Углы и азимуты отклонения в скважинах измеряют специальными скважинными приборами — инклинометрами. В зависимости от системы измерения все инклинометры можно объединить в три группы.
Первая группа объединяет приборы, в которых для измерения азимута служит магнитная стрелка (буссоль), а датчиком угла является отвес. Показания датчиков с помощью градуированных сопротивлений (потенциометров) преобразуются в электрические сигналы и по жиле кабеля передаются на поверхность (инклинометр на сопротивлениях).
Во вторую группу входят фотоинклинометры. В качестве указателя азимута служит буссоль, указателя угла — сферическое стекло с нанесенной сеткой углов наклона и шарик, свободно перемещающийся по этой сферической поверхности. Замеры проводят по точкам. Регистрация осуществляется в скважинном приборе путем фотографирования показаний датчиков на кинопленку.
Третья группа — это гироскопические инклинометры. В качестве датчика азимута используют гироскоп, который при вращении сохраняет заданное направление оси в пространстве. Датчиком угла искривления служит отвес. Измерения выполняют непрерывно по стволу скважины.
Приборами, в которых датчиком азимута служит буссоль, измерения азимута можно проводить только в открытом стволе скважины. Гироскопические инклинометры позволяют измерять азимут в скважинах, обсаженных металлической колонной, а также в разрезах, в которых естественное магнитное поле Земли аномально искажено местными полями.
На практике геологоразведочных работ на нефть и газ наиболее широко применяются инклинометры с дистанционным электрическим измерением, в которых датчиками служат градуированные электрические сопротивления.
Основная часть инклинометра — вращающаяся рамка, кинематическая схема которой показана на рисунке слева. Центр тяжести рамки смещен, в результате чего при любом 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 либо реохорд угла наклона, либо датчик азимута.
При изменении азимута магнитная стрелка пружинными контактами 4 закорачивает часть реохорда. Сопротивление незамкнутой части ΔRφ пропорционально азимуту φ. При измерении угла стрелка указателя угла отклонения, жестко скрепленная с отвесом, переместится на дугу δ и закоротит реохорд. Сопротивление незакороченного участка реохорда ΔRδ пропорционально углу δ. Углы отклонения измеряют при фиксированном положении всех чувствительных элементов.
Рисунок слева – Принципиальная электрическая схема инклинометра.
Три плеча моста имеют постоянное сопротивление и установлены на поверхности в панели управления. Сопротивления R1 и R2 включаются при измерении углов, сопротивления R4 и R5 — при измерении азимута; R3 — общее сопротивление моста. Четвертое плечо слагается из сопротивления жилы кабеля, переменного сопротивления R7, предназначенного для компенсации изменения сопротивления жилы кабеля, и сопротивлений реохорда угла наклона Rδ или магнитной буссоли Rφ.
В одну диагональ моста АВ подключен источник тока Е, в другую диагональ моста MN — гальванометр G. Переменное сопротивление К6 служит для компенсации моста при измерении ΔRδ или ΔRφ.
