Телеметрическая система для каротажа скважин

 

ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДНЯ КАРОТАЖА СКВАЖИН, состоящая наземной и скважинной частей, соединенных каротажным кабелем, в наземную часть которой входят контроллер и модем, а в скважинную часть - контроллер , модем, интерфейсные схемы. измерительные модули и приборная магистраль для передачи информации и напряжения питания, отличающаяся тем,- что, с целью расширения функциональнь Х возможностей телеметрической системы, три линии приборной магистрали с одной сторо- . ны Подключены к трем жилам каротажного кабеля, а с другой стороны две линии магистрали подключены к интерфейсным схемам через симметричный трансформатор или дроссель, а третья линия через коммутирующий элемент подключена к модулям, содержащим датчик собственной поляризации (пс) или электромеханические устройства, к четвертой линии магистрали подклю (О чены выход команд и вход данных скважинного контроллера и входы команд, выхода данных и сигнала Готовность интерфейсных схем, пятая и шестая О С линии магистрали подключены к соответ ствующим выходам Такт,Управление скважинного контроллера и входам N) интерфейсных схем, а седьмая линия соединена с выходом Общий измериЮ СО СО jTenbHbix модулей. сл

COOS СОВЕТСНИХ

СОЦ1 1АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК..ЯО„„1122995 А 1 11,С 01 V 1/40

ГОСУДМ СТВЕННЫй НОМИтЕт СССР

ilO ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 7.ф:;., 7

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ „„,. - "/

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

ДЛЯ КАРОТЮКА СКВЮКИН, состоящая из наземной и скважинной частей, соединенных каротажным кабелем, в наземную часть которой входят контроллер и модем, а в скважинную часть — контроллер, модем, интерфейсные схемы, (2 1) 3608124/18-25 (22) 20.06.83 (46) 07. 11.84. Бюл. ¹ 41 (72) А.А.Молчанов, В.В.Кузнецов, В.Г.Диченко, Д.В.Белоконь, А.П.Грузомецкий, Е.Д.Захаров и О.И.Сагалович (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических методов исследований, испытания и контроля нефтегаэораэведочных скважин (53) 550. 83.(088. 8) (56) 1. Метьюз Т. Двусторонняя телеметрическая система для каротажа скважин. -"Инженер-нефтяник GllA", 1977, ¹ 9, с. 57-61.

2. Заявка Франции ¹ 2379694, кл. Е 21 В 47/12, опублик. 1978 .(прототип). измерительные модули и приборная магистраль дпя передачи информации и напряжения питания, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей телеметрической системы, три линии приборной магистрали с одной стороны подключены к трем жилам каротажного кабеля, а с другой стороны две линии магистрали подключены к интерфейсным схемам через симметричный трансформатор или дроссель, а третья линия через коммутирующий элемент подключена к модулям, содержащим датчик собственной поляриз ации (ПС) ,или электромеханические устройства, к четвертой линии магистрали подключены выход команд и вход данных скважинного контроллера и входы команд, выходы данных и сигнала "Готовность Ce интерфейсных схем, пятая и шестая линии магистрали подключены к соответ- Ф ствующнм выходам "Такт","Управление" скважинного контроллера и входам 9ее4 интерфейсных схем, а седьмая линия Я соединена с выходом "Общий" измери- ф тельных модулей. с© с©

1122995 2

Наиболее близкой к предлагаемои по технической сущности является телеметрическая система передачи даннь|х по каротажному кабелю, состоящая из наземной и скважинной частей, соединенных каротажным кабелем, в наземную часть которой входят конт >0 роллер и модем, а в скважинную часть — контроллер, модем, интерфей" сные схемы, измерительные модули и приборная магистраль для передачи информации и напряжения питания.

Передачей данных снизу в ерх и команд сверху вниз управляет вычисИзобретение относится к аппарату ре для геофизических исследований скважин, в частности к скважинкой аппаратуре, построенной по модульному принципу. 5

Известны тепеметрические системы для комплексной аппаратуры, содержащей большое число датчиков различных физических полей. Обмен информацией между контроллером скважинного прибора и датчиками организован на основе радиального нли магистральнорадиального интерфейса Г11.

Однако большое число линий интерфейса снижает помехоустойчивость работы измерительных модулей, а трас. сировка большого количества проводов создает ряд отрицательных побочных эффектов, например шунтирование акустического изолятора в приборах акустического каротажа, трудность выполнения герметичных многоконтактных, разъемов ограниченного диаметра, сни. жение надежности контактных соединений и прибора в целом. Затрудняется стандартизация электрического соединения модулей и чх компоновка в модульные приборы, предназначенные для решения различных геологических задач. Кроме того, в одном модульном приборе могут быть модули, которые необходимо центрировать, и те, которые необходимо прижимать к стенке скважины. Поэтому соединение модулей желательно осуществить гибким соединителем, в качестве которого удобно использовать отрезки серийного семижильного кабеля со стандартными семиконтактными разъемами, применяемыми в геофизической аппаратуре. В этом случае отпадает необходимость разработки специапьных соединителеи. лительное устройство, соединенное с каротажным кабелем через модем.

Команды передаются биполярным последовательным кодом с тактовой частотой 20 кГц. Модем скважинного прибора демодулирует сигнал и передает

его контроллеру модулю управления, который передает его по приборной магистрали к измерительным модулям.

Все модули скважиниого прибора, в т.ч. модуль управления подключаются к магистрали с помощью универсального интерфейса.

Универсальный интерфейс включает в себя дешифратор адреса, схему ответа и счетчик числа информационных слов. Схема ответа передает сигнал конца группы информационных слов.

Модуль управления обменивается сигналами с остальными измерительными модулями по пяти проводам. Первый провод магистрали представляе собой однонаправленную линию, по которой передаются командь1 управления, причем способ кодирования предполагает передачу тактовых импульсов, содержащихся в командном слове и имеющих частоту f<, Второй провод предназначен для выдачи сигнала подтверждения приема команды. Третий провод представляет собой однонаправленную линию, предназначенную для передачи данных в цифровой форме от измерительных модулей к сква" жинному контроллеру. По четвертому проводу подаются тактовые импульсы с частотой Е2, сопровождающие переда чу данных. Пятый провод предназначен для передачи сигнала "Возврат", который сигнализирует о том, что передача данных окон zàíà.

Для функционирования скважинного прибора в магистраль необходимо добавить еще две линии — Земля" и

"Питание". (Использование в качестве "Земля" корпуса прибора резко снижает помехоустойчивость телесистемы). Следовательно, общее число линий в магистрали скважинкой части телесистемы равно восьми (восьмой линией являются броня кабеля и корпус прибора, использующиеся в качестве обратного питающего провода) (2j.

Недостатки известной телесистемы заключаются в том, что передача данных только производится в цифровом виде, что исключает гостроение модулей с применением акуститирующий элемент подключена к модулям, содержащим датчик ПС или электромеханические устройства, к четвертой линии магистрали подключены выход команд и вход данных скважинного контроллера и входы команд, выходы данных и сигнала Готовность" интерфейсных схем, пятая и шестая линии магистрали подключены к соогветствующим выходам "Такт", Управление" скважин-, ного контроллера и входам интерфей. сных схем, а седьмая линия соединена с выходом "Общий" измерительных модулей.

Первый и второй провода магистра. ли являются продолжением первой и

I второй жилы каротажного кабеля. По этим двум проводам передаются из ка-, ротажных устройств аналоговые сигналы непосредственно в жилы каротажного кабеля. Третий провод магистрали является также продолжением третьей жилы каротажного кабеля и используется для организации питания каротажных устройств напряжением специальной формы или для организации схемы измерения сигнала ПС.

Четвертый провод представляет собой двунаправленную линию1 по которой передается из модуля управления команда в измерительные модули или обратно передается сигнал готовности ч данные. По пятому проводу магистрали передаются из модуля управления в измерительные модули сигналы . трактировки, а по шестому проводу осуществляется переключение измерительных модулей из режима приема в режим передачи. Седьмой провод магистрали представляет собой "цифровую землю", восьмым являются корпус прибора и броня каротажного кабеля.

На фиг. l дана функциональная схема скважинной части предлагаемой системы; на фиг. 2 — схема универсального интерфейса, на фиг. 3 временная диаграмма его работы.

В данной телесистеме первая и вторая жилы кабеля подключены соответственно к первой и второй линиям магистрали с одного конца, с дру. гого нагружены на волновое сопротивление 1. К модулю управления и измерительным модулям эти линии подключаются через трансформатор 2 или дроссели 3, со средних точек которых снимается напряжение 4 питания модулей. Вторым проводом питания служит оплетка кабеля и корпус

Э 1122995 4 ческого . (AK), импульсно-нейтронного (ИНК) и ядерно-магнитного (ЯМК) каротажа. Оцифровка сигналов модулей указанных методов невозможна на сегодняшний день по целому ряду причин технико-экономического характера. Например, оцифровка только одной волновой картины серийного прибора акустического каротажа

СПАК-6 в интервале 5 мс потребует ° передачи 30 кбит информации. При частоте запуска излучателей 10 Гц общее количество информации в 1 с равно

300 кбит. Передать такое количество ийМРмации +© ++ 0 имеющему про пускную способность максимум 5060 .кбит/с, возможно снизив пропорционально скорость каротажа, что со,вершенной неприемлемо.

Кроме того, неоправданно усложняется сЪважинная часть соответствую. щих модулей (АК, ИНК, ЯМК); необеспечивается измерение потенциалов собственной поляризации скважины (метод ПС), так как чтобы измерить этот сигнал, нужно измерить разность потенциалов между двумя электродами, один из которых находится на поверхности, а второй в скважине; модуль связи телесистемы может быть в скважинном приборе только верхним, что

30 затрудняет и практически исключает применение модулей электрического каротажа, если скважинный прибор содержит модуль, имеющий электромеханическое устройство, то это устрой ство нельзя запитать от отдельного, источника с поверхности, что необходимо во многих случаях.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей телеметрической системы.

Указанная цель достигается тем, что в телеметрической системе для каротажа скважин, состоящей из наземной и скважинной частей, соединенных каротажным кабелем, в наземную часть которой входят контроллер, а в скважинную часть — контроллер и модем, интерфейсные схемы, измерительные модули и приборная магистральдля 5 передачи информации и напряжения питания, три линии приборной магистрали с одной стороны подключены к трем жилам каротажного кабеля, а с другой стороны две линии магистрали 55 подключены к интерфейсным схемам через симметричный трансформатор или дроссель, а третья линия через коммуобмотки трансформатора 2 и декодируется в модеме 10. Далее он поступает через цифровой выход 11 в контроллер 9 и оттуда в, четвертую линию магистрали. Одновременно с командой 19 из контролера 9 в пятую линию магистрали подаются тактовые сигналы 20, по которым команда 19 вводится в буферный регистр 7 универсального интерфейса 6.Далее команда по тине 21 поступает в дешифратор 15. По окончании команды контроллер 9 выдает по шестой линии магистрали сигнал 22 управления, по ., которому устройство 8 управления формирует сигнал 23 дешифрации команды.

Дешифрированная ксманда поступает через один из выходов 24 в каротажное устройство 16 или 17, Одновременно из устройства 8 управления в каротажное устройство !6 и 17 поступает сигнал 25 разрешения работы.

В случае опроса каротажного устройства, содержащего зонд акустического .каротажа, возбуждаются излучатели акустического сигнала, и. волновая картина 26 через трансфор.-..матор поступает на первую и вторую линии магистрали.

Если каротажное устройство содержит зонд ПС, то аналоговый информационный сигнал 27 поступает через коммутирующий элемент 5 в третью линию магистрали. Если же каротажная информация оцифровывается в самом каротажном устройстве „ то она в цифровом виде подается по шине 28 в буферный регистр 7.

В любом случае после окончания работы каротажного устройства по линии 29 поступает в устройство 8 управления сигнал 30 готовности.

Устройство управления по сигналу

30 готовности формирует сигнал 31

45 записи информации в буферный регистр

7, а также транслирует готовность в четвертую линию магистрали и сбрасывает сигнал 25 разрешения работы.

Контроллер 9 по получении сигнала 30 готовности подает в пятую линию магистрали тактовые сигналы 20, при помощи которых информация из буферного регистра 7 универсального интерфейса 6 выводится в четвертую линию магистрали и поступает через контроллер 9 в модем 10, откуда в кодированном виде подается на первую и вторую жилы каротажного кабеля.

5 !122995 прибора. Третья жила кабеля подключена к третьему проводу магистрали.

Измерительные модули подключаются к третьей жиле через коммутирующий элемент 5. Четвертая линия подключена к выходу команд и входам

"Готовность" и "Данные" контроллера. Универсальные интерфейсы 6 (фиг.2) подключены к четвертой линии магистрали входами, выходами буфер- !О ного регистра 7 и выходами готовности устройств 8 управления. Пятая линия магистрали подключена к выходу тактировки контроллера 9 и к входам тактировки буферных регистров 7, Шестая линия магистрали подключена к выходу контроллера 9 и к устройствам 8 управления универсальных интерфейсов 6. Седьмая линия является общей для цифровых сиг- 2п напов.

В состав модуля управления входит модем 10, подключенный цифровым выходом 1! и входом 12 к контроллеру 9 и входом к кварцевому генера- р5 тору 13. Кварцевый генератор, кроме того, подключен к контроллеру 9. В состав модуля управления включены также универсальный интерфейс 6 и служебные датчики 14. Универсальный интерфейс 6 состоит из буферного регистра 7,дешифратора 15 команды

- и устройства 8 управления. В состав измерительных модулей входят кроме универсальных интерфейсов 6 и каротажных устройств 16 и 17 индивиду35 альиые устройства, Так, например, первый измерительный модуль имеет коммутирующий элемент 5, подключаю-, aWA каротажное устройство к третьей линии магистрали. Через коммутирующий элемент 5 могут быть з.апитаны электромеханические устройства напряжением специальной формы. Во втором измерительном модуле каротажное устройство подключено к первой и вто рой жилам кабеля через .трансформатор. С помощью такого подключения сигналы АК, ИНК, ЯМК могут быть переданы в наземную часть телеметрической системы. В концевой заглушке установлены нагрузочные сопротив. ления 18, подключенные к четвертой, пятой, шестой и седьмой линиям магистрали.

Скважинная часть телесистемы работает следующим образом.

Сигнал, поступающий с первой и второй жил кабеля, снимается с вторичной! 122995

При поступлении следующей коман-ды из каротажного кабеля контроллер модуля управления сбрасывает сигнал 22 управления на шестой линии магистрали в "О." и подготавливает универсальные интерфейсы 6 к приему этой команды.

Предлагаемая телеметрическая система рассчитана в,первую очередь для исследования нефтяных и газовых скважин модульной аппаратур ой, содержащей бол ьш о е чи сл о д атчиков и общий охранный кожух. Хе14 IB г8 лесистема может быть применена в качестве унифицированной для аппаратурных комплексов, ориентированных на исследование нефтяных, га3 о:Вы x, p yдн ы х» t у Г ол ь ны х с к в аж и н .

Технико — экономическая эффективность при внедрении предлагаемой телеметрической системы дости10 raeтся путем унификации скважинной аппаратуры, сокращения затрат на разработку отдельных модулей и модульных приборов.

1 122995

Гвпт5нссяь, Такт 9поо5ление Яемяя

Данные

Такт. Z0 пра5ление ГЯ

Редактор A.Ìoòbëü

Заказ 8134/38 Тир аж 710 Подписное

В!!ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4!5

Филиал ППП Патент, r.Ужгород, ул.Проектная, Гцтодмс ть, Даниые

Со ставит ел ь Н. )Куравлев а

Техред Т.Фанта Корректор И.Леонтюк