Профилемер

Предлагаемое изобретение относится к области геофизических исследований скважин, а именно к средствам для изучения технического состояния скважин методами кавернометрии и профилеметрии.

Известно устройство профилемера, в котором изменение профиля ствола скважины прослеживается в результате контакта подпружиненных элементов (пружин-лыж) со стенкой. При этом изменение радиуса изгиба пружин-лыж передается подвижной втулке с постоянным кольцевым магнитом, который, перемещаясь вдоль корпуса прибора, воздействует на резистивные элементы, через подвижные контакты, установленные в корпусе прибора. Тем самым, изменяется сопротивление резистивного элемента, величина которого регистрируется блоком измерения на поверхности (Авт. свид. №1574804, Е 21 В 47/08, Бюл. №24, опубл. 30.06.90 г.)

Таким образом, происходит преобразование механического перемещения рычага в электрический сигнал.

В известном устройстве используется широко известный классический реостат с ползунком, где приводом ползунка является магнит, а реостатом является резистивный элемент, что то же самое. Магнитный привод не является индикатором положения раскрытия рычагов и преобразователем сигнала, а является механическим исполнительным устройством, имеющим низкую разрешающую способность, которому присущ такой недостаток, как гистерезис исполнительного устройства, за счет чего появляется систематическая погрешность в измерениях. Кроме того, прибор с резистивным элементом внутри технологически выполнить по длине меньше необходимого как 100-200 мм невозможно, следовательно, увеличивается длина прибора. Такая компоновка прибора также не позволяет выполнить прибор малого диаметра, что ограничивает количество ребер профилемера.

Известно другое устройство, в котором для преобразования механического перемещения в электрический сигнал использован феррозондовый магнитометр с постоянным магнитом, установленным на конце шарнирно-соединенного с корпусом измерительного рычага вдоль его продольной оси. Феррозондовый магнитометр установлен в герметичной немагнитной камере в корпусе прибора, причем феррозонд установлен перпендикулярно продольной оси профилемера.

При изменении положения постоянного магнита относительно оси магниточувствительного элемента магнитометра, что происходит при изменении положения измерительного рычага вдоль ствола скважины, возникает линейная зависимость напряженности магнитного поля от высоты неровности стенки скважины (Авт. свид. №1288290, Е 21 В 47/08, Бюл. №5, опубл. 07.02.87 г.).

Таким образом, в известном устройстве постоянный магнит является индикатором положения раскрытия рычага, а феррозондовый магнитометр является непосредственно преобразователем этого положения в электрический сигнал.

В известном устройстве основным и главным недостатком является наличие феррозонда 7 с феррозондовым магнитометром 6, так как в динамике, при протяжке скважинного прибора будет наводиться магнитное поле от колонны, и феррозонд будет регистрировать ложное раскрытие рычагов через немагнитную камеру 8, причем одновременно на все рычаги. То есть феррозонд 7 является одновременно чувствительным к напряженности магнитного поля и к направлению магнитного поля (см. описание изобретения). Характеристика преобразователя является нелинейной изначально, так как при изменении угла раскрытия рычагов меняется расстояние между магнитом и феррозондом, а следовательно, создается различная напряженность поля, так как магнит имеет прямоугольную форму и не установлен на оси прижима рычага профилемера. Таким образом, необходимая точность измерения не может быть достигнута.

Использование предложенного профилемера позволит решить задачу повышения точности и разрешающей способности измерения профиля скважины в широком диапазоне изменения внутрискважинной температуры, а также достичь упрощения конструкции и уменьшения габаритов прибора.

Поставленная задача решается тем, что в профилемере, содержащем корпус, шарнирно-соединенные с ним подпружиненные рычаги, индикатор положения раскрытия рычагов в виде постоянного магнита, расположенного на шарнирно-соединенном конце каждого измерительного рычага, и преобразователь сигнала, установленный в корпусе в защитной камере, постоянный магнит выполнен в форме шайбы и установлен на оси поворота каждого рычага, а в качестве преобразователя сигнала использован магниторезистивный датчик, представляющий собой резистивно-мостовую схему, чувствительную к направлению магнитного поля и не чувствительную к его напряженности, причем магнитная ось постоянного магнита находится в плоскости шайбы и ориентирована относительно преобразователя сигнала.

Постоянный магнит может быть выполнен в виде круглой шайбы, а изначально в сложенном состоянии рычагов его магнитная ось ориентирована перпендикулярно к оси чувствительности магниторезистивного датчика.

На фиг.1 представлена блок-схема профилемера.

На фиг.2 дана резистивно-мостовая схема датчика.

На фиг.3 представлена схема расположения силового поля постоянного магнита относительно линии чувствительности датчика, установленного на печатной плате.

Профилемер содержит: корпус 1, шарнирно-связанные с ним подпружиненные рычаги 2, которые связаны с пружинами посредством штифтов 3 и имеют ось поворота 4, при этом шарнирные соединения всех рычагов находятся в одной плоскости расположенной перпендикулярно оси прибора. В каждом рычаге 2 выполнен круговой паз 5, в котором расположен постоянный магнит 6 в форме шайбы, поворачивающейся вместе с рычагом 2 вокруг оси 4. Магнитная шайба 6 имеет плоскую форму, в плоскости ее проходит ось 7 силового магнитного поля (направление N-S).

В корпусе 1 выполнена проточка 8, которая ориентирована к оси 7 силового магнитного поля магнита 6. В проточке 8 установлен защитный цилиндр 9, внутри которого помещен магниторезистивный датчик 10, выходной сигнал которого подается через усилитель 12 на наземный пульт 13 скважинного прибора.

Магниторезистивный датчик 10 представляет собой резистивно-мостовую схему (фиг.2), в характеристики которой заложена особенность быть чувствительной к направлению магнитного поля и не чувствительной к его напряженности.

В сложенном состоянии рычагов магнитная ось 7 магнита 6 ориентирована перпендикулярно к направлению чувствительности датчика 10 (фиг.3).

Пружина 11 служит для раскрытия рычага, при этом изменяется угол α.

Устройство работает следующим образом.

В сложенном состоянии рычаги 2 уложены вдоль корпуса 1, пружина 11 находится в сжатом состоянии. В таком состоянии фиксируется северное направление магнитной оси 7 и устанавливается угол азимута в 0 град.

При прохождении в скважине рычаги 2 копируют рельеф стенок скважины, раскрываясь на определенный угол α, поворачиваясь вокруг оси 4 вместе с магнитом 6. При этом происходит изменение угла азимута, что равносильно изменению угла между осью прибора и плоскостью рычага 2.

При повороте магнита 6 вокруг оси 4 происходит изменение направления магнитного поля, что фиксируется резистивно-мостовой схемой датчика 10. При этом общая напряженность магнитного поля, существующая в колонне скважины, не влияет на работу датчика 10.

Фигуры 2 и 3 поясняют работу устройства.

К точкам А и В схемы происходит подвод питания от источника питания Епит. С выходных точек С и D снимается разностной выходной сигнал Uвых, который подается на вход усилителя 12, с которого Uвых подается на пульт 13.

При изменении угла α происходит изменение направления воздействия силового поля постоянного магнита 6 на схему магниторезистивного датчика 10, в результате чего происходит изменение выходного сигнала - Uвых.

Такая конструкция профилемера (когда на общей оси поворота находятся и рычаг, и магнит) позволяет достичь высокого разрешения при измерении.

Применение такого датчика позволяет профилемеру при высокой чувствительности к изменению угла раскрытия рычага достичь более точного измерения профиля скважины.

За счет технической характеристики применяемого датчика (диапазон рабочих температур от -50 до +190°С) увеличивается диапазон рабочих температур профилемера, что особенно важно в высокотемпературных скважинах.

Кроме того, упрощается конструкция, значительно уменьшаются габариты прибора, так как в конструкции использован малогабаритный преобразователь сигнала (магниторезистивный датчик величиной не более 3 мм).

Профилемер, включающий корпус, шарнирно-соединенные с ним подпружиненные рычаги, индикатор положения раскрытия рычагов, выполненный в виде постоянного магнита, установленного на шарнирно-соединенном конце каждого измерительного рычага, и преобразователя сигнала, установленного в корпусе в защитной камере, отличающийся тем, что постоянный магнит выполнен в виде шайбы и установлен в круговом пазу на оси поворота каждого рычага, а в качестве преобразователя сигнала использован магниторезистивный датчик, представляющий собой резистивно-мостовую схему, чувствительную к направлению магнитного поля и нечувствительную к его напряженности, причем магнитная ось постоянного магнита находится в плоскости шайбы и изначально ориентирована перпендикулярно оси чувствительности магниторезистивного датчика.