устройство для определения искривления скважины

Формула изобретения

1. Устройство для определения искривления скважины, содержащее источник направленного пучка света с направляющей для ориентации его в скважине и приемную мишень, предназначенную для регистрации попадания направленного пучка света, отличающееся тем, что приемная мишень снабжена направляющей и соединена гибкой механической связью с источником направленного пучка света для их совместного перемещения в скважине.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной приемной мишенью, базирующейся на направляющей источника направленного пучка света, при этом приемная мишень выполнена в виде отражателя, передающего направленный пучок света на дополнительную приемную мишень.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что гибкая механическая связь выполнена в виде рукава, охватывающего источник направленного пучка света и приемную мишень.

4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что оно связано с инструментом, осуществляющим проходку скважины.

5. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что оно снабжено автономным движителем для перемещения в ранее выполненной скважине.

6. Устройство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что приемная мишень имеет электрическую связь с пультом, находящимся вне скважины.

7. Устройство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что приемная мишень снабжена передатчиком электромагнитного сигнала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела и строительства и касается устройств для определения кривизны скважин при их проходке и при их дальнейшем контроле.

Известно устройство для определения углового положения проходческого щита, описанного в патенте РФ N 2034144, кл. E 21 C 35/24, опубликованном в БИ N 12, 1995 г. Оно содержит установленную на корпусе проходческого щита платформу с датчиком углового положения, связанным с реверсивным счетчиком. Оно снабжено также двумя дополнительными реверсивными счетчиками и блоком вычислителя углового положения проходческого щита. Датчик углового положения выполнен в виде трех лазерных гироскопов, оси которых взаимно ортогональны, и одна из осей параллельна продольной оси проходческого щита. Выходы лазерных гироскопов соединены с входами реверсивных счетчиков, а выходы последних соединены с входами блока вычислителя, с помощью которого определяют отклонение проходческого щита от заданного направления по трем осям координат.

Недостатком данного устройства является то, что точное измерение траектории выработки требует беспрерывной работы лазерных гироскопов. При длительном контроле за изменением формы скважины, что, например, может быть необходимо для оценки напряженного состояния массива, при необходимости постоянного нахождения датчика в течение долгого времени в скважине, при повышенном требовании к точности замеров, использование таких датчиков крайне затруднительно, так как это привело бы к повышению требований к ресурсу гироскопов и значительно усложнило бы их обслуживание. Кроме того, датчик, состоящий из нескольких лазерных гироскопов, имеет достаточно большие габариты, что делает невозможным его размещение в скважинах малого диаметра, а попытка сделать датчик значительно более миниатюрным привела бы к существенному его удорожанию. Все это ограничивает область использования данного устройства.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство, описанное в книге Г.Кюна, Л.Шойбле, Х.Шлика. Закрытая прокладка непроходных трубопроводов. М. , Стройиздат, 1993 г., стр. 44. Оно содержит лазер, присоединенный к размещенной в скважине управляющей головке, расположенное за устьем скважины зеркало, на которое падает луч лазера, матовое стекло с перекрестием, на которое отражается зеркалом луч лазера. По положению на матовом стекле места попадания отраженного лазерного луча относительно перекрестия отслеживается прямолинейность проходки скважины.

Недостатком данной конструкции является то, что устройство позволяет фиксировать отклонение от прямолинейности в очень узком диапазоне, так как при более крутом повороте скважины луч лазера будет падать на стенку скважины. Это обстоятельство усугубляется по мере увеличения длины скважины. Такое устройство совершенно непригодно для специально выполняемых криволинейных скважин, когда торец устройства уходит из зоны видимости со стороны устья скважины. Кроме того, в запыленной атмосфере, а запыленность во многом определяется способом проходки, луч лазера рассеивается, и при достаточно большой глубине скважины замеры осуществлять затруднительно. Все это ограничивает область использования данного устройства.

Технической задачей, решаемой данным предлагаемым изобретением, является расширение области применения устройства за счет возможности определения кривизны скважины в гораздо более широком диапазоне вне зависимости от глубины и наличия поворотов скважины, а также за счет возможности увеличения точности измерений и возможности осуществления измерений в течение длительного времени.

Данная техническая задача решается тем, что в устройстве для определения искривления скважины, содержащем источник направленного пучка света с направляющей для ориентации его в скважине и приемную мишень, предназначенную для регистрации попадания направленного пучка света, согласно изобретению приемная мишень снабжена направляющей и соединена гибкой механической связью с источником направленного пучка света для их совместного перемещения в скважине.

Указанная совокупность признаков, ввиду достаточной близости источника направленного пучка света и приемной мишени, позволяет осуществлять фиксацию попадания направленного пучка света при значительных искривлениях скважины и в случае, когда забой не виден со стороны устья скважины. Чем ближе к источнику направленного пучка света расположена приемная мишень, тем большую кривизну может замерять устройство. Практически это расстояние не превышает нескольких диаметров скважины.

Целесообразно устройство снабдить дополнительной приемной мишенью, базирующейся на той же направляющей, что и источник направленного пучка света, при этом приемную мишень выполнить в виде отражателя, передающего направленный пучок света на дополнительную приемную мишень.

Это позволяет повысить точность измерений, так как позволяет добиться значительного отклонения луча, регистрируемого дополнительной приемной мишенью даже при небольшом искривлении скважины. Таким образом, можно значительно повысить чувствительность устройства, что делает возможным использовать его в режиме стационарного датчика, позволяющего в течение длительного времени регистрировать искривление скважины, связанное, например, с изменением напряженного состояния массива.

Целесообразно гибкую механическую связь выполнить в виде рукава, охватывающего источник направленного пучка света и приемную мишень.

Это позволяет защитить пространство, через которое проходит направленный пучок света от попадания пыли и, тем самым, предотвратить рассеивание пучка света и, следовательно, обеспечить более четкую работу устройства и позволяет повысить точность определения искривления скважины.

Целесообразно также устройство связать с инструментом, осуществляющим проходку скважины.

Это позволяет осуществлять контроль искривления скважины непосредственно в процессе ее проходки. Положение инструмента, осуществляющего проходку скважины и являющегося одной из направляющих, позволяет наиболее точно и оперативно определить изменение направления скважины.

Целесообразно устройство снабдить автономным движителем для перемещения в ранее выполненном участке скважины.

Это позволит осуществлять контроль уже пройденных скважин. Позволяет также осуществлять и контроль вновь выполняемой скважины по технологии, предусматривающей периодический ввод в скважину то бурового инструмента, то устройства для измерения скважины. К тому же, в этом случае устройство не подвергается воздействию ударов, вибрации и пыли и может выполняться из менее прочных элементов и не иметь специальной защиты.

Целесообразно приемную мишень снабдить электрической связью с пультом, находящимся вне скважины.

Подобная связь является наиболее простой и надежной, а также обеспечивает достаточное удобство управления.

Целесообразно приемную мишень снабдить передатчиком электромагнитного сигнала.

В этом случае устройство может быть снабжено автономными элементами питания и исчезает необходимость тянуть за собой какие-либо провода, что облегчает его эксплуатацию.

Устройство для определения искривления скважины иллюстрируется примерами конкретного исполнения и чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез устройства, связанного с инструментом, осуществляющим проходку скважины; на фиг. 2 - продольный разрез устройства, снабженного дополнительной приемной мишенью и имеющего связь с пультом, расположенным вне скважины; на фиг. 3 - продольный разрез устройства, снабженного автономным движителем и имеющего передатчик электромагнитного сигнала.

Устройство содержит (фиг. 1) источник 1 направленного пучка 2 света с направляющей 3, ориентирующей его в скважине и являющейся в данном случае частью инструмента 4, осуществляющего проходку скважины. Имеется приемная мишень 5, расположенная на собственной направляющей 6 и имеющая с источником 1 направленного пучка 2 света гибкую механическую связь в виде рукава 7. Устройство может содержать (фиг. 2) дополнительную приемную мишень 8 и электрическую связь 9 с пультом 10, находящимся вне скважины. Устройство также может содержать (фиг. 3) автономный движитель 11 и передатчик 12 электромагнитного сигнала.

Работает устройство следующим образом.

При вводе устройства в скважину (фиг. 1) источник 1 направленного пучка 2 света и приемная мишень 5 ввиду того, что соединены гибкой механической связью в виде рукава 7, движутся в скважине совместно на определенном расстоянии друг от друга.

Инструмент 4, осуществляющий проходку скважины, взаимодействует со стенками скважины своей частью, являющейся направляющей 3 для источника 1 направленного пучка 2 света, что определяет положение в скважине источника 1 направленного пучка 2 света. Направляющая 6 также определяет положение в скважине приемной мишени 5. Если скважина прямолинейна, то при включении устройства направленный пучок 2 света будет падать на ту часть приемной мишени 5, которая соответствует данному положению, например, в ее центр. Информация об этом передается, например, при помощи электрической связи 9 на пульт 10 (фиг. 2) или при помощи передатчика 12 электромагнитного сигнала (фиг. 3) и поступает оператору. Регистрация попадания направленного пучка 2 света на приемную мишень 5 может осуществляться и каким-либо другим способом.

При искривлении скважины источник 1 направленного пучка 2 света и приемная мишень 5, ввиду гибкости рукава 7, займут положение в скважине, соответствующее направлению тех ее участков, с которыми контактируют их направляющие 3 и 6. При этом направленный пучок 2 света сместится от первоначального положения. Информация о факте смещения и о величине смещения передается оператору. Величина смещения направленного пучка 2 света и длина рукава 7 являются данными для определения кривизны скважины на данном участке. При использовании дополнительной приемной мишени 8 направленный пучок 2 света проходит примерно вдвое большее расстояние и при той же кривизне участка скважины имеет гораздо большее смещение. Устройство становится более чувствительным и позволяет определять даже значительное искривление скважины.

При использовании автономного движителя 11 устройство вводится в ранее образованную скважину и появляется возможность осуществлять многократный контроль ее искривления, что повышает точность определения траектории скважины.