Феррозондовый преобразователь угла наклона скважины

 

Изобретение относится к промысловой геофизике и позволяет повысить точность определения угла наклона скважины за счет уменьшения погрешности от нелинейности преобразования. Сущность: преобразователь снабжен жестко закрепленными в корпусе двумя дополнительными взаимно перпендикулярными катушками индуктивности, магнитные оси которых расположены под углом 45° относительно магнитных осей основных катушек и размещены с ними в одной плоскости. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ви» ыжю0 м

Щ)5 E 21 В47 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ CHHT СССР

1 (21) 4486551 /23-03 (22) 26.09.88 (46) 23.07.90. Бюл, N 27 (71) Днепропетровский инженерностроительный институт (72) Г.Н. Ковшов, 10.Н. Кочемасов и И,Ф. Бабенко (53) 622.241.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹- 1092270, кл. Е 21 В 47/02, 1982

Авторское свидетельство СССР .¹ 1199917, кл. Е 21 В 47/02, 1984.

2 (54) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УГЛА НАКЛОНА СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к промысловой геофизике и позволяет повысить точность определения. угла наклона скважины за счет уменьшения погрешности от нелинейности преобразования. Преобразователь (П) содержит корпус 1, в котором установлены наружная рамка 2 и внутренняя рамка 3 на которой размещен феррозонд (Ф) 6.

1579990

В корпусе 1 жестко закреплены две основные взаимно перпендикулярные катушки (К) 7,8 индуктивности и две дополнительные К 9, 10. Магнитные оси .".. . 7,8 расположены под углом 45 к оси Ф 6. Магнитные оси К 9, 10 расположены под углом 45 к магнитным осям К 7,8 и размещены с ними в одной плоскости. В состав П входят также усилители Il 24 мощности, полосовые фильтры 12, 15, делитель 13 частоты, генератор 14, фазовые детекторы 16, 19, интеграторы 17, 20, разделительный конденсатор 18. Кроме тоЪ

Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для определения угла наклона искривленной скважины. 25

Цель изобретения — повышение точности измерения угла наклона за счет уменьшения погрешности от нелинейности преобразования, На чертеже приведена структурная схема феррозондового -преобразователя

1 угла наклсна скважины.

Феррозондовый преобразователь содержит корпус 1 и установленные в нем наружную 2 и внутреннюю 3 рамки, .составляющие карданный подвес. На ражах 2 и 3 закреплены маятники 4 и 5. На внутренней рамке З.в ее плоскости и перпендикулярно ее оси вращения размещен феррозонд 6, В корпусе 1 в его пазах (не показаны) жестко закреплены две взаимно перпендикулярные основные катушки 7 и 8 индук-, тивности, магнитные оси которых расположены под углом 45 относительно о оси чувствителъности феррозонда 6.

Кроме того, в корпусе 1 также в пазах жестко закреплены две взаимно перпендикулярные дополнительные катушки 9 и 10 индуктивности, магнит50 ные оси которых расположены под углом

45 относительно магнитных осей основных катушек 7 и 8 и размещены с, ними в одной плоскости. Таким образом, магнитные оси катушек 7-10 раса 55 положены под углом 45 по отношению одна .к другой, а магнитная ось одной из этих катушек всегда совпадает с осью чувствительности феррозонда 6 го, П содержит компаратор 21, анало-. го-цифровой преобразователь 2?, све-. тодиодные индикаторы 23,.коммутатор 1

25 и блок 26 индикации сектора измерений. С выхода делителя 13 через усилитель 24 низкочастотный ток паол чередно подается в К 7-10, возбуждая в них переменное магнитное поле, про-.. екция вектора которого на ось Ф 6 пропорциональна синусу угла наклона скважины. Напряжение на выходе интегратора 20 прямо пропорционально углу наклона, величину которого считывают с индикаторов 23. 1 ил.

I при наклонах на угол равный К 4 где K = 0 1, 2, 3 — номер катушки

Обмотка возбуждения феррозонда 6 подключена к выходу первого усилителя 11 мощности, вход которого соединен через паласовой фильтр 12 с первым .выходом делителя 13 частоты..

Вход последнего подключен к выходу генератора 14. Сигнальная обмотка феррозонда 6 подключена через полосовой фильтр 15, первый фазовый детектор 16, первый интегратор 17, разделительный конденсатор 18, второй фазовый детектор 19, второй интегратор

20, компаратор 21, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 22 к входу светодиодных индикаторов 23, кроме этого, выход второго интегратора 20 непосредственно соединен с входом

АЦП 22. Второй выход делителя частоты 13 подключен к тактирующему входу первого фазового детектора 16. Третий выход делителя 1-3 частоты подключен к тактирующему входу второго фазового детектора 19 и к входу второго усилителя. 24 мощности, а четвертый выход подключен к управляющим входам коммутатора 25. Выход второго усилителя 24 мощности подключен че-.. рез коммутатор 25 к катушкам индуктивности. 7-10 и к входу блока 26 индикации сектора измерений.

Преобразователь работает следующим образом.

В наклонной скважине под действием маятника 4 наружная ража 2, поворачиваясь, устанавливает осъ враще1579990 ния внутренней рамки 3 перпендикулярно плоскости наклона скважины, При этом ппоскость внутренней рамки 3, на которой закреплен феррозонд

6, с помощью маятника 5 сохраняет горизонтальное положение. Основные

7 и 8 и дополнительные 9 и 10 катушки индуктивности жестко закрепленные с корпусом 1, изменяют свое .по- 10 ложение относительно оси чувствительности феррозонда 6 пропорционально синусу угла наклона скважины, sin x " х.

Как видно из выражения (2), выходное напряжение прямо пропорционально измеряемому углу. 0

= — — = 45

2п

Б = К Н sin(8 -" k(3) С выхода делителя 13 частоты через второй усилитель 24 мощности низкочастотный ток с частотой Йр поочередно подается в катушки 7-10 индуктивности, в которых создается переменное магнитное поле, проекция вектора которого на ось чувствительности феррозонда 6 пропорциональна синусу угла наклона скважины.

Высокочастотное напряжение с генератора 14 через делитель 13 частоты, полосовой фильтр 12, первый усилитель 11 мощности питает феррозонд с частотой f » Йр. Выделение второй гармоники выходного сигнала осуществляется полосовым фильтром 15. Детектирование осуществляется первым фазовым детектором 16 тактируемой частотой 2f, Пульсирующее модулированной частотой f„ напряжение сглаживается первым интегратором 17. Постоянная времени последнего выбирается такой, что происходит сглаживание высокочастотного напряжения второй гармоники., но в то же время не подавляется низкочастотное напряжение с част тотой fн. Затем пульсирующее напряжение с выхода первого интегратора 17 подается через разделительныи кондеФсатор 18, второй фазовый детектор 19, тактируемый низкочастотным напряжени-. ем, на второй интегратор 20, на выхо-., де которого устанавливается постоянное напряжение где К вЂ” константа преобразования, за.висящая от конструкции датчика, параметров тракта преобразования сигнала, числа витков катушек;

Н --напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой;

6 — угол наклона; номер катушки индуктивности;

p — угол между катушками индуктивности.

Рассмотрим такое соотношение 8 и при котором выполняется условие

Выберем значение х таким, чтобы выполнялось соотношение:

В этом случае, выражение (1) можно переписать как

Uk = К Н /8 — kp/. (2) Выходной сигнал U далее подается через АЦП 22 на вход индикаторов 23 и на вход компаратора 21, имеющего опорные напряжения -U рр и +Пор . Зти напряжения равны по величине напряжению, снимаемому с выхода второго интегратора 20 при отклонении вектора напряженности магнитного поля

k-й катушки индуктивности от оси чувствительности феррозонда соответственно на углы -I>/2 и + p /2.

Если выходное напряжение лежит в пРеделах -Бр„6 У 1: (+ U р, то включается компаратор 21, выход которого разрешает работу АЦП 22, В рассматриваемом случае имеют четыре катушки индуктивности, следовательно, угол о определяется из соот- . ношения где п —, количество катушек индуктивности

Погрешность измерения, обусловленная аппроксимацией функции sin(/2 прямой линией, равна

ЛО = P /2 — sin p/2 = р/8

/ ! и

sin tt /8 34 23 .

Задаваясь погрешностью 68, можно, определить необходимое количество катушек индуктивности, Блок 26 индикации сектора измерений представляют собой п светодиодов и особенностей не имеет. щее алгоритм определения арктангенса от результата операции деления одного сигнала на другой.

Фо р мул а из о б р е т е ни я

Составитель А, Цветков

Редактор М Бланар Техред Л. Сердюкова Корректор M. Шароши

Заказ 1994 Тираж 487 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "11атент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Индикатор 23 представляет собой блок семисегментных светодиодных 10 матриц;MUI« 22 может быть выполнен на микросхеме К572ПВ2, Предлагаемый преобразователь обладает по сравнению с известным повышенной точностью измерения за счет 15 устранения "эоны нечувствительности" простотой конструкции, за счет исключения вычислительного устройства.

При увеличении числа дополнительных катушек до четырех или шести, что не представляет больших трудностей, погрешность от;нелинейности аппрок-! симации может быть уменьшена до 10—

4 . Введенные дополнительные элеменI ты являются стандартными и незначительно усложняют схему преобразования и при этом позволяют исключить вычислительное устройство, выполняюФеррозондовый преобразователь yr" ла наклона скважины, содержащий корпус и установленные в нем наружную и внутреннюю рамки, феррозонд, размещенный на внутренней рамке, две жест;. ко закрепленные в корпусе взаимно перпендикулярные основные катушки индуктивности, магнитные оси которьгх расположены под углом 45О относительно оси чувствительности феррозонда, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения угла наклона за счет уменьшения погрешности от нелинейности преобразования, он снабжен жестко закрепленными в корпусе двумя дополнительными взаимно перпендикулярными катушками индуктивности, магнитные оси которь1х распо.ложены под углом 45 относительно магнитных осей основных катушек и размещены с ними в одной плоскости.