Формирователь геомагнитного репера

 

1. ФОРМИРОВАТЕЛЬ ГЕОМАГНИТНОГО РЕПЕРА, содержащий феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой возбзЬвдения датчика, датчик положения электромеханический преобразователь угол фаза , вал которого соединен с валом электродвигателя, входные обмотки с сигнальными обмотками феррозондового датчика, a выходные обмотки С входом частотно-избирательного .усилителя, отличающийся ;тем, что, с целью увеличения точности измерения и упрощения конструкции, он снабжен импульсньш формирователем репера, включакяцим нуль-орган со стробироваиием, пйковьй детектор, триггер и 1Ф1пульсный усилитель, причем выход частотно-избирательного усилителя соединен с информационным входом нуль-органа, выход генератора по удвоенной час-чрте соединен с входом стробирования нуль-органа, выход нуль-органа соединен с первым входом триггера и через пиковый детектор-с вторьы входом триггера, a 9 выход триггера соединен с входом импульсного усилителя. 2. Формирователь по п. tj о т л и .чающийся тем, что электромеханический преобразователь угол § фаза выполнен ввиде бесконтактного синусно-косинусного преобразователя, на валу которого установлен датчик положения, a выход датчика положения электрически соединен с орым входом импульсного усилителя, ;о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

И IН!!!

РЕСПУБЛИК

69I (Ю

4(51) Е 21 В 47/О

Ф 3 М! !3, ; . с, ., !

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРС!!ОМ!! СНИДИТВПЬЮВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3639547/22-02 (22) 29.08.83 (46) 30.01.85. Бюл. У 4 (72) В.И. Ребров, Е.А. Салов9

В.И. Стрелков и А.A. Красильников (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (53) .622.242(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И- 868056, кл. Е 21 В 47/02, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 863846, кл. E 21 В 47/02, 1981.

3. Авторское свидетельство СССР

9 679796, кл. Е 21 В 47/022, 1978.

4. Авторское свидетельство СССР

В 981598, кл. Е 2! В 47/02, 1982. (54)(57) 1. ФОРМИРОВАТЕЛЬ ГЕОМАГНИТНОГО РЕПЕРА, содержащий феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой возбуждения датчика, датчик положения, электромеханический преобразователь угол— фаза, вал которого соединен с валом электродвигателя, входные обмотки— с сигнальными обмотками феррозондового датчика, а выходные обмотки—

:с входом частотно-избирательного усилителя, отличающийся ,тем, что, с целью увеличения точнос .ти измерения и упрощения конструкции, он снабжен импульсным формирователем репера, включающим!нуль-орган со стробированием, никона детектор, триггер и импульсный усилитель, причем выход частотно-избирательного усилителя соединен с информационным входом нуль-органа, выход генератора по удвоенной часчрте соединен с входом стробирования нуль-органа, выход нуль-органа соединен с первым входом триггера и через пиковый детектор-с вторым входом триггера, а Я выход триггера соединен с входом импульсного усилителя.

2. Формирователь по п. 1 о т л ич а ю шийся тем, что электромеханический преобразователь уголфаза выполнен в виде бесконтактного синусно-косинусного преобразователя, на валу которого установлен датчик положения, а выход датчика положения электрически соединен с Угодным входом импульсного усилителя.! 1137

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано,в акустических телевизорах, инклинометрах, пластовых наклономерах.

Известны инклинометры и наклономеры, содержащие феррозондовые датчики магнитного меридиана, например инклинометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде вращающегося одноэлементного феррозонда.

Феррозонд в этом инклинометре горизонтируется с помощью карданова подвеса, а вращение на него передается с помощью дополнительного карданова соединения (1) .

Однако данный инклинометр имеет высокую степень сложности исполнения механических узлов для передачи вращения на феррозонд и требует высоко—

ro класса точности изготовления. Кроме того, нестабильность фазы измерительного аналогового сигнала, возникающая в каротажном кабеле, и нестабильность этого. сигнала, возникающая в результате неравномерности передачи угловой скорости через карданово соединение на чувствительный элемент, существенно снижают точность измерений.

Известен феррозондовый преобразо30 ватель азимута, в котором в качестве канала связи используются две жилы каротажного кабеля. В скважинном приборе этого преобразователя размещены четыре попарно ортогональных феррозонда, причем феррозонды каждой пары запитываются от двух генераторов с близкими частотами. Сигнальные обмотки феррозондов каждой пары подключены к входам двух параллельных ка- 4О налов, содержащих последовательно соединенные усилитель-сумматор, избирательный усилитель, амплитудный детектор и усилитель мощности, к выходу которого через отдельную жилу 45 каротажного кабеля подключен индикатор, измеряющий одну составляющую магнитную поля Земли в функции синуса и в функции косинуса азимута ориентации скважинного,прибора. Повышение чувствительности в данном преобразователе получено за счет увеличения частоты напряжения возбуждения феррозондов и размещения генераторов их питания в скважинном приборе f2) . 55

Этот преобразователь имеет сложную конструкцию скважинного прибора, в состав которого включены четыре

191 2 феррозонда, два генератора и два отдельных канала преобразования аналоговых сигналов с избирательными усилителями. При изменении температуры. в скважине параметры электронных устройств и сопротивление жил кабеля изменяются по разным законам, особенно это относится к избирательным усилителям. Поэтому возникают недопустимо большие погрешности измерения амплитудных составляющих азимута ..

Кроме того, в связи с отсутствием передачи на поверхность какоголибо опорного сигнала, аппаратура наземной части (индикатор) представляется достаточно сложной, включающей в себя обратные преобразователи arcsiII 2 и arccos a, что также ведет к появлению новых дополнительных погрешностей.

Известен преобразователь азимута, содержащий два ортогональных феррозонда и питающий их генератор, фа- . зовращатель, сумматор, преобразователь фаза — временной интервал и два канала преобразования, содержащих последовательно соединенные по информационному сигналу выходную обмотку феррозонда, электронный аналоговый ключ, пиковый детектор и модулятор. Информационные сигналы, амплитуда которых пропорциональна синусу и косинусу азимута, представляющие собой разнополярные импульсы, на выходных обмотках феррозондов при перемагничивании сердечника стробируются в каждом канале с помощью электронных аналоговых ключей, фиксируются на период с помощью пиковых детекторов и преобразуются модуляторами в синусо- и косинусоидальные напряжения, а выходной сигнал сумматора, фаза которого пропорциональна азимуту, преобразуется во временной интервал, пропорциональный азимуту f3), Указанный преобразователь характеризуется сложностью реализации в скважинном приборе, так как включает в себя большое количество таких достаточно сложных. узлов, как модуляторы, фаэовращатели, преобразователи фаза — временной интервал и др,.

Вследствие наличия двух каналов преобразования аналогового сигнала возникают недопустимо большие погрешности от изменения температуры скважинного прибора. Причиной этого яв45

3 11371 ляется различный характер изменения передаточных характеристик аналоговых ключей, пиковых детекторов, фазовращателей.

Питание феррозондов осуществляется переменным напряжением ненорми5 рованной формы, поэтому в амплитуде пиковых сигналов содержатся нечетные гармоники частоты возбуждения, вносящие дополнительную погрешность в результат измерения.

Известен также формирователь геомагнитного репера, содержащий феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой, 15 возбуждения датчика, датчик положения, электромеханический преобразователь гол — фаза, вал которого соединен с валом электродвигателя, входные обмотки — с сигнальными обмотками феррозондового датчика, а выходные обмотки — с входом частотно-избирательного усилителя (4) .

Однако фильтрация огибающей фильтром НИ и передаче аналоговых измерительного и опорного сигналов по ка25 ротажному кабелю приводит к появлению дополнительных динамической и статической погрешностей, а также дополнительных погрешностей, возникающих от изменения температуры

30 скважинного прибора, что снижает точность измерения. В частности, при передаче измерительного сигнала из скважинного прибора линия связи (каротажный кабель) вносит дополни- 35 тельный фазовый сдвиг, величина которого зависит от параметров жил каротажного кабеля и изменения их под воздействием температуры.

Целью изобретения является увели- 40 чение точности измерения и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что формирователь геомагнитного репера, содержащий феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой возбуждения датчика, датчик положения, электромеханический преобразователь угол — фаза, вал которого соединен с валом элект- 50 родвигателя, входные обмотки — с сигнальными обмотками феррозондового датчика, а выходные обмотки — с входом частотно-избирательного усилителя, снабжен импульсным формировате- 55 лем фепера, включающим нуль-орган со стробированием, пиковый. детектор, триггер и импульсный усилитель, при91 4 чем выход частотно-избирательного усилителя соединен с информационным входом нуль-органа, выход генератора по удвоенной частоте соединен с входом стробирования нуль-органа, выход нуль-органа соединен с первым входом триггера и через пиковый детектор — с вторым входом триггера, а выход триггера соединен с входом иг пульсного усилителя.

Кроме того, электромеханический преобразователь угол- фаза выполнен в виде бесконтактного синусно-косинусного преобразователя, на валу которого установлен датчик положения, а выход датчика положения электри.чески соединен с вторым входом импульсного усилителя.

Датчик положения (например, нулевого положения вала относительно какой-либо точки на корпусе скважинно-. го прибора) вырабатывает импульс заранее определенной длительности и полярности.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого формирователя. геомагнитного репера.

Формирователь геомагнитного репера состоит из феррозондового датчика 1, который закреплен на корпусе скважинного прибора с помощью карданова подвеса и горизонтируется маятником (карданов подвес и маятник на чертеже не показаны), бесконтактного синусно-косинусного трансформатора 2, частотно-избирательного усилителя 3, импульсного формирователя 4 репера, импульсного генератора 5 частот 4) и 2(,1, датчика 6 положения, электродвигателя 7 и линии связи 8 (каротажный кабель). Датчик 6 положения расположен на вале бесконтактного синусно-косинусного трансформатора 2, а валы электродвигателя 7 и БСКТ 2 механически соединены.

Сигнальные обмотки 9 феррозондового датчйка 1 соединены с входными обмотка БСКТ 2, а обмотки 10 возбуждения — с выходом генератора 5 по частоте(d . Выходная обмотка бесконтактного синусно-косинусного трансформатора 2 через, частотно-избирательный усилитель 3 соединена с информационным входом импульсного формирователя 4 репера, в составе которого содержится нуль-орган 11 со стро бированием, выход которого напрямую и через пиковый детектор 12 соединен с входами триггера 13, а выход триг3 1137 гера 13 — с входом импульсного усилителя 14. Кроме того, вход стробирования нуль-органа 11 соединен по частоте 2 Я с выходом генератора 5, а выход датчика 6 положения — с вторым входом импульсного усилителя 14, выход усилителя 14 нагружен на линию связи 8.

Формирователь геомагнитного репера работает следующим образом. !О

Генератор S возбуждает в обмотках 10 датчика 1 электрическое поле, перемагничивающее сердечники феррозандов с частотой 2. При этом в сигнальных обмотках 9 возбуждается ЭДС второй гармоники 2 Q, величина и фаза которой зависят от углового положения оси чувствительности феррозондового датчика 1 относительно магнитного меридиана. Информационный сиг- рО нал 2 у через бесконтактный синуснокосинусный трансформатор 2 и частотно-избирательный усилитель 3 поступает на информационный вход нуль-орга- на fi. Бесконтактный синусно-косинус- Zs ный трансформатор 2 работает в режиме непрерывного вращения при помощи электродвигателя 7, при этом на выходной обмотке БСКТ возникают биения сигнала частоты 2 Q с частотой д огибающей, равной частоте вращения вала бесконтактного синусно-косинусного трансформатора. Фаза огибающей

5L зависит от углового положения феррозондового датчика 1 относительно магнитного меридиана, а фаза заполняющей частоты 2 Q изменяется скачком на 180 при переходе. оси чувст О вительности системы-феррозондовый датчик — бесконтактный синусно-косинусный трансформатор через северное и южное направления магнитного меридиана, причем эти же магниты соответствуют переходу огибающей через нуль.

На вход стробирования нуль-органа 11 с генератора 5 поступает сигнал стробирования частотой 2 Q с постоянной фазой, в результате на выходе нуль-органа при переходе огибающей через нуль формируется серия прямоугольных импульсов частотой 2ц.

Так как фаза заполняющей частоты

2(,) с выхода бесконтактного синуснокосинусного трансформатора 2 изменяется на 180 через каждые 1/2 обоО рота вала, то и длительность этой серии соответствует по времени 1/2 оборота вала бесконтактного синуснокосинусного трансформатора 2. В ре191 зультате этого исключается неоднозначность определения северного направления магнитного меридиана.

В момент перехода огибающей через нуль первый из серии импульсов с выхода нуль-органа 11 заряжает (разряжает) пиковый детектор 12 и перебрасывает триггер 13, примененный с целью увеличения помехоустойчивости.

Выход триггера 13 соединен с входом импульсного усилителя 14, на выходе которого, согласованном по волновому сопротивлению с линией связи 8 (каротажный кабель), и образуется импульс геомагнитного репера определенной длительности и полярности.

Кроме того, на второй вход импульсного усилителя 14 поступает импульс от датчика 6 положения. Датчик 6 может быть любого типа, в том числе контактный, индукционный и т.д. Временной интервал между импульсом положения и импульсом магнитного репера при необходимости может быть использован в качестве величины, эквивалентной азимуту ориентации скважинного прибора.

В зависимости от конкретных требований к выходным сигналам и параметрам устройства питание электродвигателя 7 может быть организовано асинхронным или синхронным с частотой я напряжением или постоянным током.

Статистическая погрешность устройства (исключая погрешности феррозонда и бесконтактного синусно-косинусного трансформатора в случае синхронного питания электродвигателя) определяется только уровнем квантования измеряемой величины, равным отношению удвоенной частоты 2 <д питания феррозонда к частоте Я вращения бесконтактного синусно-косинусного трансформатора, а динамические погрешности пренебрежимо малы, так как определяются стабильностью порога срабатывания нуль-органа, его быстродействием и длительностью фронтов импульсов, а вышеназванные характеристики нуль-органов современной элементной базы очень высоки.

Кроме того, статическая погрешность в этом случае имеет характер систематический и может быть легко скомпенсирована и уменьшена до уровня случайной составляющей поворотом оси чувствительности системы бесконтактного синусно-косинусного тран1137191

Составитель И. Карбачинская

Редактор М. Бандура Техред Т,Фвнта

Корректор Н. Король

Заказ 10484/22 Тираж 540

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 сформатора относительно корпуса скважинного прибора.

Исключение фазового детектора с фильтрацией измерительного сигнала н передачи аналоговых величин по каротажному кабелю и применение в устройстве импульсного формирователя репера увеличивает точность отметки репера, надежность, помехоустойчивость и упрощает конструкцию.

Описываемый формирователь геомагнитного репера применен в аппаратуре скважинного акустического телевизора для привязки начала развертки изображения стенки скважины к северному направлению магнитного меридиана.

Это позволило упростить решение ряда геологической и технологических задач в бурящихся скважинах. Например, определение элементов залегания пластов производится без сложных

10 громоздких вычислений, характерных для обработки результатов измерений аппаратурой пластового накланомера

НИД-1 .