Система электропитания приборов для каротажа скважин

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам включения автономных приборов, спущенных на забой скважины. Техническим результатом изобретения является создание надежных условий для включения и функционирования импульсного преобразователя напряжения при любой длине линий связи. Система электропитания приборов для каротажа скважин содержит наземный и забойный блоки, соединенные между собой двухпроводной линией связи. В состав забойного блока входит импульсный стабилизатор напряжения, подключенный к двухпроводной линии связи. Наземный блок содержит источник напряжения и преобразователь ток - напряжение, коэффициент преобразования которого устанавливается равным сопротивлению двухпроводной линии связи. Токовый вход преобразователя ток - напряжение включен в разрыв первого провода двухпроводной линии связи. Первый выход преобразователя ток - напряжение соединен с одним из полюсов источника напряжения. Другой полюс которого соединен со вторым проводом двухпроводной линии связи. Второй выход преобразователя ток - напряжение соединен через токовый вход с первым проводом двухпроводной линии связи. 4 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам включения автономных приборов, спущенных на забой скважины.

Известна система приема и передачи сигналов управления по двухпроводной линии связи, содержащая приемное и передающее устройства, соединенные линией связи, в которой решается проблема электропитания формирователя импульсов, расположенного на передающем устройстве (см, например, а. с. N 1517140 кл. H 04 В 3/54 опубл. 1989 г.).

Недостаток этой системы заключается в том, что в ней источник питания работает с низким КПД.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является устройство передачи электропитания и информации по двухпроводной линии связи, содержащее передающий и приемный блоки, соединенные линией связи, причем передающий блок содержит блок управления и информационный блок, соединенные с преобразователем напряжения, работающего в импульсном режиме, а приемный блок содержит приемник, импульсный трансформатор и источник питания (см, например, а. с. N 1830625 кл. H 04 B 3/54 опубл. 1993 г.).

Недостаток этого устройства заключается в том, что для включения импульсного преобразователя напряжения, который работает с большим КПД, чем источник питания в предыдущей системе, нужен большой ток включения. Возникающее при этом падение напряжения на сопротивлении линии связи снижает напряжение на входе импульсного преобразователя напряжения его включение становится невозможным.

Целью изобретения является создание надежных условий для включения и функционирования импульсного преобразователя напряжения при любой длине линии связи.

Поставленная цель достигается тем, что в систему электропитания приборов для каротажа скважин, содержащую наземный и забойный блоки, соединенные между собой двухпроводной линией связи, источник напряжения для электропитания забойного блока, расположенный в наземном блоке, и импульсный стабилизатор напряжения, расположенный в забойном блоке и подключенный к двухпроводной линии связи, введен преобразователь ток - напряжение с коэффициентом преобразования, равным сопротивлению линии связи, токовый вход которого подключен в разрыв первого провода двухпроводной линии связи, первый выход преобразователя ток -напряжение соединен с одним из полюсов источника напряжения, а второй выход через токовый вход с первым проводом двухпроводной линии связи, а второй провод линии связи соединен с другим полюсом источника напряжения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема системы, на фиг. 2, 3 и 4 - вольт-амперные характеристики: F₁ = I_вх(U_вх) - входная вольт-амперная характеристика стабилизатора напряжения, F₂ = I_вых(U)_вх - выходная вольт-амперная характеристика источника напряжения, нагруженного на сопротивление линии связи, F₃ = I_вых(U_вых)- выходная вольт-амперная характеристика наземного блока, F₄ = I_вых(U_вых) - выходная вольт-амперная характеристика наземного блока, нагруженного на линию связи.

Система содержит (см. фиг. 1) наземный блок 1 и забойный блок 2, соединенные между собой линией связи 3, забойный блок 2 содержит импульсный стабилизатор 4 напряжения, наземный блок 1 содержит источник напряжения 5 и преобразователь 6 ток -напряжение с коэффициентом преобразования, равным величине сопротивления двухпроводной линии связи.

Как видно из фиг. 2, входная вольт-амперная характеристика импульсного стабилизатора 4 напряжения F₁= I_вх(U_вх) в рабочей области представляет собой гиперболу, а выходная вольт-амперная характеристика последовательно соединенных источника 5 напряжения U_о, размещенного в наземном блоке 1, и линии связи 3 с сопротивлением R, представляет собой отрезок прямой F₂ = I_вых(U_вых), наклон которой α определяется величиной R (tgR). Точки A, B и C на фиг. 2 представляют собой так называемые рабочие точки, т.е. те возможные значения I и U, при которых система из последовательно соединенных источника 5 напряжения U, линии связи 3 сопротивлением R и импульсного стабилизатора 4 напряжения может функционировать. Наличие трех рабочих точек свидетельствует о неустойчивости такой системы, а практически при таком включении система работает в точке A - на нерабочем участке вольт-амперной характеристики импульсного стабилизатора 4 напряжения, где импульсный стабилизатор 4 напряжения фактически не функционирует.

Введение в состав наземного блока преобразователя 6 ток -напряжение и включение его последовательно с источником 5 напряжения позволяет сформировать выходную вольт-амперную характеристику наземного блока в виде, представленной на фиг. 3. С увеличением тока растет выходное напряжение и таким образом может компенсироваться падение напряжения на линии связи 3. Если ΔU = ΔI·R, то увеличение напряжения полностью скомпенсирует падение напряжения на линии связи. В этом случае выходная вольт-амперная характеристика F₄ = I_вых · (U_вых) последовательно соединенных наземного блока 1 и линии связи 3 показана на фиг. 4. Система в целом имеет единственную и устойчивую рабочую точку Д и импульсный стабилизатор будет нормально функционировать при входном напряжении на нем U_о.

Устройство работает следующим образом.

Чтобы система нормально функционировала, перед началом каротажа скважины (перед спуском приборов в скважину) производится замер сопротивления линии связи, которая представляет собой, как правило, обычный каротажный кабель. После этого выставляется коэффициент преобразования тока в напряжение в блоке 6. равном величине этого сопротивления. На этом настройка системы заканчивается и можно осуществлять каротаж.

При включении наземного блока 1 ток от источника 5 (от "-") потечет через второй провод линии связи 3 к первому выводу импульсного стабилизатора 4 напряжения, со второго вывода которого и через резистор преобразователя ток - напряжение 6 пройдет к источнику напряжения 5 ("+"). С резистора блока 6 будет снято напряжение для его усиления с коэффициентом, равным сопротивлению линии связи. Величина этого напряжения будет зависеть от величины тока, протекающего по линии связи 3. Если ток будет увеличиваться, то и напряжение будет увеличиваться (см. фиг. 3). А поскольку преобразователь ток -напряжение 6 включен последовательно с блоком питания 5, то напряжение с преобразователя 6 будет складываться с напряжением источника 5 напряжения и напряжение на стабилизаторе будет постоянным, не зависящим от тока в линии связи.

Таким образом, введение в состав наземного блока преобразователя ток - напряжение, токовый вход которого включен в разрыв линии связи, а выход - последовательно с источником напряжения, и выбор коэффициента преобразователя, равным сопротивлению линии связи позволяет надежно обеспечивать качественное электропитание приборов для каротажа скважин.

Формула изобретения

Система электропитания приборов для каротажа скважин, содержащая наземный и забойный блоки, соединенные между собой двухпроводной линией связи, источник напряжения для электропитания забойного блока, расположенный в наземном блоке, и импульсный стабилизатор напряжения, расположенный в забойном блоке и подключенный к двухпроводной линии связи, отличающаяся тем, что в состав наземного блока введен преобразователь ток - напряжение с коэффициентом преобразования, равным сопротивлению связи, токовый вход которого включен в разрыв первого провода двухпроводной линии связи, первый выход преобразователя ток - напряжение соединен с одним из полюсов источника напряжения, а второй выход через токовый вход - с первым проводом двухпроводной линии связи, а второй провод двухпроводной линии связи соединен с другим полюсом источника напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4