Устройство для ориентации сейсмоприемников в скважине

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1iii935851

Союз Советски к

Социалистмческик

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 03. 10. 80 (21) 2987625/18-25 (5! )М. Кл. с присоединением заявки №

G 01 V 1/40

Веуаарстюипвй квинтет

CCCP ае дамм иэобретеккЯ и еткрыткЯ (23)Приоритет (53) УДК 550

8З(088.8) Опубликовано 15. 06. 82. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 17. 06. 82

Б.П. Балашов, В, М. Антоненко, В.В. Воевода и А.М. Веретельников (72) Авторы изобретения

Сибирское особое конструкторское бюро Научнопроизводственного объединения "Нефтегеофизика" (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ СЕЙСИОПРИЕИНИКОВ

В СКВАЖИНЕ

Изобретение относится к устройствам для сейсмических исследований и предназначено для получения ориентированных в пространстве сейсмических записей в скважинах.

Известно устройство для ориентации сейсмоприемников в скважине, содержащее гироскоп, на внутренней рамке которого, вращающейся в азимутальной плоскости, закреплен датчик гироскопа, а токосъемники датчика закреплены на корпусе гироскопа. Внутренние рамки гироскопа застопорены с помощью фиксаторов арретирного механизма, приводимых в действие электромагнитом. Наружная рамка (корпус) гироскопа жестко связана с блоком сейсмоприемников, содержащим три ортогонально расположенных сейсмоприемника и установленным в контейнер, ось вращения которого. связана с одним концом ротора скважинного сельсина, а другой конец.ротора через редуктор соединен с. исполнР1тельным двигателем. Датчик гироскопа через усилитель мощности подключен к исполнительному двигателю. В этом устройстве для принудительной ориентации блока сейсмоприемников используется сельсинная система, состоящая из скважинного и наземного сельсинов, которые ооединены между собой тремя жилами кабеля, причем наземный сельсин является сельсином-датчиком и приводится в движение электродвигателем 1), Недостатком устройства является невысокая точность (+150) передачи угла при принудительной ориентации сейсмоприемников, связанная главнын образом с скручиванием трехжильногс кабеля при спуско-подъемных операциях, обуславливающим индукционное токовое взаимодействие между жилами кабеля, соединяющими статорные обмотки.сельсинов, и жилами, по которым подается напряжение питания.

935@

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для ориентации сейсмоприемников в скважине, содержащее гироскоп, на внутренней раме которого закреплен датчик гироскопа, соединенный с усилителем, контейнер блока сейсмоприемников, ось вращения которого через редуктор соединена с исполнительным двигателем и датчик угол-код, содержащее 10 ротор и статор, соединенный с исполнительным двигателем через последовательно соединенные блок опреде-, ления и преобразования рассогласования и двунаправленный ключ 12 . 15

Недостатками описываемого уст-, ройства являются прецессия гироскопа, называемая дрейфом или уходом гироскопа и связанная с его остаточным небалансом и трением в опорах подвеса и непрерывное изменение положения главной оси гироскопа относительно его корпуса и земных предметов за счет суточного вращения

Земли. Кроме того, в связи с тем, что гироскоп, датчик гироскопа, блок сейсмоприемников и датчик уголкод жестко связаны между собой, автономное введение поправки в положение оси гироскопа в зависимости от текущего значения его дрейфа не представляется возможным.

Цель изобретения - повышение точности передачи угла при принудительной ориентации сейсмоприемников.

Цель достигается тем, что в уст35 ройство для ориентации сейсмоприемников в скважине, содержащее гироскоп, на внутренней рамке которого закреплен датчик гироскопа, соединю ненный с усилителем, контейнер блока сейсмоприемников, ось вращения которого через редуктор соединена с исполнительным двигателем, и датчик угол-код, содержащий ротор и статор, 45 соединенный с исполнительным двигателем через последовательно включенные блок определения и преобразования рассогласования и двунаправленный ключ, дополнительно введены второй редуктор и второй исполнительный двигатель, причем ротор датчика уголкод жестко связан с контейнером блока сейсмоприемников, а ось вращения гироскопа одним концом жестко связана со статором датчика угол-код, а другим через дополнительные редуктор и исполнительный двигатель — с выходом усилителя.

1 4

В таком исполнении устройства реализуются возможности для сохранения заданного положения оси гироскопа в течение всего времени каротажа за счет осуществления независимой принудительной ориентации сейсмоприемников путем непосредственного ввода .азимута заданного угла.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит гироскоп 1, на внутренней рамке которого, вращавшейся в азимутальной плоскости, закреплен датчик 2 гироскопа. Внутренние рамки гироскопа застопорены с помощью арретирного механизма, приводимого в движение электромагнитом.

Блок 3 сейсмоприемников помещен в контейнер, жестко связанный с ротором датчика 4 угол-код, статор которого жестко связан с осью вращения наружной рамки (корпуса) гироскопа 1. Ось вращения контейнера блока

3 сейсмоприемников через редуктор связана с исполнительным двигателем

6. Датчик гироскопа соединен с усилителем 7, а выход датчика 4 уголкод через ключ 8 и блок 9 определения и преобразования рассогласования соединен с исполнительным двигателем

6 и каротажным кабелем..Другой конец оси вращения наружной рамки ги-. роскопа 1 через второй редуктор 10 соединен со вторым исполнительным двигателем 11.

Устройство работает следующим образом.

Ось вращения гиромотора ориентируют в направлении Север-Юг. После разгона гиромотора и включения электромагнита арретира внутренние рамки гироскопа 1 освобождаются от фиксаторов арретирного механизма, и гироскоп 1 приобретает три степени свободы, т.е. становится свободным гироскопом. Ось вращения гиромотора за счет кинетического момента сохраняет свою ориентацию в пространстве неизменной, и ее направление становится начальной точкой отсчета азимута.

При подаче напряжения питания с выхода датчика 2 ирескопа снимается напряжение, пропорциональное азимутальному углу поворота корпуса гироскопа 1. Пределы изменения угла поворота (ф3(Р ) фиксируемые. При переходе через нулевые значения угла поворота направление на выходе датчика гироскопа переходит через нуль и иэменя51 6

Принудительную ориентацию блока

3 сейсмоприемников осуществляют с

9358 ет свою фазу на 180 . Напряжение рассогласования с датчика 2 гироскопа поступает через усилитель 7 на второй исполнительный двигатель 11. Второй исполнительный двигатель 11 поао- и рачивает корпус гироскопа 1 до тех пор, пока сигйал рассогласования с выхода датчика 2 гироскопа не уменьшается и система не войдет в зону нечувствительности. При повороте корпуса гироскопа 1 в обратную сторону напряжение на выходе датчика

2 гироскопа увеличивается и меняет свою фазу на !80 . Усиленный сигнал рассогласования при этом реверсирует второй исполнительный двигатель и поворачивает корпус гироскопа в обратную сторону. Таким. образом осуществляется слежение и -сохранение направления оси вращения гиро- 20 скопа в пространстве, а следовательно, и начальной точки отсчета азимута. Гироскоп должен сохранять направление оси вращения во время спуска и подъема скважинного прибо- 25 ра. Во время регистрации сейсмических сигналов скважинный прибор прижат к стенке скважины и надобность в работе гироскопа отпадает. Кроме того, работа гироскопа во время з0 регистрации нежелательна, вследствие того, что гиромотор искажает сейсмический сигнал, поэтому во время регистрации гироскоп арретируют. помощью датчика 4 угол-код., исполнительного двигателя 6 и блока 9 onределечия и преобразования рассоглат сования, содержащего например, цифровые компараторы (СС1, СС2 и ССЗ) арифметическо-логическое устройство (АЛУ), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и схемы И, ИЛИ, НЕ., В исходном нулевом состоянии блок

3 сейсмоприемников ориентируют относительно направления оси вращения гироскопа 1, а затем на входе блока

9 определения и преобразования рассогласования устанавливают нулевой код команды. На другой вход блока поступает нулевой код обратной связи с выхода датчика 4 угол-код.

Блок 9 определения и преобразования рассогласования осуществляет сравнение кода команды и кода обратной связи. Поскольку коды равны, напряжение на выходе блока 9 определения и преобразования рассогласования равно нулю и блок 3 сейсмоприемников удерживается в положении, соответствующем начальной точке отсчета азимута. Для поворота блока

3 сейсмоприемников на заданный азимут относительно начальной точки о1счета с поверхности на блок

9 определения и преобразования рассогласования подают код команды, пропорциональный заданному углу поворота. Блок 9 определения и преобразования рассогласования сравнивает код команды с кодом обратной связи. Поскольку коды не равны, на выходе блока 9 появляется пропорциональное заданному глу поворота напряжение, которое поступает на исполнительный двигатель 6. Двигатель начинает вращаться и через редуктор 5 поворачивает на заданный угол блок 3 сейсмоприемников и ось (ротор) датчика 4 угол-код, статор (корпус) которого постоянно удерживается в положении, соответствующем нулевой точке отсчета азимута с помощью гироскопа 1, датчика 2 гироскопа, усилителя 7 и второго исполнительного двигателя 11. Когда выходной код датчика 4 угол-код (код обратной связи) становится равным коду команды, напряжение на выходе блока 9 определения и преобразования рассогласования становится равным нулю, и двигатель 6 останавлиДля контроля за уходом гироскопа во время его работы при выключении арретира на ключ 8 подается управляющий сигнал, который размыкает его. Тогда контейнер блока 3 сейсмоприемников и ось (ротор) датчика

4 угол-код неподвижны относительно корпуса скважинного прибора, а ось вращения гиромотора - ориентирована в пространстве относительно направленив Север-Or. При уходе гироскопа его наружная рамка начинает поворачиваться вместе с корпусом (статором) датчика 4 угол-код и по выход"

) ному коду датчика угол-код можно кон50 тролировать дрейф гироскопа. При остановке скважинного прибора и прижатии. его к стенке скважины гироскоп арретируют, и на ключ 8 подают сигнал, который замыкает его. После этого осуществляют принудительную ориентацию блока 3 сейсмоприемников учетом поправки на уход гироскопа.

9358 вается. Для возвращения блока 3 сейсмоприемников в исходное (нулевое) состояние или поворота его на любой заданный угол в пределах от 0 до

360 ; необходимо изменить код ко- s манды. Таким. образом осуществляется принудительная ориентация блока сейсмоприемников.

В предлагаемом устройстве исключаются затраты времени на возвраще- 16 ние оси гироскопа при переходе на новую точку измерения и операцию вычисления угла поворота блока сейсмоЬриемников в зависимости от заданного азимута и реального положе- И ния снаряда на точке, уменьшаются погрешности передачи угла, поскольку она осуществляется в условиях минимального дрейфа гироскопа при стабильном положении его оси и уп- щ рощается аппаратура в целом. формула изобретения

Устройство для ориентации сейсмо- 2$ приемников в .скважине, содержащее гироскоп, на внутренней рамке которого закреплен датчик гироскопа, соединенный с усилителем, контейнер, блока сейсмоприемников, ось вращения зв которого через редуктор соединена

5 1 8 с исполнительным двигателем, и датчик угол-код, содержащий ротор и статор, соединенный с исполнительным двигателем через последовательно включенные блок определения и преобразования рассогласования.и двунаправленный ключ, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности ориентации путем повышения точности передачи угла, в него дополнительно введены второй редуктор и второй исполнительный двигатель, причем ротор датчика угол-код жестко свяэан.с крнтейнером блока сейсмоприемников, а ось вращения гироскопа одним концом жестко связана со статором датчика уголкод, а другим через дополнительные редуктор и исполнительный двигатель с выходом усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Отчет тематической партии и 12/77 по теме "Усовершенствование методики и техники трехкомпонентных наблюдений", Сибирской геофизической экспедиции Миннефтепрома, Новосибирск, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2956475/18 25» кл. G 01 V 1/40, 1980 (прототип).

Заказ 203/ 7 7 7

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель В. Карпушин

Редактор Л. Авраменко Техред М, Тепер Корректор Н. Стец

Ти аж 1. Подписное