Инклинометр магнитометрический непрерывный ИММН 60-120/100

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Инклинометр (от лат. incline -- наклоняю и …метр) -- прибор, предназначенный для измерения угла наклона различных объектов относительно гравитационного поля Земли. Помимо собственно величины угла наклона, может измеряться его направление -- азимут.

Инклинометр, как измерительная система, используется в важнейшем технологическом процессе - строительстве скважин. По его показаниям маркшейдер контролирует соответствие профиля и плана скважины проектному заданию и корректирует соответствующим образом процесс бурения. Поэтому точность производимых измерений и оперативность их представления во многом определяют и стоимость затрат на построение скважины в целом.

Разработкой таких систем занимается ряд специализированных отечественных и зарубежных фирм. Однако отечественные инклинометры уступают зарубежным по техническим характеристикам, а последние имеют очень высокую стоимость.

В то же время, анализ научно - технических достижений ведущих предприятий аэрокосмической и приборостроительной отраслей показывает, что на базе своих разработок и научно- технических заделов они могут создавать отечественные инклинометры, конкурентоспособные на мировом рынке, как по своим техническим характеристикам, так и по стоимости.

Однако, несмотря на большой научный задел в области точного приборостроения, использование его для решения проблем инклинометрии требует дополнительного изучения и исследования.

Назначение прибора

В качестве основных можно считать следующие области применения:

1. Долговременное определение положения различных высотных сооружений, плотин, стволов шахт, использование в системах горизонтирования платформ, определение величины прогибов и деформаций различного рода опор и балок.

2. Контроль углов наклона автомобильных и железных дорог при их строительстве, ремонте и эксплуатации.

3. Определение крена автомобилей, кораблей и подводных роботов, дорожных грейдеров и асфальтоукладчиков, подъемников и кранов, экскаваторов, сельскохозяйственных машин.

4. Определение направления бурения нефтяных и газовых скважин, использование в системах управления насосами нефтяных скважин.

5. Контроль породного массива плывунов и осыпей.

6. Использование в роботах, станках и печатных прессах для контроля положения механизма, режущего органа или валика на печатных прессах

7. Определение углового перемещения различного рода вращающихся объектов - валов, колес, механизмов редукторов как на стационарных, так и подвижных объектах.

8. Использование в приборах охранной сигнализации и сейсмоакустического контроля.

Технические характеристики прибора

инклинометр скважина магнитометрический измерительный

Инклинометр спроектирован так, что имеет линейную зависимость выходного сигнала от угла наклона в одной - так называемой рабочей плоскости и практически не изменяет показания в другой (нерабочей) плоскости, при этом его сигнал слабо зависит от изменения температуры.

Для определения положения плоскости в пространстве используется два, расположенных под углом 90° друг к другу инклинометра. Выпускаемые приборы охватывают диапазоны измерения углов от ±2° до ±10° (Таблица 1) - инклинометры малых углов; от ±20° до ±70° (Таблица 2) - инклинометры средних углов; от ±90° до ±135° (Таблица 3) - инклинометры больших углов. Таким образом охватывается весь угловой диапазон от 4° до 270°. По заказу может быть поставлен датчик крена на ЛЮБОЙ промежуточный диапазон, лежащий в указанных выше пределах.

ТАБЛИЦА 1

ТАБЛИЦА 2

ТАБЛИЦА 3

Инклинометры на большие углы имеют худшие температурные характеристики по сравнению с инклинометрами первых двух групп. Поэтому возможность их использования в точных системах, работающих в широком температурном диапазоне, должна быть заранее апробирована.

В таблицах приведены основные характеристики для датчиков, рассчитанных на рабочие температуры -40...+60°С. При необходимости работать во всем "индустриальном" диапазоне температур (-40...+85°С) следует использовать инклинометры, обозначаемые дополнительной буквой "Т". Так, вместо ДК1-1А следует заказывать ДК1-1АТ.

Датчики этой модификации имеют несколько худшие метрологические характеристики, что заметно на малых угловых диапазонах.

Электронный блок питается от однополярного напряжения в диапазоне 5 ...36В (на выбор Заказчика, допустимая нестабильность ±20%) , потребляя при этом ток от 5мА до 10мА в зависимости от напряжения питания. При этом допускается пульсация питающего напряжения до 200мВ.
Выходной сигнал: однополярное или двухполярное постоянное напряжение, лежащее в пределах от 0 ...+2В до 0 ... +10В или от 0 ... ±2В до 0 ... ±10В с сопротивлением нагрузки от 10кОм. Напряжение пульсации на нагрузке - менее 0.1% номинального выходного сигнала.

Максимальное удаление электронного блока от контрольного пункта - до 20м.

При производстве датчиков наклона с токовым выходом основной электронный блок дополнен преобразователем напряжения в ток 4-20мА; выпускаются все типы инклинометров, перечисленные в таблицах 1, 2, 3. При заказе этих датчиков следует указать тип необходимого прибора, (например, ДК1-В) и затем фразу "с токовым выходом". Кроме того следует указать, в каких пределах будет лежать сопротивление нагрузки (оно может быть от 50 Ом до 600 Ом). При минимальном сопротивлении нагрузки напряжение питания может быть 8В и выше, при максимальном 18В и выше. Чаще всего выбирается напряжение питания 24В, максимальное потребление прибора (при выходном токе 20мА) меньше 30мА. Максимальное удаление электронного блока от контрольного пункта - до 500м.

Конструкция прибора

Основная часть инклинометра - вращающаяся рамка, кинематическая схема которой показана на рис.1. Центр тяжести рамки смещён, в результате чего при положении скважинного прибора в пространстве плоскость рамки устанавливается перпендикулярно к плоскости искривления скважины. В рамке размещен указатель азимута и угла. Указатель азимута состоит из магнитной стрелки 1 и градуированного электрического сопротивления 2 (кругового реохорда).

Круговой реохорд смонтирован на изоляционной панели и установлен под магнитной стрелкой. Магнитная стрелка выполнена из двух намагниченных стерженьков, которые закреплены в дюралюминиевом колпачке с агатовым подшипником. Подшипник насажен на острие оси 5. Стрелка снабжена изолированными от нее пружинными контактами 4.

Корпус, в котором смонтирован указатель азимута, закреплен на двух полуосях и под действием груза 5 занимает положение, при котором ось магнитной стрелки всегда ориентирована вертикально.

Датчик угла искривления состоит из отвеса 6, стрелки 7 и градуированного электрического сопротивления (углового реохорда) 8. Плоскость качания отвеса перпендикулярна к плоскости рамки и совпадает с плоскостью искривления скважины.

В инклинометре установлен электромагнит, который по команде с поверхности фиксирует или освобождает магнитную стрелку и отвес. С помощью коллектора с тремя контактными кольцами 9 и двумя парами щеток 10 к измерительной цепи подключаются с помощью переключателя П (рис.2) либо реохорд угла наклона, либо датчик азимута.

При изменении азимута магнитная стрелка пружинными контактами 4 закорачивает часть реохорда.

Передача данных в Инклинометре магнитометрическом непрерывном ИММН 60-120/100

Иклинометр магнитометрический непрерывный ИММН 60-120/100 предназначен для непрерывного измерения азимута и зенитного угла скважины, а также ориентации отклонителя относительно магнитного меридиана, либо плоскости наклона скважины. Ориентация относительно магнитного меридиана производится в вертикальном стволе при зенитном угле до 3°. При зенитном угле больше 3° ориентация осуществляется относительно плоскости наклона. Для проведения обоих вариантов ориентации инклинометр по требованию заказчика комплектуется дополнительным ориентирующим устройством.

Так же по требованию заказчика для привязки инклинометрических замеров к геологическому разрезу к инклинометру подключается модуль ГК. При установке демпфирующего устройства и подключении блока батареи с регистратором вместо телеметрии инклинометр можно применять как автономный инклинометр сбросового типа.

Кроме того, наземная панель инклинометра измеряет глубину по кабелю и производит ее коррекцию по магнитным меткам. Канал глубины работает как с сельсин-датчиком, так и с цифровым измерителем. Питание скважинного прибора и прием-передача измерительной информации между скважинным и наземным приборами осуществляется по одножильному каротажному кабелю. При включении прибора прибор автоматически настраивается к параметрам каротажного кабеля. Из наземной панели данные передаются в ПЭВМ в виде рассчитанных углов, определяющих положение ствола скважины, результаты выдаются как в табличном, так и в графическом виде. Предусмотрена работа скважинного прибора с любым регистратором без панели. Скважинный прибор инклинометра не содержит подвижных частей. Его блок датчиков содержит жестко закреплённые феррозонды и акселерометры.

Для оценки неоднородности магнитного поля производится замер напряженности магнитного поля.

Для метрологической аттестации инклинометра применяются калибровочные установки УПИ-1 и УКИ-4.

Область применения: эксплуатационные необсаженные скважины, бурящиеся на нефть и газ, глубиной до 5000 м, а также новые скважины, забуренные из скважин старого фонда.

Основные технические характеристики:

- измерение азимута скважины от 0 до 360° с основной абсолютной погрешностью:

- в диапазоне зенитных углов (и) от 0,5 до 6,5°: ±(0,125/sinи + 0,4)°;

- в диапазоне зенитных углов от 173,5 до 179,5°: ±(0,125/sinи + 0,4)°;

- в диапазоне зенитных углов от 6,5 до 173,5°: ±1,5°;

- измерение зенитного угла от 0 до 180° с основной погрешностью ±0,2°;

- измерение угла положения корпуса скважинного прибора от 0 до 360° с основной абсолютной погрешностью:

- относительно апсидальной плоскости скважины:

- в диапазоне зенитных углов (и) от 0,5 до 6,5°: ±(0,125/sinи + 0,4)°;

- в диапазоне зенитных углов от 173,5 до 179,5°: ±(0,125/sinи + 0,4)°;

- в диапазоне зенитных углов от 6,5 до 173,5°: ±1,5°;

- относительно магнитного меридиана в диапазоне зенитных углов 0-3°: ±2°.

Дополнительная погрешность, вызванная изменением температуры окружающей среды скважинного прибора не превышает 0,15 значения основной погрешности на каждые 10 °С относительно 20 °С.

При работе с модулем ГК диапазон измерения от 0 до 3000 импульсов в секунду, пределы допускаемой основной абсолютной погрешности ±15%.

Условия эксплуатации:

- диапазон рабочих температур окружающей среды:

- для скважинного прибора от минус 10 до +120 °С;
- для наземного прибора от 10 до +45 °С;

- максимальное рабочее гидростатическое давление для скважинного при-бора 100 МПа (при изготовлении охранного кожуха скважинного прибора из титанового сплава ОТ-4) и 60 МПа ((при изготовлении охранного кожуха скважинного прибора из алюминиевого сплава В95Т).

Габариты и масса:

- скважинного прибора: диаметр 60 мм, длина 1910 мм (c модулем ГК -2100 мм), масса 12 кг (с модулем ГК-13 кг);

- наземного прибора: 390х300х165 мм, масса 5,7 кг.

Заключение

Непрерывный рост темпов разведки и добычи нефти и газа, увеличение интенсивности уже найденных месторождений за счёт применения кустового бурения и горизонтальной проводки месторождений потребовало существенного повышения точности диагностики и активного контроля пространственного положения ствола скважины.

Как известно, в бурение наклонных скважин одним из трудных и ответственных задач является ориентирование отклонителя для проведения зарезки с вертикального ствола. Ориентирование отклонителя связано с возможными ошибками, увеличивающимися с ростом глубины бурения.

Осуществить зарезку с вертикального ствола не представляется возможным провести на основе традиционно применяемой технике бурения. Интервалы искривления характеризуются возникновением осложнений и прихватов бурильного инструмента.

Это, в свою очередь, привело к необходимости создания новых, более совершенных поколений инклинометрических измерительных систем, с помощью которых осуществляется определения пространственного положения скважины.

Инклинометр, как измерительная система, используется в важнейшем технологическом процессе - строительстве скважин. По его показаниям маркшейдер контролирует соответствие профиля и плана скважины проектному заданию и корректирует соответствующим образом процесс бурения.

Использование приборов на основе магнитных датчиков (феррозондов), обеспечивающих учет поправки дирекционного угла, позволяет избавиться от части недостатков, но имеют свои - невысокую точность, необходимость введения поправки на магнитное склонение и, главное, необходимость учета магнитных полей самого прибора и других факторов искажения магнитного поля Земли.

Список использованной литературы

1. Блюменцев А.М., “Метрологическое обеспечение геофизических исследований скважин”, Москва, “Недра”, 1991г.

2. Комаров С.Н., “Геофизические методы исследования скважин”, Москва, “Недра”, 2003г.

3. Чечурина Е.Н., “Приборы для измерения магнитных величин”, Москва, 2009г.

4. Ишлинский А.Ю., “Механика гироскопических систем”, Москва, 2009г.

Размещено на Allbest.ru