут располагаться в плоскости, перпендикулярной продольной оси скважинного прибора, уменьшаются габариты скважинного прибора.

На чертеже представлена структурно-функциональная блок-схема комплекса инклинометра.

Комплекс инклинометра содержит наземную аппаратуру 1 и скважинный прибор 2. Скважинный прибор 2 включает центрирующее устройство 3, корпус 4, внутри которого расположены микромеханический датчик угловой скорости 5 и микромеханический двухкомпонентный акселерометр 6, первый электронный блок 7, включающий аналого-цифровой преобразователь, контроллер и внутреннюю память. В состав скважинного прибора 2 входит также устройство начальной выставки и автономный источник питания 8, включающий аккумуляторную батарею и вторичный источник питания. В состав наземной аппаратуры 1 входит пульт управления 9, включающий второй электронный блок 10, блок питания 11, а также устройство

отображения и управления 12. Пульт управления 9 с помощью кабелей подключен к скважинному прибору 2 и к датчику глубины спуска 13, установленному на корпусе ручной лебедки 14. Лебедка 14 содержит корпус, барабан с тросом 15, устройство крепления 16 к обсадной трубе, а также ручной привод.

Предложенное устройство работает следующим образом. С помощью устройства начальной выставки 17 осуществляется привязка системы координат, связанной с измерительными осями двухкомпонентного акселерометра 6, к направлению на местности с известным дирекционным углом. До начала спуска скважинного прибора 2, кроме процедуры начальной выставки, с помощью пульта управления 9 осуществляется ввод исходных данных (номер и диаметр скважины, координаты устья скважины и пункта визирования и др.) Перед началом спуска осуществляется подсоединение троса 15 лебедки 14 к скважинному прибору 2. При спуске в скважину скважинный прибор отключается от пульта управления 9. При помощи ручной лебедки 14 производится спуск скважинного прибора 2. При спуске происходит запись сигналов датчика глубины 13 спуска во внутреннюю память пульта управления 9. В процессе подъема с помощью первого электронного блока 7 происходит преобразование аналоговых сигналов датчиков 5 и 6 в цифровой вид и регистрация во внутренней памяти скважинного прибора 2. Частота записи информации составляет величину не менее 20 Гц. После подъема осуществляется выключение скважинного прибора 2 и перезапись измерительной информации из внутренней памяти скважинного прибора 2 в память пульта управления 9. Далее происходит камеральная обработка измерительной информации с помощью программно-аппаратных средств. Обработанная информация представляется в графическом виде на дисплее (масштабированные сечения по глубине скважины) и в табличном виде (координаты точек по глубине скважины).

Таким образом, может быть осуществлено определение пространственного положения оси буровой скважины.

Заявленный комплекс инклинометра позволяет уменьшить габариты скважинного прибора и осуществлять оперативный контроль пространственного положения скважины малого диаметра.

1. Комплекс инклинометра, содержащий наземную аппаратуру и скважинный прибор, включающий устройство начальной выставки, центрирующее устройство, корпус, внутри которого расположены гироскопическое устройство, первый и второй акселерометры, первый электронный блок, включающий аналого-цифровой преобразователь, контроллер и внутреннюю память, отличающийся тем, что гироскопическое устройство выполнено в виде микромеханического датчика угловой скорости, а первый и второй акселерометры выполнены виде микромеханического двухкомпонентного акселерометра.

2. Комплекс инклинометра по п.1, отличающийся тем, что микромеханический датчик угловой скорости закреплен в корпусе, а его ось чувствительности направлена по продольной оси скважинного прибора.

3. Комплекс инклинометра по п.1, отличающийся тем, что двухкомпонентный акселерометр закреплен в корпусе, а его оси чувствительности взаимно перпендикулярны и расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси скважинного прибора.