Кабельный инклинометр

 

Изобретение относится к промысловой геофизике и позволяет повысить надежность и ускорить получение информации об искривлении глубоких скважин за счет непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информации на поверхность. В инклинометре используется блок 1 синусно-косинусных датчиков . Их выходы подключены к информационным входам коммутатора 2. Весь цикл работы делится на три одинаковых подцикла, в каждом из которых регистрируется информация от одного датч ика. Наземный блок 14 питания через каротажный кабель 11 и дроссели 12 и 13- запитывает постоянным током скважинный блок 6 питания. По сигналам таймера 4 происходит возбуждение датчиков и управление коммутатором 2 и аналого-цифровым преобразователем 5 с (Л 00 00 аг. /

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (51) 4 Е 21 В 47/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3976620/22-03 (22) 2!,08.85 (46) 15,06.87. Зюл. II 22 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Г. Н. Ковшов, Н, 4f. Рогатых и И. Б, Андреев (53) 622,242(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1139835) кл. Е 21 В 47/02, 1982.

Букреев И, Н., Мансуров Б. M. и Горячев В, И. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. M,: Советское радио, 1975, с. 368.

Авторское свидетельство СССР

1078040, кл. Е 21 В 47/02, 1982, (54) КАБЕЛЬНЫЙ ИНКЛИНОМЕТР (57) Изобретение относится к промысловой геофизике и позволяет повысить надежность и ускорить получение информации об искривлении глубоких скважин за счет непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информации на поверхность. B инклинометре используется блок 1 синусно-косинусных датчиков . Их вы.ходы подключены к информационным входам коммутатора 2. Весь цикл работы делится на три одинаковых подцикла, в каждом из которых регистри" руется информация от одного датчика.

Наземный блок 14 питания через каротажный кабель 11 и дроссели 12 и 13запитывает постоянным током скважинный блок 6 питания. По сигналам таймера 4 происходит возбуждение датчиков и управление коммутатором 2 и аналого-цифровым преобразователем 5

13171 посредством блока 3 управления. Коммутатор 2 подключает вход аналогсцифрового преобразователя 5 последовательно к Выходам одного из дат п-ков и к общему проводу схемы, Пары импульсов Ц с одного иэ,датчиков чеус IIllITeJlb 7 QIIpil.вляюT pa50TQH ключа 9. Второй ключ 10 управляется через усилитель 8 последовательна=

13 стью синхроимпуль сов О, вырабатыва емай блоком 3, Посредством RC-цепочки 15, включенной между ключами 9, 10 и блоком 14; разделяются переменная и постоянная составляющие. Полученные сигналы через компараторы 16, !

? поступают на формирователь 18 кода, где вырабатывается последователь" ность прямоугольных импульсов, 4 ил.

Изобретение относится:", промысловой геофизике и может использовать-. ся для измерения параметров искрив1.,ения скважин — магнитного азимута с-, зенитного угла О и визирного угла ц (угла установки отклонителя)„ а также для ввода измерительной инфарма-1 ции непосредственно в ЭВИ или специализированные вычислитепьные устройства. Кроме того, устройство ма " жет служить основой создания многопараметравой телеиэмерительнай системы на базе одножильпога каратажнаго кабеля.

Целью изобретения HpJIH:ITcH повы. шение надежности и у:карение получения информации аб искривлении глубоких скважин путем непрерывной регнстрации параметров ис ",ривления и передачи информации на поверхность, На фиг. 1 привецепа функциональ-- ная схема кабельного инклинометра; на фиг. ? — структурная схема формирователя кода; на фиг, 3 -- временные диаграммы, поясняющие работу усгройства; на фиг, 4 — пример Выполнечия распределителя.

Инклинометр содержит блок 1 датчикОВ угловq ВыхОды кОТОрых ПОд— ключены к информационным вхоцам коммутатора 2. блок 3 управления с тремя выходами, первый из которых сое-динен с управляющим входам коммута-тора 2, таймер 4 с тремя выходами (третий Выход не показан)„ первый из которых подклю чен к входу блока

3 управления, а второй соединен с блоком 1 датчиков утлав, аналого-цифровой преобразователь АПП/5, ин-. формационный вход которого свя ЗаEI с выходом коммутатора 2, а управляющий вход "- с вторым выходом блока 3 управления, скважинный блок 6 питания, Выход АЦП 5 и третий выход блока 3 управления подключены соотВетственна через усилители 7 и 8 к управляющим входам ключей 9 и 10, выходы которых (общая точка ключей) соединены каротажным кабелем li имеющим общий схемный провод, к которому через параллельно соединенные ключ 9 и драссель 12 и через

Второй ключ 10 подключен вход скважиннага блока 6 питания. Общая точка ключей 9 и 10 соединена каротажным кабелем 11 через второй дроссель 13

11 с наземным блоком питания 14 и чеэез RC-цепочку 15 — с общим входом кампараторон 16 и 17, выходы которых через формирователь 18 кода связаны с блоком 19 памяти °

Формирователь 18 кода (фиг, 2)

Включает в себя: триггер 20, генератор 21, распределитель 22 и реверсивные счетчики 23 и 24, 25

Назначение блока управления состоит в создании временного и пространственного распределения сигналов, необходимого для управления функциональными блоками устройства, Блок

1Я

- управления аналогично распределителю

Включает в себя последовательные сдвиговые регистры и управляемые HMH логические ключи, реализация которых известна и зависит лишь ат типа ис35 пальзуемых цифровых микросхем, Основными элементами распределителя 22 (фиг. 4) являются запускающий триггер ДД6,.1, сдвигающий регистр ДД1.1, ДД1.2, коммутатор каналов "один на

<О -,ри" ДД2 ° 1-ДД2.3, ДД5,1-ДД5.3 и формирователь импульса записи информа3 !3)7) ции в регистры блока памяти — ДД4.1—

ДЦ5, 4, В инклинометре используются синусно-косинусные датчики, обработка сигналов которых производится по 5 единым алгоритмам. Поэтому весь цикл работы инклинометра делится на три одинаковых подцикла, в каждом из которых производится регистрация информации, поступающей от одного из 10 датчиков.

Инклинометр в течение одного подцикла работает следующим образом.

Наземный блок 14 питания через каротажный кабель 11 и дроссели 12, 15

13 запитывает постоянным током скважинный блок 6 питания, представляющий собой преобразователь напряжения для питания скважинных электронных блоков. По сигналам таймера осу- 20 ществляется возбуждение датчиков и управление коммутатором 2 и АЦП 5, которое организуется посредством блока 3 управления, Коммутатор 2 подключает вход АЦП последовательно к 25 выходам одного из датчиков и к общему проводу схемы, В результате на выходе АЦП формируются пары импульсов (фиг. 2), временной интервал между которыми соответствует функциям сину-30 са, косинуса измеряемого углового параметра и смещению нуля в АЦП 5:

C — KS 1IlcC+

, = Kcos(6+700 ° (1)

Пары импульсов U через усилитель 7 управляют работой ключа 9. Второй ключ 10 управляется через усилитель

8 последовательностью синхроимпульсов U, вырабатываемой блоком 3 управления.

В исходном состоянии ключ 9 открыт, Управляющие импульсы его закрывают, что приводит к изменению величины тока, протекающего через дроссель 12, Вследствие этого в то 4ке А схемы формируются положительные импульсы с амплитудой, равной

40

50 (2) (T - i)

П = L

4 1 dC 1 где L« — индуктивность дросселя 12;

I,, ? — токи, протекающие через дроссель соответственно при от- 55 крытом и закрытом ключе 9 °

При работе ключа 10 который открывается синхроимпульсами U в точке А схемы формируются отрицатель1 4 ные импульсы с амплитудой UA, равной постоянной составляющей напряжения в точке А — U«(без учета сопротивления ключа 10 в открытом состоянии), Процессы коммутации ключей не сказываются на работе скважинного блока 6 питания, так как входной фильтр последнего гасит все кратковременные колебания напряжения.

Работа ключа 9 приводит к изменению тока в кабеле 11 в сторону уменьшения, а работа ключа 10 меняет ток в сторону увеличения ° Изменение тока в точке А ведет к аналогичному изменению тока в точке Б, которое посредством дросселя 13 трансформируется в колебания напряжения ° При этом временная диаграмма напряжения в точке Б (U ) качестS венно совпадает с диаграммой напряжения в точке А — U, Однако постоянная cañòàâëÿþùàÿ напряжения U больше, чем U„, а амплитуды U U"

6 соответствукуцих импульсов меньше,.

Посредством RC-цепочки производится разделение переменной и постоянной составляющих напряжения П., Кон.денсатор С цепочки имеет большую емкость и, не внося существенных искажений, пропускает только переменную составляющую )), которая Выделяется на нагрузочном резисторе R u представляет собой последовательность разнополярных импульсов U . С помощью компараторов !6 и 17 с порогами срабатывания U и U„ ocymествляется

16 дискретизация сигнала U на две последовательности импульсов U и П соответствующие U U . Полученные сигналы поступают в формирователь

18 кода, где с помощью триггера 20 вырабатывается последовательность прямоугольных импульсов U длительность которых соответствует (1), В распределителе 22, управляемом последовательностью U, производится заполнение временных интервалов U высокочастотными импульсами от генератора 21, которые подсчитываются реверсивными счетчиками 23 и 24, По заднему фронту первого тактового импульса подцикла (фиг ° 3, U ) триггер ДЦ6,1 приводится в состояние

"1", подготавливая цепь ДЦ3,3 ДЦ3.4 для запуска регистра (фиг ° 4) °

Уровень сигнала на выходе элемента ДДЗ ° 2 соответствует уровню логической "1", Поэтому первый широтно5

"р(с о) (3) не зависящие от смещения нуля ЛЦП и его темпера- óðíîãî.,,öðeéôà, После последнего импульса подцикла с некоторой задержкой формируется импульс, который осуществляет пере-запись информации,, содержащейся в

5 1317 модулированный импульс U открывает ключ ДД2.1, а высокочастотные импульсы от генератора 21 поступают к входу "+1" счетчика 23, Второй тактовый импульс U перебрасывает триггер ДД!.1 регистра в состояние "1". Второй широтно-модулированный импульс U, открывает ключ

ДД2.2, и импульсы от генератора 21 проходят на вход "+1" счетчика 24 ° 1О

При этом на выходе элемента ДД3.2 присутствует логическая "1", а ключ ДД2,1 закрыт.

ТреТНН так еовьпл импульс V5 уста навливает триггер ДЦ1.1 в состояние "О", благодаря чему ключ ДЦ2,3 подготавливается к работе и в течение действия третьего широ" íî-модулированного импульса пропус:кягт ня гходы "-1" счетчиков 23 24 высоко- 20 частотные импульсы, Па заднему фронту третьего широтно-модулированного импульса с некоторой задержкой, ycтянапливяемой элементами цепи R202, формирустся им- 5 пульс управления, по которому праиз- вод.=тc:B перезапись информации иэ

СЧЕТЧИКОВ 23, 24 B ргГИСтрЫ бгака памяти, Длительность .=того импульса усTGHaвливается пядям(TpeklH цгпк 3Q

КЗСЗ.

Первьпл тактовый импуль" следующего подцикля устанавливает регистр

B rпсхсдное состояние„ т.е. счетчики

ДД1,1 и ДЛ,1.2 няходятсч в состоянии

"О . Ня выходе элемента ДД3.2 воз— никягт с.пнял лагичгскаи "1". чем подготавливается к работе ключ ДД2,1, В момент появле IHFI логическои "1" на выходе ДД3,2 с помощью цепи К1С! и,;0 элемента ДДА,, по пбредцему франту сигналя фармиругTcn импульс „cтиря ющий информацию в сче тчикях 2 3 и 24, Дал=в схема работает кяк уже было описана, D счетчиках производится вычитя" ние капа„ соответствующего смещению нуля АЦП 5 ° Поэтому в конце кя;.;дога лодцикла работы инклинаметр» в сче чиках записываются коды". Я

l3 6 счетчиках, в регистры блока !9 памяти, Первый импульс следующего подцик. ла производит стирание информации в счетчиках. Таким образом, к концу цикла работы инклинометра вся измерительная информация хранится в блоке памяти. Дальнейшая обработка информации производится с помощью внешней микроЭВМ или специализированного вычислительного устройства, которые подключаются к инклинометру, в соответствии с известным алгоритмом

N са = aI. ctg - + Р, Nc

F-О при N5 ) О, N > О, о

F=180 при N5 > О, Nс < О или И 0,> 11

F=360 при 11 с0, М 0, В инклиномерте предусмотрена возможность автоматического выключения части наземного блока питания, от которой запитывается скважинный прибор, по окончанию цикла работы. Кроме того, блок памяти может быть запитан от автономного источника (комплекта аккумуляторов), что позволяет отделять его ат основной конструкции и производить обработку информации уже в вычислительнь:х центрах. Блок памяти позволяет записать и хранить информацию, полученную в течение ЗО50 циклов рабаты инклинометра.

Повьппение надежности (помехоустойчивости) передачи информации достигается.за счет простого увеличения порога срабатывания компараторов (U,, Пп на фнг. 3) до величины, значительно превышающей эффективное значение периодических и максимальное значение импульсных помех, При этом для более четкой работы компараторов мо-ó.ò быть увеличены до необхадимога значения амплитуды импульсов на их общем входе, Эта достигается за счет увеличения индуктивностн скважинного дросселя (фиг, 2) и напряжения наземного блока питания, Последнее ведет к повьппению экономичности инклинометра, вследствие уменьшения активных потерь энергии в кабеле, Формулаизабретения

1(ябельный инклинометр, содержащий блок датчиков углов, подключенных к информационным входам коммутатора, выход которого связан с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, таймер с тремя выходами, один из которых подключен к входу блока управления с тремя выходами, первый из которых соединен с управляющим входом коммутатора, скважинный блок питания и блок памяти, отличающийся тем, что, с целью повьппения надеж- 10 ности и ускорения получения информа .ции об искривлении глубоких скважин эа счет непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информации на поверхность, он снабжен f5 усилителями, двумя ключами, двумя дросселями, одножильным каротажным кабелем с общим схемным проводом, наземным блоком питания, RC-цепочкой, двумя компараторами и формирователем кода, при этом второй выход таймера соединен с блоком датчиков, второй выход блока управления — с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, а вход скважинного блока питания через параллельно соединенные ключ и дроссель и через второй ключ подключен к общему проводу схемы, причем выход аналого-цифрового преобразователя и третий выход блока управления подключены через усилители к управляющим входам ключей, выходы которых соединены каротажным кабелем через. второй дроссель с наземным блоком питания и через RC-цепочку с общим входом компараторов, выходы которых через формирователь кода связаны с блоком памяти.

13!7113

Ч) ь о

ВНИИПИ Заказ 2400/28 Тираж 532 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Пр,:ектная, 4