Устройство для определения координат траектории скважины

 

(«)909 145

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик %X,, » j:þÔ .-.

/» г

:-гФ

Ф (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 070780 (21) 2952527/22-03 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликоваано 2802.82, Бюллетень ¹ 8

Р М g> з

Е 21 В 47/022

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 622 ° 241 (088.8) Дата опубликования описания 09.09.82

А. М. Мелик-Шахназаров, В. Г. Фролов, А.Н. Рыбаков и В. Х. Исаченко

t .

Московский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудово о

Красного Знамени институт нефтехимическсзй,и Газовой :. промышленности им, И.М.Губкина (72) Авторы изобретения (71) За яв и тель (5 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ

ТРАЕКТОРИИ СКВАЖИНЫ где

Изобретение относится к бурению скважин, в частности наклонно-направленному бурению.

Известно устройство для определения координат траектории скважины, содержащее инклинометрические датчики, выходы которых подключены к регистратору, на котором фиксируется азимут, зенитный угол и наклонная глубина в виде непрерывных кривых111.

Недостаток этого устройства заключается в том, что для определения .координат траектории скважины необходимо полученную графическую информа-. цию пересчитать вручную, что является трудоемким н длительным процессом.

При э ом возникают значительнеае погрешн сти, связанные с ручной обработк данных. Наиболее близким к предлагаемому являЕтся устройство для определения координат траектории скважины, содержащее блок синусно-косинусного пре.образователя, блок умножения, соответствующие выходы которого.подключены к первым входам накапливающих сумматоров координат $2J .

В данном устройстве происходит вычисление приращений координат в моменты времени, соответствующие заданному интервалу дискретизации по глубине д S. Вычисление приращений декартовых координат происходит по сост ношениям: дХ„. = д 5 sin X ° в!пЯ; ду, = д S ° sin ь .„ceqg;е. ду„- д с ° cos a сс „ — зенитный угол, азимут в i-той точке траектории скважины.

Полученные приращения..координат суммируются на соответствующих накапливающих сумматорах; в результате чего на нх выходах получаются значения координат, которые могут быть зафиксированы на цифровом регистраторе1 к и к („= .. дх ) ("-Е Y), »; =2:. Ь7

1=4 1е1

К недостаткам этого устройства следует отнести реализацию тригонометрических зависимостей на синусно-косинусных вращакицихся трансформаторах (СКВТ), которые являются прецезионными дорогостоящими механическими эле.. ментами со сложными кинематическими ,связями. Вращающиеся трансформаторы

909145 схема блока формирования знаков приращения координат, Устройство содержит регистр 1 зенитного угла, регистр 2 аэииута, регистр 3 интервала дискретизации, первый коммутатор 4, блок 5 преобразования кода, блок 6 синусно-косинусного преобразователя, второй коммутатор 7, блок 8 умножения, накапливающий сумматор 9 координаты Х, накапливающий сумматор 10 координаты У, накапливающий сумматор 11 координат 2, блок 12 формирования знаков приращения координат, первый умножитель 13, второй мент И 22,элемент И 23,элемент ИЛИ 24, полусумматор 25, триггер 26 знака sin с ., триггер 27 знака sin/3 триггер 28 знака cos P,элемент И 29, элемент И 30, триггер 31 знака координаты Х, триггер 32 знака координаты У, триггер 33 знака координаа значения кодов с инклинометрических датчиков заносятся соответственно в регистр 4 зенитного угла 1 и азимута 2 (фиг. 1) .

Регистры зенитного угла 1 и азимута 2 п-разрядные. Содержимое младших разрядов а о - à n - a> соответствует 90, разряд а 180

Вычисление функциональных зависимостей sin u cos производится только для значений углов 0-90, которые представлены младшими разрядами а а„ = А. Значения старших разрядов используются для формироваяия знаков приращения координат и управления работой реверсивного счетчика блока 5 преобразования кода.

Команда на сложение подается с выхода схемы ИЛИ 21 при условии совпадения логических единиц либо на входах схемы И 19, либо на входах схемы И 20.

Команда на вычитание подается с выхода схемы ИЛИ 24 при условии совпадения логических единиц либо на входах схемы И 22, либо на входах схемы И 23. Сигналы "Вычисление sin", "Вычисление cos". могут быть либо требуют точного электрического сопряжения обмоток и имеют неконтролируемый уход параметров во время эксплуатаЦии (31 .

Вследствие вышеуказанного СКВТ обладают недостаточной надежностью, точностью и быстродействием преобразования. Время преобразования важно для разрабатываемых инклинометров с непрерывной регистрацией при малых шагах измерений. 10

Кроме того, наличие двух функциональных преобразователей (синусного и косинусного) в блоке синусно-косинусного преобразователя усложняет умно>китель 14, третий умножитель 15, устройство и, следовательно, уменьша-1$ четвертый умножитель 16, регистр 17, ет надежность его работы. элемент HE 18, элемент H 19, элемент И 20, элемент ИЛИ 21, элеЦель изобретения — повышение надежности определения координат траек тории скважины путем применения одно- 2() го синусно-функционального преобразователя.

Для достижения указанной цели устройство снабжено регистром зенит— ного угла, регистром азимута, регист- 5 ты ром интервала дискретизации, двумя Устройство работает следующим коммутаторами, блоком преобразования образом. кода и блоком формирования знаков при- В моменты времени, когда счетчик ращения координат, причем выходы ре- проходки отсчитает заданный интервал гистра зенитного угла и регистра ази- дискретизации по глубине 4 S, код мута соединены соответственно с пер- интервала дискретизации заносится вым и вторым входами первого коммута- в регистр Зинтервала дискретизации, тора, первые выходы которого подключены к информационным входам блока преобраэов.ания кода, выход которого соединен со входом блока синусно-косинус- 5 ного преобразователя, управляющий вход — со вторым выходом первого коммутатора и входом блока формирования знаков приращения координат, другой вход которого подключен к третьему 40 выходу первого коммутатора, а выходы — ко вторым входам накапливающих сумматоров координат, выходы регистра интервала дискретизации связаны с первым входом блока умножения, вто- 45 рые входы которого подключены к выходам второго коммутатора, вход которого соединен с выходом блока синуснокосинусного преобразователя.

Кроме того, блок умножения содержит первый, второй, третий и четвертый умножители и регистр, причем первые входы умножителей являются вторыми входами блока, первый вход блока является hTopMM входом третьего умножителя и вторым входом четвертого умножителя, выход которого через региСтр подключен ко вторым входам пер— вого и второго умножителя, выходы первого, второго и третьего умножите- логической единицей, либо логическим лей являются выходами блока. нулем.

На фиг. 1 показана блок-схема В устройстве применяется один . предлагаемого устройства) на фиг. 2- вид функционального преобразователя логическая схема управления работой синусный преобразователь, что позвореверсивного счетчика блока преобра- ляет сократить число функциональных зования кода, на фиг. 3 — логическая 65 элементов.

909145

1О

Знак sin a„ (1 соответствует отрицательному знаку, 0 — положительному знаку функции), знак cos — логическим уравнением сложения по модулю дна.

2соэ = а и (®.ап-»

В первой четверти результат сложения Q, но второй 1, в третьей 1, в четвертой О. Единица соответствует отрицательному знаку функции, ноль — положительному.

Первый такт работы устройства включает в себя вычисление siп а; и запоминание произведения дS sinK в регистре 17 блока 8 умножения.

Младщие разряды а - а „ регист- 15 ра 1 зенитного угла, через первый коммутатор 4 поступают на информационные входы блока 5 преобразования кода а на управлякщий вход блока поступает разряд ап » . Одновременно разряды à > и a „ » кода регистра 1 зенитного угла подаются на входы бло- ка формирования знаков приращения координат. В блоке 5 преобразования кода, представляющем собой .реверсив1ный счетчик со схемой управления, происходит преобразование параллельного двоичного кода в число-импульсный, причем работа счетчика на сложение или на вычитание определяется значением разряда а д» (фиг. 2 ) .

С выхода блока 5 преобразования кода число-импульсный код поступает на вход блока 6 синусно-косинусного преобразователя, который представляет собой управляемый делитель частоты, реализующий кусочно-ступенчатую аппроксимацию функции s7n х 14 .

С выхода блока б синусно-косинусного преобразователя число-импульсный код через второй коммутатор 7 4О поступает на соответстнующий второй вход блока 8 умножителя, т. е. на первый вход четвертого умножителя 16 блока 8 умножения. Блок 8 умножения состоит иэ четырех умножителей и ре- 45 гистра. Умножители представляют собой счетчики с переменным коэффициентом деления (двоичные умножители)., на первые входы которых поступает число-импульсный код, а на вторые 5О входы — параллельный двоичный код.

На второй вход четвертого умножителя 16 подается код иэ регистра 3 интервала дискретизации. Результат умножения д S siп g, заносится в ре— гистр 17 блока 8 умножения.

Второй такт работы устройства включает в себя вычисление соэ са и приращения координаты Ь 2 .

При этом выход блока б синуснокосинусного преобразователя подключается через второй коммутатор на соответствукщий второй вход блока 8 умножения, т.е. на первый вход третьего умножителя 15, на второй вход которого поступает код с регистра 3 интервала дискретизации. С выхода третьего умножителя число-импульсный код поступает на первый вход накаплинакщего сумматора 11 координат 2,.

Третий такт работы устойства включает в себя вычисление sing и приращение координаты д Х.

Параллельный двоичный код иэ регистра 2 азимута через первый коммутатор 4 подается на информационные нходы блока 5 преобразования кода, причем разряды а и а,„ подключаются аналогично опйсанному выме. С выхода блока б синусно-косинусного. преобразователя число-импульсный код через второй коммутатор 7 подается на соответствукнций второй вход блока 8 умножения, т.е. на первый вход первого умножителя 13, на второй вход которого поступает код с регистра 17 блока 8 умножения. С выхода первого умножителя число- импульсный код выдается на первый вход накапливающего сумматора 9 координаты Х.

Четвертый такт работы включает в себя вычисление cos p и приращение координаты ду.. Преобразование кодон происходит аналогично.

Таким образом, накапливающие сумматоры 9, 10 и 11 координат, отоб— ражают положение оси скважины в декартовой системе координат.

В случае перемены знака приращения какой-либо иэ координат блок 12 формирования знаков приращения координат по входу 2 переключает накапливающий сумматор соответствующей координаты иэ режима суммирования в Режим вычитания.

Блок 12 формирования знаков приращения координат работает следукщим образом (фиг. 3) .

В первом такте работы устройства на триггере 26 знака s inс запоминается знак функции sinpc. в зависимости от разряда а . Триггер устанавливается в единицу, если знак функции положителен, в ноль — если знак функции отрицателен. Во втором такте на триггере 33 запоминается значение знака cos X в зависимости от результата сложения по модулю дна в полусумматоре 25 разрядов а„ и а »

Значение единицы 1 на прямом вйходе триггера 33 соответствует режиму сложения в накапливающем сумматоре коор динаты 2, значение единицы на инверсном выходе триггера 33 соответствует режиму вычитания координаты 2.

В третьем такте работы триггер 27 знака sin,P запоминает значение знака функции s in/ . На схеме И 29 происходит логическое умножение, в результате чего триггер 31 знака координаты Х устанавливается н единицу;в если произведение sin LC sinÄ положительно, либо в ноль, если оно отрицательно. Триггер 31 управляет режи909145 мом работы накапливающего сумлатора 9 координаты Х. Единица на прямом выходе триггера 31 соответствует режиму сложения, на инверсном — режиму вычитания.

В четвертом такте работы устройства на триггере 28 знака сбь/Рэапоминается знак функции cos P в зависимости от результата сложения по модулю два в полусумматоре 25. На схеме И 30 происходит логическое умно- 10 жение, в результате чего триггер 32 знака координаты У устанавливается в единицу, если произведение sin ф6 х

x cost| положительно, и в ноль, если оно отрицательно. Триггер. 32 управ- 15 ляет режимом работы накапливающего сумматора 10 координаты У. Единица на прямом выходе триггера 32 соответствует режиму сложения, на инверсном — режиму вычитания. 20

Применение предлагаемого устройства позволит повысить надежность определения параметров траектории скважины и создаст удобства в работе оператора. 23

Формула изобретения

1.устройство для определения координат траектории скважины, содержащее блок синусно-косинусного преобразователя, блок умножения, выходы которого подключены к первым входам накапливающих сумматоров координат, io т л и ч а ю щ е е с я тем,, что, с целью повышения точности и надежности работы устройства, оно снабжено регистром зенитного угла, регистром азимута, регистром интервала дискретизации, двумя коммутаторами, 40 блоком преобразования кода и блоком формирования знаков приращения координат, причем выходы регистра зенит- ного угла .и регистра азимута соединены соответственно с первьжи и вторыми 4$

"входами первого коммутатора, первые выходы которого подключены к информационным входам блока преобразования кода, выход которого соединен со входом блока синусно-косинусного преобразователя, управляющий вход — со вторым выходом первого коммутатора н входом блока формирования знаков приращения координат, другой вход которого подключен к третьему выходу первого коммутатора, а выходы — ко вторым входам накапливающих сумматоров координат, выходы регистра интервала дискретизации связаны с первым входом блока умножения, вторые входы которого подключены к выходам второго коммутНтора, вход которого соединен с выходом блока синусно-косинусного. преобразователя.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я теп, что бЛок умножения содержит первый, второй, третий четвертый умножители и регистр, причем первые входы умножителей являются вторыми входами блока, первый вход блока является вторым входом третьегО умножителя и вторым входом четвертого умножителя, выход которого через регистр подключен ко вторым входам первого и второго умножителя, выходы первого, второго и третьего умножителей являются выходами блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Куликовский Л.Ф., Ушмаев В.И.

Информационно-измерительные системы для управления процессом бурения.

М., "Недра"., 1972, с. 80-81.

2. Баканов М.В. и др. Информационные микромашины следящих и счетнорешакщих систем (вращакщиеся трансформаторы, сельсины). М., "Советское радио", 1977 °

3. Брага Е.Н.Методы и устройства цифрового преобразования информации в измерительных системах нефтяной промышленности. М., ™Недра", 1976, jc. 53.

909145

Составитель И. Карбачинская

Техред М.Тепер Корректор О.Билак

Редактор Л. Филь филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 7215 Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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