Инклинометры, позволяющие многократно производить измерения зенитного и азимутального углов

Инклинометры данного типа используются в основном при поведении планового каротажа геофизической службой. Применяются три группы инклинометров:

- электромеханические инклинометры с магнитной стрелкой и отвесом, спускаемые в скважину на каротажном кабеле (ИШ-3, ИК-2, И-7, ИК-2, ОК-40У И др.)

- электромеханические инклинометры с гироскопом и маятником-отвесом, спускаемые в скважину на каротажном кабеле (ИГ-50, ИГ-70 и др.)

- фотоинклинометры с магнитной стрелкой и отвесом (с шариком в чаше, прозрачная полусфера, заполненная жидкостью с пузырьком), спускаемые на кабеле или тросе (МТ-1-40 ВИТР, Россия; фирмы «Atlas Copco», Швеция и «Istmen», США).

В основе первой группы инклинометров используется следующая конструкция. Инклинометр состоит из скважинного прибора с датчиками и измерительной панели.

Скважинный прибор включает:

- реостатные датчики зенитного и азимутального углов;

- реле времени;

- передаточный механизм;

- электрическую схему.

Все узлы смонтированы в гильзе из немагнитного металла, который заполняется смесью моторного масла с керосином.

На рис. 2.11 даны электрическая и механическая схемы инклинометра ИШ, которые дают основное представление об устройстве электромеханических инклинометров.

В корпусе прибора на полуосях 1 установлена свободно вращающаяся рамка 2, на которой смонтированы буссоль 3 для определения азимута и отвес 4 для определения зенитного угла скважины. Центр тяжести рамки с помощью груза 5 смещен с оси ее вращения и расположен в плоскости, совпадающей с плоскостью вращения отвеса 4. При такой конструкции плоскость вращения отвеса всегда совпадает с апсидальной плоскостью, т.е плоскостью искривления скважины. Угол, образованный осью рамки с вертикальной прямой, проходящей через точку 6 закрепления отвеса, соответствует зенитному углу скважины в точке измерения.

Отвес снабжен контактной стрелкой, прижимаемой в момент измерения к дугообразному реохорду 8 зенитного угла 7 (реостатный датчик). При наклоненном приборе величина включенной части сопротивления реохорда пропорциональна величине зенитного угла.

Буссоль 3 снабжена круговым (азимутальным) реохордом 9. Начало реохорда находится в плоскости, в которой расположен центр тяжести рамки. При измерении азимута стрелка 10, прижимаясь к реохорду 9, оставляет включенным его часть с сопротивлением, пропорциональным азимуту скважины.

Измерение сопротивлений производится по схеме электрического моста, в одно из плеч которого включается сопротивление реохорда буссоли (при измерении азимута) или сопротивление реохорда отвеса (при измерении зенитного угла). Отсчет упомянутых углов, а также управление релейным механизмом Р, осуществляющим переход от измерений зенитного угла к измерения азимута, производится с панели управления ПУ.

Инклинометры подобного типа имеют погрешности измерения зенитного угла ±0,5⁰, а азимутального угла ±4-5⁰.

Для выполнения работ в наклонных скважинах диапазон измерения зенитного угла составляет 0-50⁰ или 60⁰ (инклинометры ИК-2, ИШ-3, УМИ-25, И-7 и др.).

Рисунок 2.11 Электрическая (а) и механическая (б) схемы инклинометра типа ИШ

Фотоинклинометр МТ-1-40 (ВИТР) предназначен для контроля пространственного положения скважин в слабомагнитной среде, поскольку оснащен магнитной стрелкой и отвесом, показания которых в момент измерений фиксируются на фотопленку. Работа инклинометра управляется полуавтоматически по команде реле времени. Все узлы инклинометра питаются от автономного источника электрического тока, что позволяет спускать прибор на тросе или на бурильных трубах. За один спуск на фотопленку может быть зафиксирован интервал до 100 замеров. Программное устройство, запускающее пленкопротяжный механизм и лампу подсвечивания, включается от реле времени. При автоматическом режиме работы инклинометра показания датчиков фотографируются через каждые 2,5мин, а в режиме ускорения - через заданные интервалы в пределах 1 мин.

Инклинометр МТ предназначен для использования силами буровой бригады с целью оперативного проведения работ по определению параметров искривления скважины.

Кроме инклинометра МТ, широко применяются фотоинклинометры типа ИФ, которые имеют диаметр корпуса 86мм, в качестве датчика зенитного угла – подвижный шарик в полусферической чаше, а также буссоль с магнитной стрелкой для определения азимутального угла.

В зарубежной практике автономные инклинометры применяются достаточно широко и представлены разнообразными вариантами конструкций.

В зависимости от применяемых датчиков измерения углов они подразделяются на индикаторы зенитных углов, инклинометры с магнитными стрелками и инклинометры с гироскопами.

В комплекте к приборам прилагается большое количество датчиков с подразделением их на достаточно узкие диапазоны измерений зенитных углов, нередко в 2-6⁰ и 10-20⁰. По методу регистрации показаний они разделяются на приборы с механической регистрацией путем перфорации бумажного или фольгированного диска (измеряется одна точка зенитного угла), путем фото – или кинорегистрации. Последние используются существенно чаще. Например, инклинометры NPR фирмы “Fridrich Leiter” (Германия), обеспечивают измерение зенитного угла (фото - кинорегистрации) в диапазонах 0-10⁰, 0-20⁰, 17-130⁰ с погрешностью соответственно ±0,1⁰, ±0,25⁰, ±0,5⁰ и азимута с погрешностью не более ±0,1, диаметр прибора 45мм.

Инклинометры фирмы «Caster», США (Singl Shot и Malti Shot) диаметром 32,45,54,76 и 89мм и имеют фото – (первый) и кинорегистрирующие устройства (второй) в диапазоне значений зенитного угла 0-3⁰, 0-10⁰, 0-20⁰, 0-30⁰, 0-80⁰ и близкие к вышеуказанным погрешности измерения зенитного и азимутального углов. Последний измеряется или магнитной стрелкой или гироскопом.

При производстве работ могут использоваться многоточечные фотоинклинометры таких известных фирм как «Atlas Copco» (Швеция), «Istmen» и «Totco» (США). Это приборы автономного питания, отличаются высокой точностью измерений зенитного и азимутального углов и по своим размерам подходят для работы в скважинах разведочного бурения.