Устройство для контроля комплекса параметров траектории скважин и угла установки отклонителя бурового инструмента

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОМПЛЕКСА ПАРАМЕТРОВ ТРАЕКТОРИИ СКВАЖИН И УГЛА УСТАНОВКИ ОТКЛОНИТЕЛЯ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащее генератор возбуждения, датчик азимута , выполненный в виде трех ортогональных феррозондов, жестко за-, крепленных в корпусе, датчик зенитного угла и угла установки отклонителя бурового инструмента, выполненный в виде двух синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, установленных в рамках-маятниках, два коммутатора, блок управления, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти с узлом управления записью , таймер иблок фиксации останова , отличающееся тем, что, с целью упрощения вычислений при определении азимута, оно снабжено тремя дополнительными коммутаторами и тремя избирательными усилителями , причем выход первого феррозонда через первый избирательный усилитель подключен к первым входам первого и второго коммутаторов, выход второго феррозонда через второй избирательный усилитель подключен к вторым входам первогои второго коммутаторов, выходы которых соединены со статорными обмотками первого синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выход третьего феррозонда через третий избирательный усилитель подключен к входу третьего коммутатора, выход синусной обмотки ротора первого синусно-косинусного вращающегося трансформатора подключен на пер9 вые входы четвертого и пятого коммутаторов , выходы третьего и четвертого коммутаторов подключены к статорным обмоткам второго синуснокосинусного вращающегося трансформатора , косинусная обмотка ротора которого подключена на второй вход пятого коммутатора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен на вход блока памяти , выход генератора возбуждения 00 подключен к обмоткам возбуждения феррозондов, третьим входам первого и второго коммутаторов, вторым входам третьего и четвертого коммутаторов и связан с блоком управления , выходы которого подключены к управляющим входам коммутаторов, аналого-цифрового преобразователя и блока памяти.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (?1) 3514259/22-03 (22) 25.11.82 (46) 07. 03. 84. Бюл. 9 9 (72) Г. Н. Ковшов, Г.В. Миловзоров, В.Ç.Ахметэянов и A.Ñ.Øóëàêoâ (71) .Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Орджоникидзе (53) 622.242(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 242815, кл. F 21 В 47/02, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

9 486132, кл. Е 21 В 17/022, 1975.

3 ° Авторское свидетельство СССР

9 903565, кл. Е 21 В 47/02, 1979 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

КОМПЛЕКСА ПАРАМЕТРОВ ТРАЕКТОРИИ

СКВАЖИН И УГЛА УСТАНОВКИ ОТКЛОНИТЕЛЯ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащее генератор возбуждения, датчик азимута, выполненный в виде трех ортогональных феррозондов, жестко за-, крепленных в корпусе, датчик зенит- ного угла и угла установки отклонителя бурового инструмента, вы.полненный в виде двух синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, установленных в рамках-маятниках, два коммутатора, блок управления, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти с узлом управления записью, таймер и блок фиксации останова, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения вычислений при определении азимута, оно снабжено тремя дополнительными коммутаторами и тремя избирательными усилителями, причем выход первого феррозонда через первый избирательный усилитель подключен к первым входам первого и второго коммутаторов, выход второго ферроэонда через второй избирательный усилитель подключен к вторым входам первого и вто. рого коммутаторов, выходы которых соединены со статорными обмотками первого синусно-косииусного вращающегося трансформатора, выход третьего феррозонда через третий избирательный усилитель подключен к певвому входу третьего коммутатора, выход синусной обмотки ротора первого синусно-косинусного вращающегося трансформатора подключен на пер- Е вые входы четвертого и пятого комМутаторов, выходы третьего и четвертого коммутаторов подключены к статорным обмоткам второго синуснокосинусного вращающегося трансформатора, косинусная обмотка ротора Я которого подключена на второй вход пятого коммутатора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен на вход блока памяти, выход генератора возбуждения подключен к обмоткам возбуждения феррозондов, третьим входам первого и второго коммутаторов, вторым входам третьего и четвертого коммутаторов и связан с блоком управления, выходы которого подключены к управляющим входам коммутаторов, аналого-цифрового преобразователя и блока памяти.

l078041 ц„з п + а совМ

tî.0t,=

1aI Sin М-6 coSЧ!сОВ8-Ф silly

12 (/ 60 где а; - сигналы с феррозондов, пропорциональные проекциям полного вектора напряженнос-65

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для контроля пространственного положения ствола сква-, жины и для измерения угла установки бурового инструмента.

Известно устройство для измерения искривления скважин, содержащее ортогональные магнитоиодуляционные преобразователи, жестко закрепленные в корпусе, и дополнительно снабженное двухкоординатным индукционным датчиком fig.

Недостатком данного устройства является сложность определения ази- мута по сигналам с магнитомодуля- 15 ционных преобразователей и индукционного датчика.

Известно устройство для контроля комплекса параметров траектории скважины, содержащее датчик кривизны, 20 датчик азимута, преобразователь угла поворота, выполненный в видесинусно-косинусного вращающегося трансформатора (CKBT) выходная синусная обмотка которого соединена 25 с входной обмоткой датчика азимута 2 )..

Недостатком данного устройства является низкая точность измерений, обусловленная трением в подвесе gp датчика азимута.

Известно также устройство для контроля комплекса параметров траектории скважин и угла установки отклонителя бурового инструмента, содержащее генератор возбуждения, дат3 чик азимута, выполненный в виде трех ортогональных феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, датчик зенитного угла и угла установки отклонителя бурового инструмента, . выполненный в виде двух синуснокосинусных вращающихся трансформаторов, установленных в рамках-маят» никах для коммутатора, блок управления, аналого-цифровой преобразова- 45 тель, блок памяти с узлом управления записью, таймер и блок фиксации останова (31.

Это устройство обладает, высокой точностью измерений по сравнению с 50 другими устройствами, однако при исполнении: ; датчика азимута в виде трех ортогональных феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, определение азимута сопряжено со слож- 55 ными вычислениями, алгоритмы которых имеют следующий вид ти магнитного поля Земли на оси их чувствительности; зенитный уголь

Ч - угол установки отклоните" ля.

Целью изобретения является упрощение вычислений при определении азимута.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем генератор возбуждения, датчик азимута, выполненный в виде трех ортогоиальиых феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, датчик. зенитного угла и угла установки отклонителя бурового инструмента, выполненный в виде двух сииусно-косинусных вращающихся трансформаторов, установленных в рамках-маятниках, два коииутатора, блок управления, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти с устройством управления эаписьв, таймер и блок Фиксации остаиова, оно снабжено тремя дополнительными коммутаторами и тремя иэбирательньэею усилителями, причем выход первого >ферроэонда через первый избирательный.усилитель подключен к первым входам первого и второго коммутаторов, выход второго феррозонда через второй избирательный усилитель подключен к вторым вхрдам первого и второго коммутатоpoh, выходы которых соединены со статорными обмотками первого синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выход третьего феррозонда через третий избирательный усилитель подключен к первому входу третьего коммутатора, выход синусной обмотки ротора первого синусно-косинусиого вращающегося трансформатора подключен на первые входы четвертого и пятого коммута» торов, выходы третьего и четвертого коммутаторов. подключены к статорным обмоткам второго синуснокосинусного вращающегося трансформатора, косинусная обмотка ротора которого подключена на второй вход пятого коммутатора, выход которого через аналого-g04>posoA преобразователь подключен на вход блока памяти, выход генератора возбуждения подключен к обмоткам возбуждения ферроэондов, третьим входам первого и второго коммутаторов, вторым входам третьего и четвертого коммутаторов и связан с блоком управления, выходы которого подключены к управляющим входам коммутаторов, аналого-цифрового преобразователя и блока памяти.

На чертеже представлена Функциональная схема предлагаемого устройства.

1078041

Устройство для контроля комплекса параметров траектории скважины и угла установки отклонителя бурового инструмента содержит гене-, palp 1 возбуждения, ортогональные ферроэонды 2-4, первый избирательный усилитель 5, второй иэбирательяый Усилитель 6, третий избирательный усилитель 7, коммутаторы 8-12, первый -сииусно-косинусный вращающийся трансформатор (CKBT) 13, втоI

:, .рой CKST 1 4, ан алого-цифровой преобразователь (АЦП) 15, блок 16 памяти, блок 17 управления, таймер 18, блок 19 фиксации останова., Устройство работает следующим образом.

При включении таймера 18 начинается отсчет времени, и устройство транспортируется.в забой скважины. Затеи оно извлекается на поверхность Земли вместе с износившимся долотом и при движении по стволу скважины в моменты свинчивания труб происходит измерение комплекса параметров траектории скважины и их записи в блок памяти. Из" мерения производятся только в мо- менты останова движения, которые регистрируются блоком 19 фиксации останова, и после выдержки времени таймер 18 отрабатывает импульс на вход блока 17 управления, разрешая; тем самым, его работу. С приходом управляющего импульса на вход блока 17 управления начинается отработка программы цикла измерения и записи в блок памяти, который делится на четыре такта. В первом такте цикла по управляющим командам блока 17 управления коммутатор 8 подключает сигнал с выхода феррозонда 2, греобразованный избирательным усилителем 5 в синусоидальное напряжение, к синусной обмотке статора СКВТ 13, а коМмутатор 12 подключает синусную обмотку ротора

CKBT 13 на вход АЦП 15, в реверсивном счетчике которого накапливается код, пропорциональный произведению а1 sin 9 . Затем коммутатор 9 подключает сигнал с выхода феррозонда 3, преобразованный избирательным усилителем 6 в синусоидальное напряжение, к косинусной обмотке СКВТ 13, а коммутатор 12 подключает синусную обмотку ротора

CKBT 13 на вход MJG 15, в реверсивном счетчике которого формируется код, пропорциональный числителю

sing + a.> cos 4, ко торый по комайде блока 17 управления записывается в блок 16 памяти.

Во втором такте цикла по управляющим командам блока 17 управления коммутатор 8 подключает сигнал с выхода ферроэонда 3 через иэбира. тельный усилитель 6 к синусной обмотке статора СКВТ 13, а коммутатор 10 подключает синусную обмотку ротора СКВТ 13 к косинусной обмотice ствтора CKBT 14, и коммутатор

12 — синусиую обмотку ротора CKBT 14 на вход АЦП 15, в реверсивном счет.чике которого формируется.код, пропорциональный произведению о а sin + cos 8 . После этого реверсиэный счетчик в АЦП 15 переключается блоком 17 управления на реверс; Затем коммутатор 9 подключает сигнал с выхода ферроэонда 2 через избирательный усилитель 5 к косинусной обмотке статора СКВТ 13, коммутатор 10 подключает синусную .обмотку ротора СКВТ 13 на синусную обмотку статора СКВТ 14, а коммутатор 12 — синусную обмотку ротоИ ра СКВТ 14 на вход АЦП 15, в реверсивном счетчике которого формируется код, пропорциональный следующему выражению (а в1п М -à „соМ).«

«cos8. Далее коммутатор 11 подклю25 чает сигнал с. выхода феррозонда 4 через избирательный усилитель 7 к синусной обмотке статора СКВТ 14, а коммутатор 12 — синусную обмотку.. ротора СКВТ 14 на вход АЦП 15, в реЭО версивном счетчике которого формируется код, пропорциональный знаменателю формулы (1) (а sinY -а .,соэМ)

«cas 8 — à Э з1пв, который по команде блока 17 управления записывается

35 в блок 16 памяти, и затем отключается реверс счетчика в АЦП 15.

В третьем и четвертом тактах по командам блока 17 управления коммутаторы 8-11 последовательно подклю4р статорные СКВТ 13 и

14 к выходу генератора 1 возбуждения, а коммутатор 12 — синусные обмотки роторов СКВТ 13 и 14 на вход

АЦП 15, в счетчике которого формируются коды, пропорциональные синусам и косинусам зенитного угла и угла установки отклонителя. Затем по командам блока 17 управления эти коды записываются в блок 16 памяти.

Таким образом, результатом одного цикла измерений являются геометрические параметры одной точки траектории скважины и угла установки отклонителя бурового инструмента, представленные в виде кодов, 55 записанных в блоке памяти. И с приходом следующего управляющего импульса на вход блока управления цикл измерений и записи повторяется.

После извлечения устройства на поверхность земли осуществляется считывание информации иэ блока памяти, ее дальнейшая. расшифровка н обработка в вычислителе.

Предлагаемое устройство,по срав65 нению с известным при незначительS

1078041

Составитель И.Карбачинская

Техред Л.Мартяшова Корректор Л.Пилипенко

Редактор Г.Волкова

Заказ 889/23 Тираж 564 Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и отКрытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ном усложнении коммутаций датчиков лозволяет существенно упростить вычислительные операции,.которые сводятся к делению кодов и взятиюФункции арктангенса полученного отношения. Кроме того, структура вычислителя будет унифицированной для определения азимута, зенитного угла и угла установки отклонителя, что повыаает технологичность уст ройства и сокращает время обработки информации.