УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ И РЕГЕНЕРАЦИИ МАГНИТНЫХ МЕТОК ГЛУБИНЫ Российский патент 1994 года по МПК E21B47/04 

Изобретение относится к измерению глубин при промыслово-геофизическом обслуживании буровых скважин.

Известно устройство, содержащее магнитный зонд и меткоотбиватель, при этом для повышения помехозащищенности между магнитным зондом и меткоотбивателем включены пороговое устройство и логический блок, обеспечивающие срабатывание меткоотбивателя от сигнала определенной формы [1] .

Известно устройство, содержащее магнитомодуляционный преобразователь с подключенным к нему генератором возбуждения и интегратором, который соединен с пороговым блоком, и блок компенсации, обеспечивающие устойчивое считывание слабых меток в присутствии окружающих магнитных полей [2] .

Недостатком указанных устройств является отсутствие возможности восстановления начальной напряженности поля магнитных меток, что приводит к необходимости проведения повторных промеров кабеля при снижении напряженности поля магнитных меток ниже порога чувствительности устройства.

Известно устройство, содержащее блок считывания меток, дроссель для размагничивания кабеля и блок нанесения меток, разнесенные по длине кабеля. Указанное устройство позволяет при каждом подъеме регенерировать метки, проходящие через блок считывания меток, с одновременным нанесением магнитных меток блоком нанесения меток и последующим их стиранием после считывания [3] .

Недостатками указанного устройства являются невозможность регенерации меток при реверсивном перемещении кабеля, а также смещение магнитных меток на кабеле при каждом его спуске-подъеме, связанное с переносом наносимых меток относительно считываемых, что снижает точность привязки промыслово-геофизической информации к глубинам в скважине и требует дополнительной корректировки смещаемых меток при измерении истинной глубины скважины.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство считывания магнитных меток, содержащее датчик меток, выполненный в виде двух магнитомодуляционных преобразователей, разнесенных на половину ширины северного полюса магнитной метки и имеющих обмотку возбуждения, питаемую импульсным током от генератора подмагничивания, выходы магнитомодуляционных преобразователей соединены с блоком считывания меток [4] .

Однако это устройство имеет высокий порог нижней границы чувствительности, что сужает диапазон устойчивого считывания меток, отсутствует помехозащищенность от воздействия электромагнита при регенерации метки. Кроме того, устройство не обладает функциональными возможностями для регенерации считываемых меток при промыслово-геофизическом обслуживании буровых скважин.

Целью изобретения является повышение точности привязки промыслово-геофизической информации к глубинам в скважине путем исключения смещения магнитных меток на кабеле при их регенерации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для считывания и регенерации магнитных меток при измерении глубины скважины, содержащем блок считывания, датчик меток, выполненный в виде двух дифференциальных магнитомодуляционных преобразователей, выходы которых подключены к входу блока считывания меток, последний выполнен в виде пяти компараторов, первого и второго RS-триггеров, первого, второго и третьего элементов И, причем входы компараторов являются входом блока считывания меток, а выходы первого и четвертого компараторов подключены соответственно к R-входам первого и второго RS-триггеров, выходы второго и третьего компараторов подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу пятого компаратора, а выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к S-входам первого и второго RS-триггеров, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам третьего элемента И, выход последнего является выходом блока считывания меток и подключен к блоку нанесения меток, который расположен между магнитомодуляционными преобразователями.

Существенное отличие предлагаемого устройства от других, известных в данной области техники, состоит в применении в качестве датчика меток дифференциального магнитомодуляционного преобразователя, состоящего из двух магнитомодуляционных преобразователей, разнесенных на половину ширины северного полюса магнитной метки, расположении в нем блока нанесения меток, включающего элементы нанесения меток - электромагнит, а также подключении выхода датчика меток к блоку считывания меток, выполненному в виде пяти компараторов, первого и второго RS-триггеров, первого, второго и третьего элементов И, и соединении выхода блока считывания меток с блоком нанесения меток, причем дифференциальный выход датчика меток подключен к входам первых четырех компараторов, а выход одного из магнитомодуляционных преобразователей - к входу пятого компаратора, на другие входы которых подаются отличные друг от друга опорные напряжения.

В результате сравнения выходных сигналов датчика меток и магнитомодуляционного преобразователя с уровнями опорных напряжений, подаваемых на входы пяти компараторов, блок считывания меток вырабатывает сигнал, совмещающий точку считывания датчика меток с точкой регенерации блока нанесения меток непосредственно в центре магнитной метки, что исключает смещение магнитных меток на кабеле при их регенерации и позволяет восстанавливать начальную напряженность магнитного поля меток глубины при каждом спуске-подъеме. Это повышает точность привязки промыслово-геофизической информации к глубинам в скважине. Учитывая тенденцию роста глубин скважин и объемов применения намагниченных обсадных колонн, при работе в которых напряженность поля меток глубины из-за повышенных механических и тепловых воздействий и (или) намагниченности обсадных колонн снижается особенно быстро, использование предлагаемого устройства позволяет снизить затраты на выполнение заданного объема промыслово-геофизических работ.

На фиг. 1 дана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы работы устройства при реверсивном перемещении каротажного кабеля.

Чувствительным элементом устройства является датчик меток, представляющий собой дифференциальный магнитомодуляционный преобразователь с импульсным возбуждением, состоящий из двух магнитомодуляционных преобразователей 1 и 3, разнесенных на половину ширины северного полюса магнитной метки и имеющих обмотку возбуждения, питаемую импульсным током от генератора 13 подмагничивания. Между двумя магнитомодуляционными преобразователями 1 и 3 расположен блок 2 нанесения меток, включающий элемент нанесения магнитной метки - электромагнит. Выход датчика меток подключен к блоку считывания меток, входом которого являются входы первого 4, второго 5, третьего 6, четвертого 7 и пятого 8 компараторов, причем дифференциальный вход датчика меток подключен к входам компараторов 4-7, на другие входы которых подаются опорные напряжения U₁, U₂, U₃, U₄. Выход магнитомодуляционного преобразователя 1 подключен к входу пятого компаратора 8, на второй вход которого подается опорное напряжение U₅. Выходы первого 4 и четвертого 7 компараторов подключены соответственно к R-входам первого 11 и второго 12 RS-триггеров, а выходы второго 5 и третьего 6 компараторов подключены соответственно к первым входам первого 9 и второго 10 элементов И, вторые входы которых соединены с выходом пятого компаратора 8. Выходы элементов И 9 и 10 подключены соответственно к S-входам первого 11 и второго 12 RS-триггеров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента И 14. Выход последнего является выходом блока считывания меток и одновременно подключен к входу блока 2 нанесения меток. Необходимая помехоустойчивость устройства при считывании меток достигается выбором более высоких уровней сравнения выходного сигнала датчика меток с опорными напряжениями U₁ и U₄, подаваемыми соответственно на входы компараторов 4 и 7. Характерной особенностью выходного сигнала является точка перехода через ноль, положение которой относительно корпуса преобразователей определяет точку считывания и одновременно нанесения магнитной метки. Выбор достаточно низких уровней сравнения выходного сигнала датчика меток с опорными напряжениями U₂ и U₃, подаваемыми соответственно на входы компараторов 5 и 6, обеспечивает считывание и одновременно нанесение магнитных меток непосредственно после перехода сигнала датчика меток через ноль. Высокий уровень сравнения выходного сигнала магнитомодуляционного преобразователя 1 с опорным напряжением U₅, подаваемым на вход компаратора 8, определяет чувствительность устройства. С целью исключения нанесения магнитной метки при включении устройства в нем предусмотрен принудительный сброс RS-триггеров 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии на датчик меток магнитного поля метки (фиг. 2 и 3, а) на сигнальных обмотках магнитомодуляционных преобразователей 1 и 3 появляются выходные сигналы, амплитуда и полярность которых зависят от положения метки относительно преобразователей 1 и 3 (фиг. 2 и 3, б-в). В случае спуска каротажного кабеля в скважину (фиг. 2) начальное воздействие магнитного поля метки направлено на магнитомодуляционный преобразователь 1, в результате чего на выходах датчика меток и магнитомодуляционного преобразователя 1 появляются импульсы положительной полярности (фиг. 2, б, в). При превышении амплитудой выходного сигнала датчика меток уровней опорных напряжений U₂ и U₁ компараторы 6 и 4 вырабатывают положительные импульсы (фиг. 2, г, д), причем выходной сигнал компаратора 4 сбрасывает триггер 11 (фиг. 2, м). В момент превышения амплитудой выходного сигнала магнитомодуляционного преобразователя 1 уровня опорного напряжения U₅ компаратор 8 вырабатывает положительные импульсы (фиг. 2, е), которые разрешают прохождение выходного сигнала компаратора 6 через элемент И 10 (фиг. 2, ж). Выходной сигнал элемента И 10 устанавливает триггер 12 (фиг. 2, л). Когда центр метки совпадает с центром датчика меток, выходной сигнал датчика меток становится равным нулю. Дальнейшее смещение метки относительно центра датчика меток вызывает появление на выходе датчика меток импульсов отрицательной полярности (фиг. 2, б). При превышении амплитудой выходного сигнала датчика меток уровня опорного напряжения компаратор 5 вырабатывает положительные импульсы (фиг, 2, з), которые при наличии выходного сигнала компаратора 8 (фиг. 2, а) проходят на выход элемента И 9 (фиг. 2, к). Выходной сигнал элемента И 9 устанавливает триггер 11 (фиг. 2, м). Когда амплитуда выходного сигнала датчика меток превышает уровень опорного напряжения U₄, компаратор 7 вырабатывает положительные импульсы (фиг. 2, и), которые сбрасывают триггер 12. В момент установки обоих триггеров 11 и 12 на выходе элемента И 14 формируется сигнал "Метка", который подается на вход блока нанесения меток и выход устройства (фиг. 2, н).

Аналогичным образом устройство работает при подъеме каротажного кабеля (фиг. 3). Начальное воздействие магнитного поля метки направлено на магнитомодуляционный преобразователь 3, в результате чего на выходе датчика меток появляются импульсы отрицательной полярности (фиг. 3, б). При превышении амплитудой выходного сигнала датчика меток появляются импульсы отрицательной полярности (фиг. 3, б). Превышение амплитудой выходного сигнала датчика меток уровней опорных напряжений U₃ и U₄ приводит к вырабатыванию положительных импульсов компараторов 5 и 7 (фиг. 3, г, д), причем выходной сигнал компаратора 7 сбрасывает триггер 12 (фиг. 3, л). Дальнейшее воздействие магнитного поля метки вызывает появление выходного сигнала магнитомодуляционного преобразователя 1 (фиг. 3, в). При превышении амплитудой выходного сигнала магнитомодуляционного преобразователя 1 уровня опорного напряжения компаратор 8 вырабатывает положительные импульсы (фиг. 3, а), которые разрешают прохождение выходного сигнала компаратора 5 через элемент И 9 (фиг. 3, ж). Выходной сигнал элемента И 9 устанавливает триггер 11 (фиг. 3, м). Когда центр магнитной метки проходит через центр датчика меток и амплитуда выходного сигнала датчика меток превышает уровень опорного напряжения U₂ компаратор 6 вырабатывает положительные импульсы (фиг. 3, з), которые, проходя через элемент И 10 (фиг. 3, к), устанавливают триггер 12 (фиг. 3, л). При превышении амплитудой выходного сигнала датчика меток уровня опорного напряжения компаратор 4 вырабатывает положительные импульсы (фиг. 3, и), сбрасывающие триггер 11 (фиг. 3, м). Момент установки триггеров 11 и 12 формирует на выходе элемента И 14 сигнал "Метка" (фиг. 3, н).

Таким образом, совмещение точки считывания датчика меток с точкой регенерации блока нанесения меток непосредственно в центре магнитной метки исключает смещение магнитных меток на кабеле при их регенерации, а регенерация магнитных меток при каждом спуске-подъеме позволяет восстанавливать начальную напряженность магнитного поля меток глубин, что повышает точность привязки промыслово-геофизической информации к глубинам в скважине.

Использование: измерение глубин при промыслово-геофизическом обслуживании буровых скважин. Сущность изобретения: устройство содержит генератор 13 подмагничивания, блоки считывания и блок 2 нанесения меток и датчик меток, выполненный в виде двух магнитомодуляционных преобразователей 1 и 3 с расположенным между ними блоком 2 нанесения меток. Датчик меток подключен к входу устройства. Блок считывания меток выполнен в виде пяти компараторов 4 - 8, первого 11 и второго 12 RS-триггеров, первого 9, второго 10 и третьего 14 элементов И. 13 → 3, 1 → 8 → 9, 8 → 10, 3 → 4, 3 → 5, 3 → 6, 3 → 7, 4 → 11, 14 → 2, 5 → 9 → 11, 6 → 10 → 12 → 14, 7 → 12.. Устройство позволяет совместить точку считывания датчика меток с точкой регенерации блока нанесения меток непосредственно в центре магнитной метки. Положительный эффект заключается в повышении точности привязки промыслово-геофизической информации к глубинам в скважине и уменьшении затрат на проведение промыслово-геофизического обслуживания скважин. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ И РЕГЕНЕРАЦИИ МАГНИТНЫХ МЕТОК ГЛУБИНЫ, содержащее датчик меток, выполненный в виде двух магнитомодуляционных преобразователей, разнесенных на половину ширины северного полюса магнитной метки и имеющих обмотку возбуждения, питаемую импульсным током от генератора подмагничивания, выходы магнитомодуляционных преобразователей соединены с блоком считывания меток, включающим два компаратора, элемент И и RS-триггер, отличающееся тем, что оно снабжено блоком нанесения меток, расположенным между магнитомодуляционными преобразователями, а блок считывания меток снабжен дополнительно тремя компараторами, двумя элементами И и вторым RS-триггером, причем к первым входам первого, второго, третьего и четвертого компараторов подключен один из выходов первого магнитомодуляционного преобразователя, к первому входу пятого компаратора подключен второй выход первого и выход второго магнитомодуляционных преобразователей, на вторые входы компараторов подаются опорные напряжения, выходы первого и четвертого компараторов подключены соответственно к R-входам первого и второго триггеров, выходы второго и третьего компараторов подключены соответственно к первым входам первой и второй схем И, к вторым входам которых подключен выход пятого компаратора, выходы первой и второй схем И, подключены соответственно к S-входам первого и второго триггеров, выходы которых подключены к входам третьего элемента И, а выход третьего элемента И является выходом блока считывания меток и подключен к входу блока нанесения меток.