Устройство для контроля зенитных углов и положения отклонителя в скважине

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗЕНИТНЫХ УГЛОВ И ПОЛОЖЕНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ, ;;одержащее два ортогональных маятника, расположенных в корпусе, на осях вращения которых установлены основные синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено двумя дополнительными синусно-косинусными вращающимися трансформаторами, генератором возбуждения, коммутатором, блоком выделения знака, аналого-цифровым преобразователем , блоком формирования результирующего кода, наземным блоком обработки информации , блоком управления коммутатором и регулировочными резисторами, при этом дополнительные синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы расположены на осях вращения маятников, а углы между электрическими осями нулевого положения основных и дополнительных синусно-косинусных вращающихся трансформаторов равны 45°, причем выход генератора возбуждения соединен с роторными обмотками синусно-косннусных вращающихся трансформаторов, статорные обмотки которых связаны с информационными входами коммутатора, синусные обмотки статоров основных сннусно-косинусных вращающихся трансформаторов подключены к входам блока вьщеления знака, выход которого соединен с входом блока управления коммутатором, а один из выходов бло (Л ка управления подключен к управляющему входу коммутатора, а другой его выход - к первому входу блока формирования результирующего кода, выход коммутатора через аналого-цифровой преобразователь связан с вторым входом блока формирования результирующего кода, выход которого соеСП Сл динен с наземным блоком обработки информации , а регулировочные резисторы включе ны в цепь возбуждения дополнительных со со синусно-косинусных вращающихся трансформаторов .

„„SU „„1155?33 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(э11 Е 21 В 47 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3622264/22-03 (22) 14.07.83 (46) 15.05.85. Бюл. 11 18 (72) Г. Н. Ковшов, Г. В. Миловзоров и P. А. Султанаев (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (53) 622,243.7 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И 285860, кл. Е 21 В 47/02, 1967., 2. Авторское свидетельство СССР

У 933968, кл. E 21 В 47/022, 1980 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ЗЛЯ КОНТРОЛЯ

ЗЕНИТНЫХ УГЛОВ И ПОЛОЖЕНИЯ ОТ—

КЛОНИТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ, одержашее два ортогональных маятника, расположенных в корпусе, на осях вращения которых установлены основные синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено двумя дополнительными синусно-косинусными вращающимися трансформаторами, генератором возбуждения, коммутатором, блоком выделения знака, аналого-цифровым преобразователем, блоком формирования результирующего кода, наземным блоком обработки информации, блоком управления коммутатором и регулировочными резисторами,при этом дополнительные синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы расположены на осях вращения маятников, а утлы между электрическими осями нулевого положения основных и дополнительных синусно-косинусных вращающихся трансформаторов равны 45, причем выход генератора возбуждения соединен с роторными обмотками синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, статорные обмотки которых связаны с информационными входами коммутатора, синусные обмотки статоров основных синусно-косинусных вращающихся трансформаторов подключе ны к входам блока вьщеления знака, выход которого соединен с входом блока управления коммутатором, а один из выходов блока управления подключен к управляющему входу коммутатора, а другой его выход— к первому входу блока формирования результирующего кода, выход коммутатора через аналого-цифровой преобразователь связан с вторым входом блока формирования результирующего кода, выход которого соединен с наземным блоком обработки информации, а регулировочные резисторы включены в цепь возбуждения дополнительных синусно-косинусных вращающихся трансформаторов.

1155733

Изобретение относится к области бурени1 и может быть использовано при определении пространственной ориентации ствола скважины.

Известно устройство для контроля комплекса параметров траектории сь.важины и направления отклонителя, содержащее синусно-косинусные врашающиеся трансформаторы (СКВТ), обмотки которых связаны с цилиндрическими обмотками, расположенными на оси подвижной системы чувствительного элемента и в корпусе устройства (1).

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения, обусловленная 15 влиянием температуры на СКВТ,и бесконтактные индуктивные токосъемы (цилиндрические обмотки).

Известно также устройство для определения зенитного и визирного угла в сква- 2О жине, содержащее два ортогональных маятника, расположеннь1х в корпусе, на осях вращения которых установлены основные синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы. В этом устройстве в алгоритмы оп- 25 ределения искомых углов входят тангенсы углов поворота ортогональных маятников, что позволяет при взятии отношений двух сигналов с каждого СКВТ (синусов и косинусов) устранить дополнительные погреш- ЗП ности, обусловленные влиянием дестабилизирующих факторов (вариации температуры, частоты и амплитуды напряжения возбуждения и т,д.) (2).

Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная основной систематической составляющей погрешности, поскольку статистические характеристики

СКВТ как функционального преобразователя являются нелинейными и сигналы с них 411 имеют низкую чувствительность: с косинусных обмоток в диапазонах углов поворота

0-45 и с синусных 45 — 90 .

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет уменьшения систематической составляющей погрешности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля зенитных углов и положения отклонителя в скважине, содержащее два ортогональных маятника, расположенных в корпусе, на осях вращения которых установлены основные синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, снабжено двумя дополнительными синуснокосинусными вращающимися трансформато- у рамн, генератором возбуждения, коммутатором, блоком выделения знака, аналого-цифровым преобразователем, блоком формирования результирующего кода, наземным бло ком обработки информации, блоком управления коммутатором и регулировочными резисторами, при этом дополнительные синусно-косинусные вращаюшиеся трансформаторы расположены на осях вращения маятников, а углы между электрическими осями нулевого положения основных и дополнительных синусно-косинусных вращающихся трансформао торов равны 45, причем выход генератора возбуждения соединен с роторными обмотками синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, статорные обмотки которых связаны с информационными входами коммутатора, синусные обмотки статоров основных синусно-косинусных вращающихся трансформаторов подключены к входам блока выделения знака, выход которого соединен с входом блока управления коммутатором, а один из выходов блока управления подключен к управляющему входу коммутатора, а другой его выход — к первому входу блока формирования результирующего кода, выход коммутатора через аналого- цифровой преобразователь связан с вторым входом блока формирования результирующего кода, выход которого соединен с наземным блоком обработки информации, а регулировочные резисторы включены в цепь возбуждения дополнительных синусно-косинусных вращающихся трансформаторов.

На фиг. l представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — статистические характеристики СКВТ.

Устройство содержит корпус 1, два ортогональных маятника 2 и 3, основные СКВТ

4 и 5, дополнительные СКВТ 6 и 7, генератор возбуждения 8, коммутатор 9, блок выделения знака (БВЗ) 10, блок управления коммутатором (БУК) 11, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, блок формирования результирующего кода (БФРК) 13, наземный блок обработки информации 14 и регулировочные резисторы 15 и 16.

Регулировочные резисторы 15 и 16 служат для масштабирования статистических характеристик дополнительных СКВТ 6 и 7 по отношению к основным СКВТ 4 и 5.

Наземный блок обработки информации

14 предназначен для регистрации выходных кодов,Ы; с выхода БФРК 13, Конкретное его использование зависит от способа инклинометрирования скважины и исполнения скважинной части геофизической аппаратуры, в состав которой может входить данное устройство, Для варианта с кабельным или каким-либо другим каналом оперативной связи (гальваническим, гидравлическим

1155733

СКВТ 4- и .=0;

CKBT 6 — U = Uс = — U

СКВТ 5 — U o;

СКВТ 7 =u5=U = — u

54 С4 где Ll — сигнал с синусных обмоток

СКВТ;

LIc,, .— сигналы с косинусных обмоток;

11 — максимальное значение сигналов.

При отклонении корпуса от вертикали на угол 8 и повороте вокруг собственной оси на угол ч1 (если корпус устройства жестко связан с отклонителем, то угол установки отклонителя бурового инструмента) маятники, ориентируясь по вектору ускорения свободного падения, поворачиваются относительно своего начального положения на некоторые углы р и

При этом роторы СКВТ 4 — 7 поворачиваются относительно статоров и сигналы с их выходов имеют следующую связь с углами и в (фиг. 2):

О = 51li p V =Сов(ф + 45 );

U =5in(P„ e5 );

5 2

0 =Si (P +45 ); (1с = ccoos(p,-

В процессе измерения этих сигналов происходит анализ знака сигналов U, и U,,и автоматический выбор сигналов 05 (или

Uc ) H 0 э 4 (mH ac ), т.e. c rHazoB, и т.д,) наземный блок включает в себя устройство приема скважинной информации, ее регистрации, обработки и отображения.

Зля варианта автономного исполнения предлагаемого устройства (например, для автономного инклинометра сбрасываемого типа) с дискретной регистрацией инклинометрической информации наземный блок 14 включает в себя дополнительно блок интерфейса и блок управления перезаписи кодов из

БФРК-13 в оперативный -запоминающий блок. В обоих вариантах все блоки и устройства наземного блока 14, а также их связи известны, являются унифицированйыми.

Работа устройства заключается в следующем.

Роторные обмотки СКВТ 4 — 7 залитываются синусоидальным напряжением от генератора возбуждения 8. При вертикальном

О положении корпуса (зепитный угол 8=0 ) сигналы со статорных обмоток СКВТ имеют следующие обозначения:

Обработка информации в наземном блоке

50 14 осуществляется в следующем порядке.

Если U >О и 0> ) О, то берутся отно1 шения

1

С2

Если 0 (О, 0 (О, то берутся отполз шения статистические характеристики которых в конк, ретных диапазонах имеют наибольшую крути." ну.

Цикл измерения включает в себя четыре такта. В первом по логическим командам БУК 11 коммутатор 9 подключает синусную обмотку CKBT 4 на вход АЦП 12, в котором сигнал, пропорциональный синусу утла поворота первого маятника, пре10 образуется в цифровой код. БВЗ 10 и

БУК 11 отрабатывают управляющие воздействия на управляющий вход БФРК 13, в котором формируется результирующий код сигнала в СКВТ 4, включающий в себя информативные разряды e1 - 8х, разряды знака 0 „ и разряды „- ь „ч, по которым- данный код распознается при обработке информации, Например, если в разряде &к „содержится "0", то это означает, что код имеет отрицательный знак, если "1", то положительный.

Если в разрядах !1« — @„„4 содержится код

001, то это означает, что данный информационный код пропорционален сигналу с синусной обмотки СКВТ 4, если содержится код

011, то информационный код пропорционален сигналу с синусной обмотки СКВТ 6 и т.д.

Во втором такте БВЗ 10 распознается знак сигнала с выхода СКВТ 4. Если этот сигнал положителен, то БУК 11 отрабатывает команды на управляющий вход коммутатора 9, который подключает косинусную обмотку статора СКВТ 6 на вход АЦП 12. Если этот сигнал отрицателем, то коммутатор 9 подключает синусную обмотку статора СКВТ 6 на вход АЦП 12. Одновременно в БФРК 13 формируется распознавательный код и код знака. Результатом второго такта является информативный код, формируемый в БФРК

13, пропорциональныи сигналу 0 (или

u„), Аналогично в третьем и четвертом тактах в БФРК 13 формируются коды, пропорцио0 зэ N Ц 54 (NJIH Uc ). с4

Результирующие коды &; далее записываются в оперативное запоминающее устройство или передаются в наземный блок 14 по каналу связи.

1155733

О "Sз

8, 11 з (» знаки (+) и (— ) соответствуют положительным или отрицательным сигналам

1 и Цв

Лналйэируются диапазоны углов р и

/3» по знакам сигналов U q и 0 э ч

Искомые углы определяются в вычислителе наземного блока 14 в каждом диапазоне углов р„и р по обобщенным алгоритмам

) 9 Агс1

Определяются тангенсы углов поворота маятников

Таким образом, в процессе измерения происходит автоматический выбор и опрос сигналов статорных обмоток СКВТ, статистические характеристики которых в данных

5 диапазонах имеют наибольшую крутизну.

Изобретение по сравнению с базовым объектом обладает повышенной точностью измерения, достигаемой тем, что в устройство дополнительно введены два СКВТ

10 (СКВТ 6 и СКВТ 7), причем с основных

СКВТ (СКВТ 4 и СКВТ 5) опрашиваются синусные обмотки статоров, а с дополнительно введенных — сигналы, статистические характеристики которых в данных диапазо15 нах углов поворота маятников имеют наибольшую крутизну; кроме того, выбор сигналов с дополнительных СКВТ и формирование результирующих кодов осуществляется автоматически; анализ знаков сигналов эр с основных СКВТ и формирование кода знака и распознавательного кода осуществляется также автоМатически и исключает регистрацию избыточной информации, по распознавательному коду в вычислителе наземного блока происходит автоматический выбор алгоритма вычисления искомых углов.

Повышение точности измерения за счет уменьшения систематической составляющей погрешности обуславливает экономический эффект от применений устройства.

1155733

4,2 Фиг. 2

Составитель И. Карбачинская

Техред С.Мигунова Корректор. В. Бутяга

Редактор О. Колесникова

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3066/29 Тираж 540

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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