ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН Российский патент 2003 года по МПК G01V1/22 G01V3/34 

Изобретение относится к системам геофизических исследований, в частности к системам геофизических исследований нефтегазовых скважин.

Информационно-измерительные системы для геофизических исследований скважин (ГИС) известны.

Например, известна адаптивная телеметрическая система для каротажа в условиях агрессивных сред [1], содержащая наземную часть и скважинную часть, соединенные геофизическим кабелем, причем наземная часть содержит компьютер, наземный модем, записывающие устройства, а скважинная часть содержит измерительный блок, блок питания скважинной части, мультиплексор, скважинный модем.

Недостатком этой системы является низкая скорость передачи данных по одножильному геофизическому кабелю.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является выбранная в качестве прототипа усовершенствованная цифровая телеметрическая система для передачи данных по одножильному кабелю с возможностью многоуровневого коррелятивного кодирования и адаптивным трансверсальным корректирующим фильтром [2] , предназначенная для геофизических исследований, включающая в себя соединенные между собой геофизическим кабелем наземную часть и скважинную часть, причем наземная часть состоит из компьютера, наземного модулятора, наземного приемника, а скважинная часть состоит из группы геофизических датчиков, измерительного блока, микропроцессора, скважинного модулятора, скважинного фильтра, а также блока питания скважинной части, выход которого подключен ко входам питания всех устройств скважинной части, при этом выходы группы геофизических датчиков подключены к первой группе входов измерительного блока, информационный выход которого подключен к информационному входу микропроцессора, к аналоговому входу которого подключен выход полосового фильтра, а к информационному выходу микропроцессора подключен вход скважинного модулятора, выход которого и вход скважинного фильтра подключены к геофизическому кабелю, к которому также подключен вход блока питания скважинной части. При этом в наземной части вход/выход компьютера соединен с выходом наземного приемника и входом наземного модулятора.

Недостатками известной системы являются:
- низкая скорость передачи данных по геофизическому кабелю (не более 54 Кбит/с для одножильного кабеля);
- сложность технической реализации скважинной части;
- недостаточная гибкость системы ввиду использования в наземной части адаптивного корректора, выполненного аппаратно, что ограничивает возможность оперативной перестройки системы при использовании различных каротажных кабелей.

Цель изобретения - увеличение скорости передачи данных.

Достижение этой цели имеет следующие положительные эффекты:
1) открывается возможность использования новых методов ГИС, ранее недоступных для практического использования из-за их высокой информационной производительности;
2) повышается информативность проводимых ГИС благодаря переносу предварительной обработки первичной геофизической информации из скважины на поверхность, т. к. увеличение скорости передачи данных позволяет осуществить в режиме реального времени передачу первичной информации непосредственно с датчиков в наземную часть.

Под предварительной обработкой здесь понимаются всевозможные операции аналоговой и цифровой фильтрации, буферизации, вычитания, суммирования, умножения и др., производимые с целью проведения различных калибровок, вычитания нулей, смещений, корректировки масштабных коэффициентов, а часто и с целью определения вторичных параметров с потерей при этом первичной информации;
3) регистрация первичной информации в наземной части предоставляет возможность ее обработки новыми усовершенствованными методами в будущем;
4) повышается качество ГИС т.к.:
- вычислительные мощности наземной части значительно выше, чем те, которыми может располагать скважинная часть аппаратуры. Это позволяет выполнять более качественную предварительную обработку первичной геофизической информации;
- появляется возможность введения служебных телеметрических каналов, позволяющих фиксировать все изменения условий работы измерительных блоков скважинной части (окружающая температура, напряжение питания и др.) и в реальном времени вносить поправки в результаты измерений;
5) расширяется диапазон применения системы за счет возможности использования любого типа каротажного кабеля (одно- трех- или семижильного) при неизменно высокой скорости передачи данных благодаря использованию программно выполненного адаптивного корректора;
6) увеличивается предельная глубина геофизических исследований за счет повышения максимальной рабочей температуры скважинной части (чем проще скважинная часть, тем меньше ее энергопотребление и саморазогрев, и тем больше допустимая температура окружающей среды);
7) увеличивается производительность работ, например, за счет увеличения количества одновременно работающих в скважине приборов при производстве работ методом вертикального сейсмического профилирования;
8) повышается надежность работы аппаратуры системы, т.к. скважинная часть работает в экстремальных условиях (критические температурные режимы, большие вибрации, высокие давления и т.д.), ее упрощение играет значительную роль в повышении надежности аппаратуры в целом.

Поставленная цель достигается тем, что в информационно-измерительную систему для геофизических исследований скважин, включающую в себя соединенные между собой геофизическим кабелем наземную часть и скважинную часть, причем наземная часть состоит из компьютера, наземного модулятора, наземного приемника, а скважинная часть состоит из группы геофизических датчиков, измерительного блока, микропроцессора, скважинного модулятора, полосового фильтра, а также блока питания скважинной части, выход которого подключен ко входам питания всех устройств скважинной части, при этом выходы группы геофизических датчиков подключены к первой группе входов измерительного блока, информационный выход которого подключен к информационному входу микропроцессора, управляющий выход которого подключен к управляющему входу измерительного блока, а к аналоговому входу микропроцессора подключен выход полосового фильтра, к информационному выходу микропроцессора подключен вход скважинного модулятора, выход которого и вход полосового фильтра подключены к геофизическому кабелю, к которому также подключен вход блока питания скважинной части, дополнительно введены в наземную часть: блок сигнального процессора, согласующее устройство и технологический многоканальный аналого-цифровой преобразователь (технологический многоканальный АЦП), в скважинную часть: группа технологических датчиков, а в скважинный модулятор дополнительно введен блок цифрового синтезатора, при этом к первому информационному входу блока сигнального процессора подключен информационный выход наземного приемника, к первому управляющему выходу блока сигнального процессора подключен управляющий вход наземного приемника, к информационному выходу блока сигнального процессора подключен вход наземного модулятора, вход-выход блока сигнального процессора соединен с входом-выходом наземного компьютера, при этом вход-выход согласующего устройства соединен с геофизическим кабелем, ко входу согласующего устройства подключен выход наземного модулятора, а к первому аналоговому выходу согласующего устройства подключен первый аналоговый вход наземного приемника, ко второму аналоговому выходу согласующего устройства подключен второй аналоговый вход наземного приемника, при этом первый аналоговый вход технологического многоканального АЦП подключен к первому измерительному выходу согласующего устройства, а второй аналоговый вход технологического многоканального АЦП подключен ко второму измерительному выходу согласующего устройства, информационный выход технологического многоканального АЦП подключен ко второму информационному входу блока сигнального процессора, а второй управляющий выход блока сигнального процессора подключен к управляющему входу технологического многоканального АЦП, при этом в скважинной части выходы группы технологических датчиков подключены ко второй группе входов измерительного блока, а вход блока цифрового синтезатора, являющийся входом скважинного модулятора, подключен к информационному выходу микропроцессора, а выход блока цифрового синтезатора подключен ко входу первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП), выход которого подключен ко входу линейного усилителя, сигнальный выход линейного усилителя, являющийся выходом скважинного модулятора, подключен к геофизическому кабелю.

При этом наземный модулятор состоит из второго и третьего ЦАП и усилителя мощности постоянного тока, выход которого, являющийся выходом наземного модулятора, подключен ко входу согласующего устройства, а объединенные входы второго и третьего ЦАП, являющиеся входом наземного модулятора, подключены к информационному выходу блока сигнального процессора, причем выходы второго и третьего ЦАП подключены соответственно к первому и второму входам усилителя мощности постоянного тока.

При этом наземный приемник состоит из первого и второго программируемых усилителей, вычитателя, фильтра высоких частот и АЦП. При этом аналоговый вход первого программируемого усилителя, являющийся первым аналоговым входом наземного приемника, подключен к первому аналоговому выходу согласующего устройства, а объединенные управляющие входы первого и второго программируемых усилителей, являющиеся управляющим входом наземного приемника, подключены к первому управляющему выходу блока сигнального процессора, выход первого программируемого усилителя подключен к первому входу вычитателя, ко второму входу которого подключен второй аналоговый выход согласующего устройства, а выход вычитателя подключен ко входу фильтра высоких частот, выход которого подключен к аналоговому входу второго программируемого усилителя, при этом выход программируемого усилителя подключен ко входу АЦП. Выход АЦП подключен к первому информационному входу блока сигнального процессора.

При этом согласующее устройство состоит из согласующего резистора, первый вывод которого является одновременно входом согласующего устройства, первым измерительным выходом согласующего устройства и первым аналоговым выходом согласующего устройства, а второй вывод согласующего резистора является одновременно входом/выходом согласующего устройства, вторым измерительным выходом согласующего устройства и вторым аналоговым выходом согласующего устройства.

Информационно-измерительная система для геофизических исследований скважин иллюстрируется следующими графическими материалами.

На фиг.1 представлена блок-схема информационно-измерительной системы для геофизических исследований скважин;
на фиг.2 - блок-схема наземной части информационно-измерительной системы;
на фиг.3 - блок-схема скважинной части информационно-измерительной системы;
на фиг.4- блок-схема наземного модулятора;
на фиг.5 - блок-схема наземного приемника;
на фиг.6 -схема согласующего устройства;
на фиг.7 - схематично спектры сигналов в каротажном кабеле;
на фиг.8 - амплитудно-частотная характеристика одножильного каротажного кабеля длиной 6 000 м;
на фиг.9 - эпюра сигнала обратного канала.

Информационно-измерительная система (фиг.1) для геофизических исследований скважин состоит из наземной 1 и скважинной 2 частей, соединенных между собой геофизическим кабелем 3.

Наземная часть 1 (фиг.2) предназначена для управления скважинной частью и обеспечения ее питанием, а также для регистрации информации, поступающей из скважинной части, и организации диалога оператора с системой. Наземная часть 1 состоит из компьютера 8, блока 7 сигнального процессора, наземного приемника 6, наземного модулятора 5, согласующего устройства 4 и технологического многоканального АЦП 9. К первому информационному входу блока 7 сигнального процессора подключен информационный выход наземного приемника 6, к первому управляющему выходу блока 7 сигнального процессора подключен управляющий вход наземного приемника 6, к информационному выходу блока 7 сигнального процессора подключен вход наземного модулятора 5, вход-выход блока 7 сигнального процессора соединен со входом-выходом наземного компьютера 8, при этом вход-выход согласующего устройства 4 соединен с геофизическим кабелем 3, ко входу согласующего устройства 4 подключен выход наземного модулятора 5, а к первому аналоговому выходу 28 согласующего устройства 4 подключен первый аналоговый вход наземного приемника 6, ко второму аналоговому выходу 29 согласующего устройства 4 подключен второй аналоговый вход наземного приемника 6, при этом первый аналоговый вход технологического многоканального АЦП 9 подключен к первому измерительному выходу 30 согласующего устройства 4, а второй аналоговый вход технологического многоканального АЦП 9 подключен ко второму измерительному выходу 31 согласующего устройства 4, информационный выход технологического многоканального АЦП 9 подключен ко второму информационному входу блока 7 сигнального процессора, а второй управляющий выход блока 7 сигнального процессора подключен к управляющему входу технологического многоканального АЦП 9.

Скважинная часть 2 (фиг.3) предназначена для передачи в наземную часть информации, поступающей от геофизических и технологических датчиков. Скважинная часть 2 состоит из группы геофизических датчиков 10, группы технологических датчиков 11, измерительного блока 12, микропроцессора 13, полосового фильтра 18, блока питания скважинной части 19, а также скважинного модулятора 14, состоящего из блока 15 цифрового синтезатора, первого цифро-аналогового преобразователя 16 и линейного усилителя 17, причем выход блока питания скважинной части 19 подключен ко входам питания всех устройств скважинной части 2, выходы группы геофизических датчиков 10 подключены к первой группе входов измерительного блока 12, а выходы группы технологических датчиков 11 подключены ко второй группе входов измерительного блока 12, информационный выход которого подключен к информационному входу микропроцессора 13, управляющий выход которого подключен к управляющему входу измерительного блока 12, а к аналоговому входу микропроцессора 13 подключен выход полосового фильтра 18, к информационному выходу микропроцессора 13 подключен вход скважинного модулятора 14, выход которого и вход полосового фильтра 18 подключены к геофизическому кабелю 3, к которому также подключен вход блока питания скважинной части 19 скважинной части 2. При этом вход блока 15 цифрового синтезатора, являющийся входом скважинного модулятора 14, подключен к информационному выходу микропроцессора 13, а выход блока 15 цифрового синтезатора подключен ко входу первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 16, выход которого подключен ко входу линейного усилителя 17, сигнальный выход линейного усилителя 17, являющийся выходом скважинного модулятора 14, подключен к геофизическому кабелю 3.

Геофизический кабель 3 предназначен для организации канала связи между наземной частью 1 и скважинной частью 2, а также для передачи напряжения питания из наземной части 1 в скважинную часть 2. Он представляет собой гибкий грузонесущий экранированный электрический кабель с одной, тремя или семью токопроводящими жилами, например кабель типа КГЛ 1•0,75-20-200.

Согласующее устройство 4 (фиг.4) предназначено для согласования волнового сопротивления геофизического кабеля 3 с выходным сопротивлением наземного модулятора 5 и входным сопротивлением наземного приемника 6 и состоит из согласующего резистора 32, первый вывод которого является одновременно входом согласующего устройства 4, первым измерительным выходом 30 согласующего устройства 4 и первым аналоговым выходом 28 согласующего устройства 4, а второй вывод согласующего резистора является одновременно входом/выходом согласующего устройства 4, вторым измерительным выходом 31 согласующего устройства 4 и вторым аналоговым выходом 29 согласующего устройства 4. В качестве согласующего резистора может быть применен резистор МЛТ2 [10], стр. 80.

Наземный модулятор 5 (фиг.5) предназначен для генерации напряжения питания скважинной части 2 и формирования сигнала, несущего передаваемые в скважинную часть 2 данные. Он состоит из второго ЦАП 20, третьего ЦАП 21 и усилителя 22 мощности постоянного тока, выход которого, являющийся выходом наземного модулятора 5, подключен ко входу согласующего устройства 4, а объединенные входы второго ЦАП 20 и третьего ЦАП 21, являющиеся входом наземного модулятора 5, подключены к информационному выходу блока 7 сигнального процессора, причем выходы второго ЦАП 20 и третьего ЦАП 21 подключены соответственно к первому и второму входам усилителя 22 мощности постоянного тока. В качестве второго ЦАП 20 и третьего ЦАП 21 могут быть применены микросхемы 572ПА1. Усилитель 22 мощности постоянного тока выполнен на микросхеме LH0101 фирмы Maxim (США) [11], стр. 5-101.

Наземный приемник 6 (фиг.6) предназначен для приема аналогового сигнала данных, поступающего в наземную часть 1 по геофизическому кабелю 3 из скважинной части 2. Представляет собой устройство, состоящее из первого и второго программируемых усилителей 23 и 26, вычитателя 24, фильтра высоких частот 25 и АЦП 27. При этом аналоговый вход первого программируемого усилителя 23, являющийся первым аналоговым входом наземного приемника 6, подключен к первому аналоговому выходу 28 согласующего устройства 4, а объединенные управляющие входы первого программируемого усилителя 23 и второго программируемого усилителя 26, являющиеся управляющим входом наземного приемника 6, подключены к первому управляющему выходу блока 7 сигнального процессора, выход первого программируемого усилителя 23 подключен к первому входу вычитателя 24, ко второму входу которого, являющемуся вторым аналоговым входом наземного приемника 6, подключен второй аналоговый выход 29 согласующего устройства 4, а выход вычитателя 24 подключен ко входу фильтра высоких частот 25, выход которого подключен к аналоговому входу второго программируемого усилителя 26, при этом выход второго программируемого усилителя 26 подключен ко входу АЦП 27. Выход АЦП 27, являющийся информационным выходом наземного приемника 6, подключен к первому информационному входу блока 7 сигнального процессора. В качестве первого и второго программируемых усилителей 23 и 26 может быть применен усилитель с программируемым коэффициентом усиления фирмы Analog Devices, Inc (США) AD526. В качестве вычитателя 24 может быть использована схема дифференциального усилителя, показанная в [5], стр. 27, рис.1.9а. В качестве фильтра высоких частот 25 может быть использовано устройство, показанное в [4], стр. 216, рис 6.6. В качестве АЦП 27 может быть использован АЦП AD9260 фирмы Analog Devices, Inc (США) [6] .

Блок 7 сигнального процессора (фиг.2) предназначен для:
- управления наземным модулятором 5;
- управления технологическим многоканальным АЦП 9;
- управления наземным приемником 6;
- приема, декодирования и выдачи в компьютер 8 данных, поступающих из геофизического кабеля 3 через наземный приемник 6. В качестве блока 7 сигнального процессора может быть применен сигнальный процессор ADSP 21065 фирмы Analog Devices, Inc (США) [12].

Компьютер 8 (фиг. 2) предназначен для организации диалога оператора с системой, приема, отображения и регистрации информации, поступающей из скважины. Компьютер 8 представляет собой промышленный IBM PC - совместимый компьютер.

Технологический многоканальный АЦП 9 (фиг.2) предназначен для измерения сигналов, отражающих режимы работы блоков наземной части 1, и передачи результатов измерения в блок 7 сигнального процессора. В качестве технологического многоканального АЦП 9 может быть использована микросхема многоканального АЦП AD974 фирмы Analog Devices, Inc (США) [13].

Группа геофизических датчиков 10 (фиг.3) предназначена для приема и преобразования сигналов геофизических параметров (электрических, акустических, тепловых и др.) с целью их дальнейшего измерения и состоит из геофизических датчиков, набор которых соответствует задачам, решаемым конкретной системой.

Группа технологических датчиков 11 (фиг.3) предназначена для приема и преобразования сигналов технологических параметров (токи, напряжения, температуры блоков скважинной части и др.) с целью их дальнейшего измерения и состоит из датчиков, тип и количество которых зависит от задач, решаемых конкретной системой, и условий ее работы.

Измерительный блок 12 (фиг.3) предназначен для измерения сигналов, поступающих от группы геофизических датчиков 10 и группы технологических датчиков 11, и выдачи результатов измерений в микропроцессор 13. В качестве измерительного блока 12 может быть использован измерительный блок, показанный в [14], стр. 231, рис.1б.

Микропроцессор 13 (фиг.3) предназначен для управления работой скважинной части. В качестве микропроцессора 13 может быть применена микросхема PIC18C452 фирмы Microchip Technologies, Inc (США) [15].

Полосовой фильтр 18 (фиг.3) предназначен для выделения из суммы сигналов, присутствующих на скважинном конце геофизического кабеля 3, сигнала данных, передаваемого наземной частью 1 в скважинную часть 2, и подачи его на аналоговый вход микропроцессора 13. В качестве полосового фильтра 18 может быть применен фильтр [7] на стр. 213, рис.13.25.

Блок питания скважинной части 19 (фиг.3) предназначен для питания всех блоков скважинной части. В качестве блока питания скважинной части может быть применено устройство [7], стр. 271, рис.16.30.

Скважинный модулятор 14 (фиг.3) предназначен для формирования сигнала данных, передаваемого по геофизическому кабелю 3 в наземную часть 1. Скважинный модулятор 14 представляет собой устройство, содержащее блок 15 цифрового синтезатора, первый цифро-аналоговый преобразователь 16 и линейный усилитель 17, причем вход блока 15 цифрового синтезатора, являющийся входом скважинного модулятора 14, подключен к информационному выходу микропроцессора 13, а выход блока 15 цифрового синтезатора подключен ко входу первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 16, выход которого подключен ко входу линейного усилителя 17, сигнальный выход линейного усилителя 17, являющийся выходом скважинного модулятора 14, подключен к геофизическому кабелю 3. Блок 15 цифрового синтезатора предназначен для реализации одного из известных алгоритмов кодирования данных, позволяющих достичь высоких скоростей передачи по геофизическому кабелю 3 (например QAM256 [8] стр. 151). В качестве блока цифрового синтезатора может быть применено устройство AD9853, выпускаемое фирмой Analog Devices, Inc (США) [16]. Это устройство имеет в своем составе ЦАП, который может быть использован в качестве первого ЦАП 16. В качестве линейного усилителя 17 может быть использован известный усилитель, показанный в [5], стр. 38, рис.1.15б.

Работа информационно-измерительной системы для геофизических исследований скважин
Целью заявляемой информационно-измерительной системы является увеличение скорости передачи геофизической и служебной информации по геофизическому кабелю. Один из путей ее реализации заключается в следующем.

Передача информации в системе производится по двум каналам: по основному - из скважинной части 2 в наземную часть 1, по вспомогательному - из наземной части 1 в скважинную часть 2. Причем передача данных по основному каналу ведется с высокой скоростью, а по вспомогательному - с низкой. Оба канала физически расположены в одной линии каротажного кабеля. Передача данных по ним производится одновременно, при этом сигналы разных направлений разделены в частотной области. На фиг.7 показаны спектры сигналов, присутствующих в кабеле (на графике на оси ординат отображены частоты, а на оси абсцисс - амплитуды спектральных составляющих сигналов):
33 - спектр сигналов питания;
34 - спектр сигналов вспомогательного канала, причем f₁ - полутактовая частота следования символов для случая квазитроичного кодирования;
35 - спектр сигналов основного канала.

На фиг. 8 приведена амплитудно-частотная характеристика одножильного каротажного кабеля длиной 6000 м. Из-за неравномерности этой характеристики форма сигналов, проходящих по кабелю, искажается. Степень таких искажений зависит как от скорости передачи данных, так и от длины и конструкции кабеля. Благодаря низкой скорости передачи данных во вспомогательном канале его сигналы искажаются слабо при любой длине каротажного кабеля. Поэтому перед их декодированием операции восстановления их формы не требуется. Сигнал же основного канала подвержен значительным искажениям, и для успешного декодирования требуется его восстановление. Эту функцию выполняет адаптивный корректор - эквалайзер, реализованный программно в блоке 7 сигнального процессора. Работа такого корректора описана в [3], глава 4.3, стр.117. Его параметры зависят от параметров каротажного кабеля. Поэтому в начале работы система, в частности адаптивный корректор, адаптируется к используемому в настоящий момент кабелю. Во время дальнейшей работы производится адаптация системы к изменяющимся во времени параметрам каротажного кабеля. Вследствие этого работоспособность системы не зависит как от длины каротажного кабеля (0-6000 м) и его типа (одножильный, трехжильный или семижильный), так и от изменения электрических характеристик каротажного кабеля в течение времени исследования скважины. Это имеет важное значение, т.к. с изменением глубины скважинной части температура колеблется в широких пределах, что приводит к изменению сопротивления постоянного тока жил кабеля (например, изменение температуры на 100^oС приводит к изменению сопротивления медных жил на 40%), его волнового сопротивления и других характеристик каротажного кабеля.

Работа заявляемой системы начинается с установления связи между наземной частью 1 и скважинной частью 2 через каротажный кабель 3. Для упрощения скважинной части 2 все регулировки, производимые при установлении связи, выполняются в наземной части 1. Для исключения участия человека установление связи производится в автоматическом режиме.

Процесс установления связи разбит на два этапа.

На первом этапе производится адаптация основного канала передачи данных. Она заключается в настройке приемных блоков наземной части 1. Для этого скважинная часть 2 посылает в наземную часть 1 сигнал известной формы, например синусоиду с частотой, равной половине частоты следования символов. В начале первого этапа блок 7 сигнального процессора оптимизирует усиление первого и второго программируемых усилителей 23 и 26. При этом на входе АЦП 27 устанавливается минимальное значение помехи и оптимальное значение амплитуды полезного сигнала (75% от полной шкалы используемого АЦП). Затем производится настройка адаптивного корректора. Он восстанавливает искаженный каротажным кабелем сигнал данных. После настройки адаптивный корректор переключается на прием данных. В дальнейшем блок 7 сигнального процессора постоянно отслеживает величину ошибки откорректированного сигнала и оптимизирует ее, изменяя параметры адаптивного корректора.

На втором этапе производится адаптация вспомогательного канала передачи данных. Она заключается в настройке передающих узлов наземной части 1 системы, а именно в оптимизации параметров передаваемого информационного сигнала для обеспечения устойчивого приема его скважинной частью 2. Такими параметрами являются амплитуда, частота и фаза. Частоту блок 7 сигнального процессора определяет на первом этапе, выделяя ее из сигнала известной формы, переданного скважинной частью. Для определения оптимальных значений амплитуды и фазы блок 7 сигнального процессора через наземный модулятор 5 генерирует в скважинную часть 2 сигнал специальной формы, например синусоиду с частотой, равной половине частоты следования символов во вспомогательном канале. Этот сигнал через геофизический кабель 3 и полосовой фильтр 18 поступает на аналоговый вход микропроцессора 13. Внутренний АЦП микропроцессора 13 измеряет его, после чего цифровые значения этого сигнала передаются в наземную часть 1 по основному каналу передачи данных в блок 7 сигнального процессора. По этим значениям блок 7 сигнального процессора вычисляет поправки, которые следует внести в генерируемый сигнал, чтобы он устойчиво принимался скважинной частью 2. На протяжении дальнейшей работы блок 7 сигнального процессора постоянно отслеживает параметры сигнала на аналоговом входе микропроцессора 13 и при необходимости вносит в него соответствующие коррективы.

После окончания процесса адаптации система переходит в рабочий режим. При этом с выхода корректора сигнал поступает на демодулятор, реализованный программно в блоке 7 сигнального процессора. Демодулятор работает по одному из известных алгоритмов, например [9] стр. 53. Данные с выхода демодулятора направляются блоком 7 сигнального процессора в компьютер 8 для отображения, обработки и регистрации.

Компьютер 8 по команде оператора формирует управляющую информацию, которая при помощи блока 7 сигнального процессора и наземного модулятора 5 передается по вспомогательному каналу передачи данных в скважинную часть 2. На фигуре 9 приведена форма сигнала вспомогательного канала (выход усилителя 22 мощности постоянного тока за вычетом постоянной составляющей - напряжения питания скважинной части 2) для случая применения квазитроичного кодирования при передаче двоичной последовательности:...00011110100011001011000...₂. При этом полученная из этой двоичной последовательности квазитроичная последовательность пропущена через фильтр для ограничения спектра в высокочастотной области (справа от f₁). Это необходимо для исключения попадания спектральных составляющих вспомогательного канала в область 35 частот основного канала. В данном случае применен фильтр "приподнятого косинуса", описанный в [3], формула (4.9) стр. 108. Преобразование двоичной последовательности в квазитроичную и фильтрация "приподнятым косинусом" производится программно в блоке 7 сигнального процессора. Полученный цифровой сигнал вспомогательного канала с информационного выхода блока 7 сигнального процессора поступает во 2-й ЦАП 20, расположенный в наземном модуляторе 5, и далее в аналоговой форме на первый вход усилителя 22 мощности постоянного тока. Одновременно на второй вход усилителя 22 мощности постоянного тока с выхода третьего ЦАП 21 поступает задаваемый блоком 7 сигнального процессора уровень постоянной составляющей напряжения питания скважинной части, сигналы первого и второго входов усилителя 22 мощности постоянного тока складываются, усиливаются по мощности и через согласующее устройство поступают в геофизический кабель 3.

Таким образом, происходит передача в реальном времени результатов измерений геофизической и служебной информации на поверхность и управляющей информации в скважину.

Заявляемая система может найти применение в геофизических исследованиях скважин и межскважинного пространства, где требуется высокая скорость передачи данных в реальном времени.

Источники информации
1. Адаптивная телеметрическая система для каротажа в условиях агрессивных сред. Патент США 5365229, МКИ G 01 V 1/00, зарегистрирован 5 ноября 1994 г.

2. Усовершенствованная цифровая телеметрическая система для передачи данных по одножильному кабелю с возможностью многоуровневого коррелятивного кодирования и адаптивным корректором. Патент США 5010333, МКИ G 01 V 1/00, зарегистрирован 23 апреля 1991 г.

3. Захарченко Н. В., Нудельман П. Я., Кононович В. Г. Основы передачи дискретных сообщений. - М.: Радио и связь, 1990, стр. 108, 117.

4. Капустян В. И. Активные RC-фильтры высокого порядка. - М.: Радио и связь, 1985 г., стр. 216.

5. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах, 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1988 г., стр. 27, 38.

6. AD9260 Data Sheet, www.http://www.analog.com.

7. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М., МИР, 1982 г., стр. 213, 271.

8. Прокис Дж. Цифровая связь. - М.: Радио и связь, 2000 г., стр. 151.

9. Application Book. , DSP Solutions for Telephony and Data/Facsimile Modems, 1997, Texas Instruments Incorporated, стр. 53.

10. Резисторы (справочник). Под редакцией И. И. Четверткова. - М.: Энергоиздат, 1981 г., стр. 80.

11. Integrated Circuits Data Book, 1990, MAXIM integrated products, Inc, USA.

12. ADSP-2106x SHARC User's Manual, www.http://www.analog.com.

13. AD974 Data Sheet, www.http://www.analog.com.

14. Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Выпуск 1, М., До дека, 1996 г.

15. PIC18СХХ2 Data Sheet Microchip Technology Incorporated. Printed in the USA, 11/99.

16. AD9853 Data Sheet, www.http://www.analog.com.

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин. Сущность: информационно-измерительная система включает в себя соединенные между собой геофизическим кабелем наземную и скважинную части. Наземная часть содержит компьютер, наземный модулятор, наземный приемник, блок сигнального процессора, согласующее устройство, технологический многоканальный АЦП с соответствующими связями. Скважинная часть содержит группу геофизических датчиков, измерительный блок, микропроцессор, скважинный модулятор с введенным в него блоком цифрового синтезатора, полосовой фильтр, блок питания с соответствующими связями. Технический результат - увеличение скорости передачи данных. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Информационно-измерительная система для геофизических исследований скважин, включающая в себя соединенные между собой геофизическим кабелем наземную часть и скважинную часть, причем наземная часть состоит из компьютера, наземного модулятора, наземного приемника, а скважинная часть состоит из группы геофизических датчиков, измерительного блока, микропроцессора, скважинного модулятора, полосового фильтра, а также блока питания скважинной части, выход которого подключен ко входам питания всех устройств скважинной части, при этом выходы группы геофизических датчиков подключены к первой группе входов измерительного блока, информационный выход которого подключен к информационному входу микропроцессора, управляющий выход которого подключен к управляющему входу измерительного блока, а к аналоговому входу микропроцессора подключен выход полосового фильтра, к информационному выходу микропроцессора подключен вход скважинного модулятора, выход которого и вход полосового фильтра подключены к геофизическому кабелю, к которому также подключен вход блока питания скважинной части, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены в наземную часть: блок сигнального процессора, согласующее устройство и технологический многоканальный аналого-цифровой преобразователь (технологический многоканальный АЦП), в скважинную часть: группа технологических датчиков, а в скважинный модулятор дополнительно введен блок цифрового синтезатора, при этом к первому информационному входу блока сигнального процессора подключен информационный выход наземного приемника, к первому управляющему выходу блока сигнального процессора подключен управляющий вход наземного приемника, к информационному выходу блока сигнального процессора подключен вход наземного модулятора, вход-выход блока сигнального процессора соединен со входом-выходом наземного компьютера, при этом вход-выход согласующего устройства соединен с геофизическим кабелем, ко входу согласующего устройства подключен выход наземного модулятора, а к первому аналоговому выходу согласующего устройства подключен первый аналоговый вход наземного приемника, ко второму аналоговому выходу согласующего устройства подключен второй аналоговый вход наземного приемника, при этом первый аналоговый вход технологического многоканального АЦП подключен к первому измерительному выходу согласующего устройства, а второй аналоговый вход технологического многоканального АЦП подключен ко второму измерительному выходу согласующего устройства, информационный выход технологического многоканального АЦП подключен ко второму информационному входу блока сигнального процессора, а второй управляющий выход блока сигнального процессора подключен к управляющему входу технологического многоканального АЦП, при этом в скважинной части выходы группы технологических датчиков подключены ко второй группе входов измерительного блока, вход блока цифрового синтезатора, являющийся входом скважинного модулятора, подключен к информационному выходу микропроцессора, а выход блока цифрового синтезатора подключен ко входу первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП), выход которого подключен ко входу линейного усилителя, сигнальный выход линейного усилителя, являющийся выходом скважинного модулятора, подключен к геофизическому кабелю. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что наземный модулятор состоит из второго и третьего ЦАП и усилителя мощности постоянного тока, выход которого, являющийся выходом наземного модулятора, подключен ко входу согласующего устройства, а объединенные входы второго и третьего ЦАП, являющиеся входом наземного модулятора, подключены к информационному выходу блока сигнального процессора, причем выходы второго и третьего ЦАП подключены соответственно к первому и второму входам усилителя мощности постоянного тока. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что наземный приемник состоит из первого и второго программируемых усилителей, вычитателя, фильтра высоких частот и АЦП, при этом аналоговый вход первого программируемого усилителя, являющийся первым аналоговым входом наземного приемника, подключен к первому аналоговому выходу согласующего устройства, а объединенные управляющие входы первого и второго программируемых усилителей, являющиеся управляющим входом наземного приемника, подключены к первому управляющему выходу блока сигнального процессора, выход первого программируемого усилителя подключен к первому входу вычитателя, ко второму входу которого подключен второй аналоговый выход согласующего устройства, а выход вычитателя подключен ко входу фильтра высоких частот, выход которого подключен к аналоговому входу второго программируемого усилителя, при этом выход программируемого усилителя подключен ко входу АЦП, выход АЦП подключен к первому информационному входу блока сигнального процессора. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что согласующее устройство состоит из согласующего резистора, первый вывод которого является одновременно входом согласующего устройства, первым измерительным выходом согласующего устройства и первым аналоговым выходом согласующего устройства, а второй вывод согласующего резистора является одновременно входом/выходом согласующего устройства, вторым измерительным выходом согласующего устройства и вторым аналоговым выходом согласующего устройства.