Инклинометры для сильномагнитных сред

Изменение состава различных по магнитным свойствам горных пород, пересекаемых скважиной, незакономерно искажает магнитное поле по стволу скважины. Вследствие этого становится невозможным применение в инклинометрах магнитной стрелки в качестве указателя азимута.

Измерение азимутов скважин, пробуренных в сильномагнитных породах, производится следующими методами: а) гироскопическим; б) последовательных ходов; в) ориентированным спуском на колонне специальных или бурильных труб.

Гироскопом называется быстро вращающийся маховик в карданном подвесе. Гироскоп обладает свойством сохранять заданное положение оси вращения независимо от перемещения основания, на котором он установлен. Это свойство гироскопа используется в инклинометрах как база для отсчета азимутов скважины. Измерение зенитных углов скважин гироскопическими инклинометрами производится обычным способом при помощи отвеса.

Для измерения кривизны скважин диаметром 76мм и более, пробуренных в сильномагнитных средах, применяется гироскопический инклинометр ИГ–70. В комплект измерения входит собственно гироскопический инклинометр ИГ– 70, пульт управления и вспомогательная аппаратура (кабель и направляющий ролик).

Чувствительный элемент зенитных углов инклинометра (рис.2.9) состоит из рамки 5, которая снабжена эксцентрично расположенным грузом и установлена на шарикоподшипниках, что позволяет ей вращаться вокруг оси, совпадающей с осью прибора. Внутри рамки на оси, перпендикулярной к ее оси вращения, расположен круговой реостат 3, снабженный отвесом 4.

Изменение положения щетки 6 относительно реостата 3 фиксируется на пульте управления как значение зенитного угла.

Чувствительный элемент азимутов состоит из гироскопа 1, на оси наружной рамки которого укреплены щетки 7 и круговой реостат 2, установленный на верхнем торце рамки 5. В процессе измерений реостат 3 под действием отвеса 4 сохраняет неизменное положение, а щетка 6 перемещается по его обмотке на величину, пропорциональную зенитному углу скважины.

Гироскоп 1 в процессе измерений сохраняет неизменное положение, а реостат 2 под действием эксцентрично расположенного груза вместе с рамкой 5 устанавливается фиксированно относительно плоскости наклона скважины. Сопротивление обмотки реостата 2 между ее началом и щеткой 7 пропорционально азимутальному углу скважины. Показания инклинометра ИГ – 70 по трехжильному каротажному кабелю, на котором прибор спускается в скважину, передаются на пульт управления, где регистрируются оператором.

Рисунок 2.9 Чувствительный элемент гироинклинометра ИГ-70

1 – гироскоп; 2 – круговой реостат; 3 – реостат; 4 – отвес; 5 – рамка; 6 – обмотка щетки; 7 – щетка;

Таблица 2.3 – Техническая характеристика ИГ – 70

Метод последовательных ходов основан на измерении приращений азимутов, которые затем алгебраически суммируются по стволу скважины. Метод пригоден для измерения скважин, стволы которых имеют отклонения от вертикали на 5⁰ и более. Инклинометр «Зенит IV-40» автоматически измеряет приращение азимута скважины и непрерывно фиксирует их значения на диаграммной ленте в виде кривой. Запись показаний производится самописцем ПАСК – 8 на ленте, движущейся синхронно с перемещающимся в скважине инклинометром. Одновременно или поочередно с измерением приращения азимутов производится запись показаний зенитных углов. Инклинометр «Зенит IV-40» применяется в комплекте с автоматической электронной каротажной станцией АЭКС – 1500 или АЭКС – 900 в зависимости от глубин измеряемых скважин.

Рисунок 2.10 Инклинометр «Зенит – IV (40)»

1 - верхний удлинитель; 2 – свечной мост; 3 – шарикоподшипник;

4 – груз; 5 – шарикоподшипник; 6 – зенитный реостат; 7 – малый отвес; 8 – реостатный датчик; 9 – апсидальный реостат; 10 – игла;

11 – защитная гильза; 12 – резиновая манжета; 13 – пружины;

14 – нижний удлинитель

Инклинометр, показанный на рисунке 2.10, состоит из защитной гильзы 11, верхнего удлинителя 1 и щупа (нижнего удлинителя) 14. Измерительный прибор состоит из двух частей, гибко сочлененных между собой резиновой манжетой 12. В нижней части прибора жестко закреплена игла 10, а в верхней, на шарикоподшипниках 3, 5 установлен тяжелый груз 4. На выступающей оси груза закреплен реостатный датчик 8, содержащий два реостата - зенитный 6, расположенный в вертикальной плоскости, и апсидальный 9, установленный в горизонтальной плоскости. Зенитный реостат имеет токосъемную щетку, снабженную малым отвесом 7. Роль токосъемной щетки апсидального реостата выполняет игла, свободный конец которой при изгибе прибора в месте сочленения перемещается в горизонтальной плоскости, скользя по его обмотке. Малый отвес фиксирует токосъемную щетку относительно вертикали, тогда как зенитный реостат при изгибе прибора перемещается в вертикальной плоскости относительно щетки. Сочлененная часть прибора герметизирована резиновыми сальниками и заполнена внутри трансформаторным маслом.

В верхней части прибора расположен свечной мост 2, предназначенный для крепления прибора к кабелю и служащий электрическим выводом из инклинометра. Верхний удлинитель и щуп имеют плоские пружины 13, прижимающие инклинометр во время спуска к «лежачей» стенке скважины.

При спуске в искривленную скважину между осями прибора и щупа образуется угол, равный приращению азимута скважины на участке измерения, соответствующем длине инклинометра. При этом свободный конец иглы перемещается по обмотке апсидального реостата на величину, пропорциональную величине приращения азимута. Положение токосъемной щетки на обмотке зенитного реостата соответствует зенитному углу скважины в точке измерения.

Апсидальный и зенитный реостаты являются рабочими плечами двух равновесных мостов Вестона. Остальные плечи которых находятся в автоматическом потенциометре ПАСК-8. Основные параметры инклинометра приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 – Техническая характеристика «Зенит IV (40)»

Измерение кривизны геологоразведочных скважин, пробуренных в сильномагнитных породах, инклинометром МИА-IIIМ основывается на методе последовательных ходов по точкам. При измерении используются два инклинометра МИА-IIIМ, ориентированно соединенных между собой колонной специальных штанг, внутри которых проложен электрический провод. Компоновка, состоящая из двух приборов и колонны штанг, спускается в скважину на каротажном кабеле. Регистрация показаний инклинометров МИА-IIIM производится на наземном пульте управления. Принцип действия инклинометра МИА-IIIM основан на измерении силы тока в цепи электромагнита, сердечник которого в момент измерения притягивает головку маятника, качающегося в одной плоскости. Посредством поворотного механизма ось качания маятника поворачивается в плоскости, перпендикулярной к оси инклинометра, на угол 15⁰ за один импульс поданного в обмотку электромагнитного тока. В зависимости от положения плоскости качания маятника сила электромагнитного притяжения, а следовательно, и ток в цепи электромагнита изменяются. При качании маятника в плоскости наклона скважины ток составляет максимальную, а при качании в плоскости перпендикулярной – минимальную величину. Значение максимальной величины тока пропорционально зенитному углу скважины.

По значениям силы тока при различных положениях плоскости качания маятника на данной глубине скважины графически строится в прямоугольной системе координат кривая, имеющая форму синусоиды. Максимальная ордината кривой, измеренная в соответствующем масштабе, соответствует зенитному углу скважины, а значение абциссы от начала координат до максимальной ординаты соответствует апсидальному углу скважины.

Конструкция инклинометра МИА- IIIM позволяет производить измерения скважин с зенитными углами менее 5⁰. В этом случае используется один инклинометр, ориентированно спускаемый в скважину на специальной колонне штанг.