Способ передачи информации от скважинной к наземной части геофизической аппаратуры

 

1. СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ОТ СКВАЖИННОЙ К НАЗЕМНОЙ ЧАСТИ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ , включающий подачу напряжения питания от наземной части аппаратуры к скважинной, формирование сигналов управления режимами работы, временное разделение каналов, преобразование информации в ц ифровую форму и передачу ее в последовательном коде по геофизическому кабелю синхронизацию по каналам и циклам, преобразование в наземной части в параллельный код, обработку и регистрацию, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехозащищенности передачи информации, напряжение питания формируют в виде следующих через равные промежутки времени положительных и отрицательных импульсов, в которых циклически повторяют паузу длительностью, кратной длительности положительного и отрицательного импульсов, причем измерение, передачу и прием информации осуществляют во время следования плоской вершины импульсов питающего напряжения, при этом измерение, передачу и прием информации по каналам синхронизируют по фронтам импульсов напряжения питания, а по циклам - по паузе в питаюш,ем напряжении. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения передачи информации в виде аналогового сигнала, длительность паузы в питающем напряжении уста (Л навливают не менее длительности измеряемого аналогового сигнала, передачу которого осуществляют во время следования указанной паузы. 3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью установления диалогового режима работы . аппаратуры, формируют сигнал для блокировки одного или нескольсо 4 ких каналов, выделяя этот интервал для передачи или приема кода управления.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(Я) Е 21 В 47 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTGPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3646627/22-03 (22) 27.09.83 (46) 15.01.85. Бюл. № 2 (72) А. А. Молчанов, Н. Н. Сохранов, Л. Г. Петросян, Р. С. Челокьян, П. А. Зельцман, В. С. Месропян и P. А. Лернер (71) Опытно-конструкторское бюро геофизического приборостроения объединения

«Укргеофизика» (53) 550.83 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 250073, кл. Н 21 В 47/12, 1967.

2. Патент Франции № 2379694, кл. Е 21 В 47/12, 1977 (прототип). (54) (57) 1. СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ОТ СКВАЖИННОй К НАЗЕМНОй ЧАСТИ ГЕОФИЗИЧЕСКОЛ АППАРАТУРЫ, включающий подачу напряжения питания от наземной части аппаратуры к скважинной, формирование сигналов управления режимами работы, временное разделение каналов, преобразование информации в цифровую форму и передачу ее в последовательном коде по геофизическому кабелю синхронизацию по каналам и циклам, преобразование в наземной части в параллельный код, обработку и регистрацию, отличающийся тем, что, с целью повышения,. SU 1134708. А точности и помехозащищенности передачи информации, напряжение питания формиру-ют в виде следующих через равные промежутки времени положительных и отрицательных импульсов, в которых циклически повторяют паузу длительностью, кратной длительности положительного и отрицательного импульсов, причем измерение, передачу и прием информации осуществляют во время следования плоской вершины импульсов питающего напряжения, при этом измерение, передачу и прием информации по каналам синхронизируют по фронтам импульсов напряжения питания, а по циклам — по паузе в питающем напряжении.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения передачи информации в виде аналогового сигнала, длитель- Е ность паузы в питающем напряжении устанавливают не менее длительности измеряе- Ц ф мого аналогового сигнала, передачу которо- у го осуществляют во время следования указанной паузы.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью установления диалогового режима работы аппаратуры, формируют сигнал для блокировки одного или нескольких каналов, выделяя этот интервал для передачи или приема кода управления. ьВ

1134708 формацию с большой надежностью, при этом передача информации осуществляется на основе КИМ (2).

Однако такой способ обмена информацией оправдан лишь в системах, содержащих источники информации с различным быстродействием и уровнем приоритета и требующих общего высокого быстродействия всей системы в целом, например в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ-ТП) или в ЗВМ„

55

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано при проведении многопараметровых измерений комплексом методов за одну спускоподъемную операцию с передачей результатов в цифровой форме по геофизическому кабелю на поверхность для последующей обработки и регистрации.

Известен способ передачи информации от скважинного прибора к наземной аппаратуре, при котором информацию передают 1О с помощью времяимпульсной модуляции (ВИМ), а информационный параметр опре. деляют временным сдвигом информационного импульса относительно фазы питающего скважинный прибор переменного синусоидального напряжения (1).

Недостатком такого способа является нестабильность работы аппаратуры, связанная с тем, что к информационному сдвигу добавляется дополнительный сдвиг, обусловленный конечной скоростью распространения 20 сигнала по каротажному кабелю. При изменении параметров кабеля в процессе работы, что особенно проявляется в глубоких скважинах с высокой забойной температурой, изменяется и этот доп ол интел ьны и сдвиг информационного импульса.

Известен также способ, реализованный в телеизмерительной системе передачи геофизических данных, позволяющий производить обмен данными между наземным пультом и целым рядом приемно-передающих щ скважинных модулей посредством каротажного кабеля. Скважинное оборудование содержит, в частности, магистраль, к которой параллельно подсоединяется один или несколько скважинных модулей посредством одинакового интерфейса, оснащенных дат- 35 чиками для измерения определенных физических характеристик пластов, пересеченных скважиной. Скважинное оборудование содержит также средства синхронной/асинхронной передачи информации в цифровой форме @ в режиме запрос-ответ (диалоговый режим), при этом формирование адреса (номера) канала и управление .приемом-передачей данных осуществляют от микропроцессоров, устанавливаемых в скважинном и наземном модемах (модулятор-демодулятор), работу 45 которых синхронизируют с помощью специального слова синхронизации. Описанный способ позволяет передавать по кабелю ингде источники информации располагаются на поверхности и расстояние между ними, как правило, не превышает нескольких десятков метров. Применение же такого способа в геофизических приборах, источниками информации в которых являются датчики физических полей, обладающие равным уровнем приоритета и по принципу своей работы всегда готовые к выдаче информации, является неоправданным и избыточным, При этом следует учитывать, что скважинная и наземная части геофизической аппаратуры удалены друг от друга на расстояние до 10 км, в связи с тем синхронизация работы обеих частей аппаратуры с помощью специального слова, передаваемого по кабелю, снижает пропускную способность линии связи (кабель) из-за передачи большого объема служебной информации.

Кроме того, для реализации указанного способа требуется разработка комплекса программ, качественный высокочастотный каротажный кабель, а необходимость установки в скважинных приборах микропроцессора и, следовательно, соответствующих электронных схем, обеспечивающих его функционирование, черезмерно усложняет аппаратуру,-снижает ее надежность и эксплуатационные характеристики.

Цель изобретения — повышение точности и помехозащищенности передачи информации.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу передачи информации от скважинной к наземной части геофизической аппаратуры, включающему подачу напряжения питания от наземной части аппаратуры к скважинной, формирование сигналов управления режимами работы, временное разделение каналов, преобразование информации в цифровую форму и передачу ее в последовательном коде по геофизическому кабелю, синхронизацию по каналам и по циклам, преобразование в наземной части в параллельный код, обработку и регистрацию, напряжение питания формируют в виде следующих через равные промежутки времени положительных и отрицательных импульсов, в которых циклически повторяют паузу длительностью, кратной длительности положительного и отрицательного импульсов причем измерение, передачу и прием информации осуществляют во время следования плоской вершины импульсов питающего напряжения, при этом измерение, передачу и прием информации по каналам синхронизируют по фронтам импульсов напряжения питании, а по циклам — по паузе в питающем напряжении.

Кроме того, с целью обеспечения передачи информации в виде аналогового сигнала длительность паузы в питающем напряжении устанавливают не менее длительности измеряемого аналогового сигнала, передачу

1134708 которого осуществляют во время следования указанной паузы.

С целью установления диалогового режима работы аппаратуры формиру::от сигнал блокировки одного или нескольких каналов, выделяя этот интервал для передачи или приема кода управления.

Питание cKBB?KHHHhix приборов напряжением в виде положительных и отрицательных импульсов (меандр) требует для передачи одинаковой мощности в 1, I;>a;à меньше амплитуды, чем при ггитании синусоидальным напряжением. В результате, при питании напряжением в виде меандра обеспечивается возможность передачи по кабелю необходимой мощности, не превышающей допустимого значения амплит>ды напряжения на входе каротажного кабеля, что важно при выполнении скважинных приборов в виде агрегатированных блоков. На основе которых собирают агрегатированные комплексы. Кроме того, питание скважинных приборов меандром позволяет производить Н3мерение, присм и передачу информации во время прохождения плоской вер;пины меандра, т. е. практически при постоянном токе, при 3Toivt отпадает HEобходим осTh B использовании таких узлов; как фазочувствительный детектор, схемы выборки-хранения и, следоьательно, упрощается электронная схема и конструкция скважинных приборов.

С целью повышения помехозащищенности и точности аппаратуры измерение, прием и передачу цифровой информации осугцествляют в окне меандра, отступив от его фронтов на время, обусловленное их завалом при прохождении через каротажный кабель.

Согласно полученным экспериментальным данным завал фронтов меандра частотой

300 Гц на уровне 0,5 и длине кабеля 5000 м не превышает 50+S.

Передачу по каротажному кабелю как результатов измерений от скважинных приборов, так и кода управления от наземной части осугцествляют в последовательном двоичном коде на основе КИМ. Для предотвращения заряда каоеля используется сигнал с фазовым кодированием (биполярный сигнал) .

В каждом цикле питающего напряжения предусмотрена пауза, необходимая для синхронизации аппаратуры по циклу, при этом с целью передачи в каждом цикле информации в виде быстропеременного аналогового сигнала, например акустического, формируют длительность указанной паузы не менее длительности измеряемого сигнала, измерение и передачу которого осуществляют во время следования указанной паузы.

С целью обеспечения диалогового режима работы аппаратуры в наземной и скважинной частях формируют сигналы блокировки, которыми входные устройства назем4 ной и скважинной частей аппаратуры переводят из режима прием-переда 1а в режим передач а-п р нем.

Для увеличения количества каналов передачи без изменения параметров электронной схемы аппаратуры, например увеличения

,астоты питающего напряжения, в специально выделенном канале каждого цикла формируют сигнал номера цикла, в соотвеFcTBHH с которым информацию передают в нечетIp ных циклах от первого до и источника. а по четным циклам - — от (и+1) до 2п источника.

I id фи.-.. 1 изображена блок-схема наземной части геофизической аппаратуры; нг фиг. 2 — блок-схемы скважинных приборов (мод леи}, реализующих метод плотностного гамма-ravìà каротажа плюс каверномер (ГГК-П вЂ” каверномер) и акустический метод; на фиг. 3 — эпюры напряжения питания и передаваемых сигналов.

Наземная часть аппаратуры содержит устройство 1 формирования питающего напряжения скважинных приборов (модулей), устройство 2 выделения информационного сигнала, устройство 3 передачи кода управ25 ления и устройство 4 выделения аналогового сигнала, соединенные через трансформаторы

Т1 и Т? с трехжильным каротажным кабелем к входу которого подключены агрегатированные скьажинные модули и устройство 5 синхронизации и формирования адреса. К адресной шине 6 и шине 7 данных подключены устройство 8 вывода и регистрации информации, поступающей от скважинных модулей и устройство 9 ввода команд, обеспечивающее управление режимами работы аппаратуры. Наземная часть аппаратуры содержит также устройство 10 сопряжения со стандартной магистралью МЭК по ГОСТ 26.00380, к которой может быть подключена бортовая ЭВМ 11, а также источник 12 питания, обеспечивающий питание исполнительных устройств скважинных модулей.

Скважинная часть аппаратуры состоит ,из ряда агрегатированных модулей, конструктивно и информационно совместимых двух с другом, каждый из которых реализует один или несколько методов ГИС и на базе

45 которь1х собирают агрегатированные комплексы для проведения одновременных многопараметровых измерений за одну спускоподъемную операцию. Измерительные датчики скважинных модулей являются источниками трех видов сигналов, обеспечивающих проведение всех известных видов ГИС: дискретного (от датчиков перемещения рычагов каверномера) и быстропеременного аналогового (акустического сигнала).

Скважинный модуль ГГК-П + каверномер

55 (фиг. 2) содержит детектор 13 ионизирующих излучений, преобразователь 14 неэлектрических величин В электрические сигналы, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1134708

15, устройство 16 синхронизации и формирования адреса, устройство 17 передачи информации и согласования с кабелем и устройство 18 вы .вселения кода управления, причем устройства 16, 17 и 18 через трансформаторы Т3 и Т4 соединены с входом каротажного кабеля, соединяющим скважинные модули между собой и с наземной частью аппаратуры; дешифратор 19 адреса и кода управления, исполнительное устройство 20, управляющее раскрытием)закрыгием рычагов, реле 21, подключающее исполнительное устройство 20 к третьей жиле кабеля.

Выходы устройств 16 синхронизации и 18 выделения кода управления соединены с адресной шиной 22, а вход устройства 17 соединен посредством шины 23 данных с выходами АЦП 15 и преобразователя 14. Адресная шина 22 дополнена управляющей линией 24. Кроме того, скважинный модуль

ГГК-П + каверномер включает измерительный датчик 25 аналогового сигнала (каверномера), аналоговый ключ 26 и устройство

27 питания, соединенное через трансформатор Т3 с каротажным кабелем.

Скважинный модуль акустического каротажа содержит акустический излучатель 28, приемник 29 акустического сигнала, усилитель 30 с регулируемым коэффициентом усиления, устройство 31 синхронизации и формирования адреса, устройство 32 выделения кода управления, устройство. 33 передачи информации и согласования с кабелем, дешифратор 34 адреса и кода управ. пения, адресную шину 35 с управляющей линией 36 и устройство 37 питания. При этом устройства 31, 32, 33 и блок 37 питания через трансформаторы Т5, Т6 и Т7 соединены с кабелем.

Адресная шина 35 соединена с выходами устройств 31 синхронизации и формирования адреса и 32 выделения кода управления.

Устройства 3 и 17 передачи, устройства 16 и 31 синхронизации, устройство 2 выделения сигнала и устройства 18 и 32 выделения кода управления, дешифраторы

19 и 34, устройства 27 и 37 питания и согласующие трансформаторы Т2 — Т6 идентичны и являются унифицированными для всей аппаратуры.

Аппаратура работает следующим образом.

Устройство 1 формирует импульсы питающего напряжения прямоугольной формы со следующими через равные промежутки времени положительными и отрицательными перепадами (меандр), в которых циклически повторяется пауза длительностью, кратной длительности меандра (фиг. 3a). Эти импульсы по кабелю поступают на устройства

16 и 31 скважинных модулей и устройство 5 наземной части, в которых осуществляется; по фронтам импульсов питающего напряжения, синхронизация работы аппаратуры по такту (каналам) и циклу (совокупности каналов) путем последовательного выставления на адресных шинах 6; 22 и 35 номеров (адресов) каналов. При этом в устройствах 27 и 37 передаваемое по кабелю питающее напряжение преобразуется в выпрямленное стабилизированное напряжение постоянного тока, необходимое для работы электронной схемы соответствующего скважинно -о модуля.

Сигналы от детектора 13 ионизирующих излучений поступают на преобразователь 14, где преобразуются в параллельный двоичный код, и по приходе на шину 22 адреса нс мера канала, выбранного для передачи информации от детектора 13, дешифратор 19 выделяет сигнал разрешения, по которому информация поступает в параллельном коде на шину 23 даннь;х, а затем в устройство 17 передачи и согласования с кабелем, где преобразуется в последовательный двоичный код и передается в кабель в виде, представленном на фиг. Зб. Устройство 2 выделения информационных сигналов принимает эту информацию, преобразует в параллельный двоичный код и по приходе на шину 6 номера выбранного канала выделяет ее на шину 7 данных. При этом устройство 8 вывода и регистрации информации осуществля ет, в соответствии с номером выбранного канала (адресом), регистрацию информации с шины 7 данных.

Аналоговый сигнал от измерительного датчика 25 поступает на вход АЦП 15 через ключ 26. который открывается сигналом, формируемым дешифратором 19 по приходе на шину 22 адреса номера канала, выбранного для передачи информации от датчика 25.

С выхода АЦП 15 информацил в параллельном коде поступает на шину 23 данных, а затем в устройство 17, где преобразуется в последовательный двоичный код и передается в кабель в виде, представленном на фиг. Зб.

Прием, вывод и регистрация в наземной части аппаратуры информации от датчика 25 производится аналогично схеме прохождения дискретных сигналов от детектора 13.

С целью повышения точности и помехозащищен ности измерение, преобразование, прием и передачу информации осуществляют во время следования плоской вершины импульсов питающего напряжения с отступлением от (рронтов не менее чем на 150)цS (фиг. Зв).

Акустические сигналы от приемника 29, которые не преобразуются в цифровую форму, передаются в кабель во время следования паузы в питающем напряжении, длительность которой устанавливается не менее длительности передаваемого аналогового сигнала.

1134708

Для запуска излучателя 28 и срабатывания устройства 33 передачи и согласования с кабелем, которое в остальное время цикла находится в высокоимпедансном (отключенном) состоянии, дешифратор 34 выдает сигнал разрешения по приходе на шину 35 адреса номера канала, соответствующего паузе. Акустический сигнал принимается приемником 29, усиливается устройством 30 и через устройство 33 поступает на время паузы на вход кабеля (фиг. 3r). В наземной части аппаратуры указанный акустический сигнал регистрируется устройством 4 во время паузы в питаюшем напряжении, при этом в остальное время цикла устройство 4 находится в высокоимпедансном (отключенном) состоянии.

С целью повышения точности и помехозащищенности измерений запуск излучателя 28 и устройства 33 производится с отступлением от фронтов паузы не менее чем на 500)MS (фиг. Зг).

Передача кода управления от наземной к скважинной части аппаратуры (диалоговый режим) обеспечивается следующим ооразом.

Устройство 5 формирует в выбранном для передачи кода управления канале сигнал разрешения передачи, поступающий на устройство 3, и одновременно сигнал блокировки, который поступает в устройство 2 и запрещает прием и передачу информации на шину 7 данных от скважинных модулей.

При этом указанный сигнал блокировки подключает к шине 7 данных устройство 9, которое передает на нее заданный оператором код управления. С шины 7 данных код управления поступает в устройство 3, которое преобразует его в последовательный код и в таком виде передает в кабель (фиг. Зб).

Устройства 16 и 31 синхронно с устройством 5 формируют аналогичные сигналы блокировки, которые поступают в устройства 17 и 33 и запрещают передачу информации от скважинных модулей в кабель.

Одновременно эти же сигналы дают разре цение на прием кода управления устройствами 18 и 32 и его выдачу в параллельном коде на шины 22 и 35 адреса, лри этом устройства 16 и 31 выставляют на управляющих линиях 24 и 36 сигналы, идентифицируюгцие наличие кода управления на адресных шинах 22 и 35.

С дешифратора 19 сигнал разрешения (упр,явления) подается на реле 21, с помощью которого осуществляется подключение третьей жилы кабеля к исполнительному устройству 20 (например к двигателю устройства раскрытия/закрытия рычагов) . По указанной жиле от наземного источника 12 питания исполнительных устройств подается соответствуюшее напряжения питания (лод5

l0

55 кл ючается соответствующий выход источн ика питания) .

Аналогично происходит изменение коэффициента усиления усилителя 30 в модуле акустическо "0 каротажа при подаче соответствующего кода управления, только в этом случае по сигналу от дешифратора 34 происходит не коммутация третьей жилы кабеля, а переключение реле, которое изменяет коэффициент усиления усилителя 30.

Устройство 10 сопряжения обеспечивает обмен информацией, в том числе передачу кода управления по стандартной магистрали

МЭК от бортовой ЭВМ каротажной лаборатории, благодаря чему может быть обеспечена рабста аппаратуры, реализующей предлагаемы "> способ, в программно-управляемом режиме.

Если количества каналов одного цикла недостаточно для передачи информации от скважинного модуля, то в данном модуле по команде управления подключают источники информации под номерами от 1 до и к каналам передачи в первом цикле, а источники под номерами от (л+1) до 2л подключают к каналам передачи во втором цикле (фи г. За) . В этом случае скважин ны и модуль, в котором передача информации осуществляется за два цикла, формирует номер цикла и передает его по специально выделяемому каналу.

Таким образом, без изменения аппаратуры может быть увеличено количество опрашиваемых источников информации (скважинных модулей) и, соответственно, каналов передачи на величину, кратную количеству каналов в цикле. При этом снижается только частота их опроса.

При сравнительно несложной аппаратурной реализации и простом межмодульном интерфейсе предлагаемый способ обеспечивает достаточно высокую точность измерения высокую помехозашищенность, диалоговый режим и автоматизацию процесса подготовки и проведения ГИС. Таким образом, способ позволяет реализовать с простым межмодульным интерфейсом (три жилы кабеля) скважинную аппаратуру по агрегатно-блочному принципу, а питание напряжением в виде меандра и возможность увеличения числа каналов без изменения аппаратуры позволяет собирать агрегатированные комплекты, состоящие из достаточно большого количества скважинных модулей.

Система скважинных приборов, реализующая предлагаемый способ, является открытой и допускает наращивание за счет включения вновь разрабатываемых агрегатированных приборов без изменения разработанной ранее аппаратуры.

Экономический эффект от внедрения изобретения достигается путем обеспечения одновременных многопараметровых измерений за одну спускоподъемную операцию

Il34708

9 комплексными и комбинированными приборами, собранными на базе агрегатированных модулей, а также благодаря повышению производительности труда за счет возможности автоматизации процесса подготовки и проведения ГИС с использованием бортовой ЗВМ. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения одного агрегатированного комплекса, реализующего предлагаемый способ, составляет 59,8 тыс. руб.

1134708

1134708

Составитель Н. Кривко

Редактор И. Рыбченко Техред И. Верес Корректор М Розман

Заказ 10052/30 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4