СПОСОБ ВКЛЮЧЕНИЯ ПИТАНИЯ АВТОНОМНОГО СКВАЖИННОГО ПРИБОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2005 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к технике для геофизических исследований скважин автономными приборами и геолого-технологических исследований в процессе бурения.

Известен инклинометр автономный, содержащий кожух, блок питания и электронные компоненты (Патент на полезную модель РФ №15913, М.кл.: Е 21 В 47/12, Бюл. №32, 2000).

Недостатком этого устройства является то, что необходимо, перед снаряжением прибора защитным кожухом, производить включение блока питания механическим способом. Это приводит к неэффективному использованию автономного источника питания.

Известен автономный комплексный скважинный прибор, содержащий источники автономного питания и электронные схемы с датчиками (Патент на полезную модель РФ №24506, М.кл.: Е 21 В 47/00, Бюл. №22, 2002).

Недостатком этого устройство является то, что источники питания размещены в общей герметичной камере с электронным блоком прибора, поэтому, перед снаряжением камеры охранным кожухом, необходимо механическое включение источников автономного питания. Это приводит к неэффективному использованию автономных источников питания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является автономный узел бурового устройства, совмещенный с буровой коронкой, содержащий источник автономного питания и электронные схемы с датчиками (Заявка №2312905, Великобритания, МПК Е 21 В 7/06 / John Denzil Barr; Canco Drilling Group Ltd. - №9609659.9; Заявл.09.05.96; НПК EIF FCU).

Недостатком этого устройства является то, что источник автономного питания и электронные схемы расположены в углублениях на корпусе прибора в связи с тем, что центральная часть устройства представляет собой полый канал для прохождения бурового раствора к буровой коронке. Поэтому процесс подготовки прибора для спуска в скважину в полевых условиях представляет собой трудоемкую задачу в связи с необходимостью механического включения источника питания. При включении источника автономного питания, заранее, в лабораторных условиях приводит к неэффективному использованию источника питания и к снижению автономности скважинного прибора.

Задачей изобретения является повышение автономности прибора за счет уменьшения энергопотребления.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе включение питания электронной схемы осуществляется непосредственно перед спуском прибора в скважину, путем воздействия магнитным полем от внешнего постоянного магнита на интеллектуальный электронный ключ с датчиком магнитного поля через корпус прибора, затем производится выдержка времени, необходимого для наземного тестирования автономного скважинного прибора и перевод интеллектуального электронного ключа в дежурный режим с микропотреблением, с последующим отключением электронной схемы от автономного источника питания путем снятия воздействия от внешнего постоянного магнита. В процессе работы скважинного прибора в скважине подключение автономного источника питания к электронной схеме прибора осуществляется путем воздействия импульса изменения давления скважинной жидкости на интеллектуальный электронный ключ.

Сущность способа состоит в том, что включение питания электронной схемы осуществляется путем воздействия постоянным магнитом через корпус скважинного прибора на магниторезистор, который входит в состав интеллектуального электронного ключа. Корпус скважинного прибора изготавливается из диамагнитного материала, например из титана. Магнитное поле, проходя сквозь корпус прибора, воздействует на магниторезистор и меняет его электрическое сопротивление, что является толчком для включения интеллектуального электронного ключа. Внешний постоянный магнит находится в зоне действия на магниторезистор в течение времени, необходимом для наземного тестирования скважинного прибора. После прекращения действия магнита интеллектуальный электронный ключ переходит в дежурный режим с микропотреблением.

В процессе работы автономного прибора в скважине, при превышении расхода бурового раствора некоторого порогового значения, срабатывает реле расхода, который входит в состав интеллектуального электронного ключа, при этом автономный источник питания подключается к электронной схеме. При снижении расхода бурового раствора некоторого порового значения в интеллектуальном электронном ключе запускается таймер контрольного времени, который учитывает возможную остановку прокачки бурового раствора при технологических операциях, например наращивание бурильных труб. Если за контрольное время расход не восстановился, интеллектуальный электронный ключ переходит в дежурный режим с отключением питания электронной схемы, если расход восстановился, таймер контрольного времени отключается, электронная схема от автономного источника питания не отключается.

Для реализации способа предлагается устройство для включения питания автономного скважинного прибора.

Задачей изобретения является повышение автономности прибора за счет уменьшения энергопотребления.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для включения питания автономного скважинного прибора, содержащего источник питания и электронную схему, помещено в сочлененный с автономным скважинным прибором переводник из диамагнитного материала, разделенный дросселирующим клапаном на две зоны, и содержит корпус из диамагнитного материала, пропущенный через центральное отверстие клапана и расположенную в корпусе мембрану с подводом к ней каналов, заполненных жидкостью, неподверженной температурному расширению, например кремнийорганической, и, изолированных от скважинной жидкости эластичных компенсаторов, воспринимающих давление скважинной жидкости в отдельных зонах, при этом измерительная мембрана снабжена тензорезисторами, которые через гермовводы соединены с интеллектуальным электронным ключом, введенным в устройство для включения источника питания электронной схемы автономного скважинного прибора.

Кроме того, интеллектуальный электронный ключ содержит измерительный полумост с инструментальным усилителем, первый компаратор, магниторезистор с инструментальным усилителем, второй компаратор, однокристальный микропроцессор, электронный ключ, причем измерительные диагонали полумоста соединены с измерительными диагоналями тензорезистивного полумоста, расположенными на измерительной мембране, выход полумоста с инструментальным усилителем соединен с первым компаратором, выход которого соединен с первым входом однокристального микропроцессора, магниторезистор с инструментальным усилителем соединен со вторым компаратором, выход которого соединен со вторым входом однокристального микропроцессора, выход микропроцессора соединен с входом управления электронного ключа, вход электронного ключа соединен с автономным источником питания, выход электронного ключа соединен с электронной схемой.

Также компенсаторы выполнены из маслостойкой резины, а корпус автономного скважинного прибора выполнен из диамагнитного материала.

Существенным отличием предлагаемого устройства является то, что оно снабжено переводником, измерительной мембраной с закрепленными на ней с одной стороны тензорезисторами, каналами, заполненными жидкостью, для подвода давления к измерительной мембране с одной и другой стороны, изолированными от скважины эластичными компенсаторами, клапаном с отверстиями для циркуляции бурового раствора, гермовводами, интеллектуальным электронным ключом, причем корпус прибора пропущен через центральное отверстие клапана и соединен с ним, а клапан закреплен внутри переводника таким образом, чтобы через отверстия, расположенные вокруг центрального отверстия, циркулировал буровой раствор, тензорезисторы через гермовводы соединены с интеллектуальным электронным ключом. Интеллектуальный электронный ключ содержит измерительный полумост с инструментальным усилителем, первый компаратор, магниторезистор с инструментальным усилителем, второй компаратор, однокристальный микропроцессор, электронный ключ, причем измерительные диагонали полумоста соединены с измерительными диагоналями тензорезистивного полумоста, расположенными на измерительной мембране, выход полумоста с инструментальным усилителем соединен с первым компаратором, выход которого соединен с первым входом однокристального микропроцессора, магниторезистор с инструментальным усилителем соединен со вторым компаратором, выход которого соединен со вторым входом однокристального микропроцессора, выход микропроцессора соединен с входом управления электронного ключа, вход электронного ключа соединен с автономным источником питания, выход электронного ключа соединен с электронной схемой. В качестве жидкости в каналах подвода давления к мембране используется кремнийорганическая жидкость.

На чертеже изображена структурная схема устройства для запуска автономного скважинного прибора.

Устройство для запуска автономного скважинного прибора (см. чертеж) содержит переводник 1, обтекатель 2, каналы подвода давления с одной стороны измерительной мембраны 3, компенсатор с одной стороны измерительной мембраны 4, корпус 5, клапан 6, отверстия клапана 7, измерительную мембрану 8, тензорезисторы 9, соединительные провода 10, каналы подвода давления с другой стороны измерительной мембраны 11, компенсатор с другой стороны измерительной мембраны 12, гермовводы 13, баростойкий отсек 14, разъем 15, направляющий 16, измерительный полумост с инструментальным усилителем 17, первый компаратор 18, однокристальный микропроцессор 19, магниторезистор с инструментальным усилителем 20, второй компаратор 21, линию соединения 22 с автономным источником питания 25, электронный ключ 23, линию соединения 24 с электронной схемой 26 автономного скважинного прибора 27.

Устройство работает следующим образом.

Корпус устройства прибора 5 и переводник 1 изготавливаются из диамагнитного материала, например из титана. В корпусе 5 расположена измерительная мембрана 8, на которой закреплены тензорезисторы 9. Тензорезисторы 9 электрически соединены между собой и образуют измерительный полумост. В корпусе 5 имеются каналы для подвода давления 3 с одной стороны мембраны 8 и каналы для подвода давления 11 с другой стороны мембраны 8. Каналы подвода давления с одной и другой стороны мембраны изолированы от скважины эластичными компенсаторами 4 и 12 соответственно. Компенсаторы изготавливаются из маслостойкой резины. Баростойкий отсек 14 изолирован от каналов для подвода давления 11 с другой стороны гермовводами 13. Измерительные диагонали тензорезистивного полумоста через гермовводы подключаются к измерительным диагоналям измерительного полумоста с инструментальным усилителем 17. Линия соединения 22 с автономным источником питания 25 и линия соединения 24 с электронной схемой 26 соединены с контактами разъема 15. Корпус 5 устройства пропущен через центральное отверстие клапана 6 и соединен с ним, а клапан 6 закреплен внутри переводника 1 таким образом, чтобы через отверстия 7, расположенные вокруг центрального отверстия, циркулировал буровой раствор. Электронная схема и автономный источник питания расположены в отдельном баростойком корпусе из диамагнитного материала 27, который на одном конце имеет ответную часть разъема 15 и гнездо для направляющего 16.

Перед спуском автономного прибора в скважину устройство для включения питания автономного скважинного прибора соединяется герметично с отдельным баростойким корпусом при помощи разъема 15 и направляющего 16. Переводник 1 соединяется с бурильной трубой из диамагнитного материала (не показано). Для тестирования электронной схемы на поверхности в зону нахождения магниторезистора подносится постоянный магнит. Так как бурильная труба, переводник 1 и корпус 5 изготовлены из диамагнитного материала, магнитное поле проходит сквозь них, воздействует на магниторезистор 20, изменяя его электрическое сопротивление. Это изменение сопротивления включает питание интеллектуального электронного ключа, при этом изменение сопротивления при помощи инструментального усилителя 20 преобразуется в электрический сигнал и выделяется компаратором 21. Сигнал с компаратора 21 подается на второй вход однокристального микропроцессора 19, который обнаруживает этот сигнал и включает электронный ключ 23. При этом линия 22 соединяется с линией 24, источник автономного питания соединяется с электронной схемой. При снятии воздействия от внешнего постоянного магнита уровень сигнала на выходе компаратора 18 меняется, что обнаруживается микропроцессором 19. Микропроцессор выключает электронный ключ 23. Интеллектуальный электронный ключ переходит в дежурный режим с микропотреблением.

При нахождении автономного прибора в скважине, когда начинается прокачка бурового раствора, поток Q, огибая обтекатель 2, устремляется через отверстия 7 клапана 6 к забою. Отверстия 7 для потока Q представляют собой гидросопротивление. Поэтому давление Р1 до отверстия больше давления Р2 после отверстия, происходит перепад давления на ΔР=Р1-Р2. Этот перепад давления ΔР прямо пропорцианально расходу бурового раствора через отверстия 7: чем больше расход, тем больше перепад давления ΔР. Давление Р1 через эластичный компенсатор 4 по жидкости, заполненной в каналы 3, воздействует на измерительную мембрану 8 с одной стороны. Давление Р2 через эластичный компенсатор 12 по жидкости, заполненной в каналы 11, воздействует на измерительную мембрану 8 с другой стороны. При этом мембрана деформируется под действием разности давления ΔР, эта деформация передается на тензорезисторы 9, которые меняют при этом свое электрическое сопротивление. Это изменение сопротивления приводит к разбалансировке измерительного моста, образованного тензорезистивным полумостом и измерительным полумостом 17. Разбалансировка измерительного моста выделяется инструментальным усилителем 17. При достижении сигнала на выходе инструментального усилителя 17 некоторого порогового значения меняется уровень сигнала на выходе компаратора 18, который подключен к первому входу микропроцессора 19. Микропроцессор обнаруживает этот сигнал и включает электронный ключ 23. При этом линия 22 соединяется с линией 24, источник автономного питания соединяется с электронной схемой. При уменьшении расхода бурового раствора ниже порогового уровня происходит изменение уровня сигнала на выходе компаратора 18, который обнаруживается микропроцессором 19. При этом микропроцессор запускает внутренний таймер контрольного времени. Если за контрольное время компаратор восстановит уровень сигнала на выходе, то таймер контрольного времени выключается и питание электронной схемы не отключается. Если за контрольное время уровень сигнала на выходе компаратора 18 не восстанавливается, то интеллектуальный электронный ключ переходит в дежурный режим с микропотреблением, а питание электронной схемы выключается.

В дежурном режиме ток потребления интеллектуального электронного ключа составляет единицы микроампер.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет повышенную автономность за счет уменьшения энергопотребления, так как электронная схема потребляет электрическую энергию только при проходке скважины. Начало проходки определяется по превышению ΔР некоторого порогового уровня или по пороговому расходу бурового раствора. Пороговый расход бурового раствора определяется началом работы забойного двигателя. Измерительная мембрана с тензорезисторами, измерительный полумост с инструментальным усилителем и первый компаратор по сути образуют реле расхода.

Изобретение относится к области исследований скважин автономными приборами и может быть использовано для геофизических и геолого-технологических исследований, в том числе в процессе бурения. Устройство для включения питания расположено в сочлененном с автономным скважинным прибором переводнике из диамагнитного материала, разделенном дросселирующим клапаном на две зоны, и содержит корпус из диамагнитного материала, пропущенный через центральное отверстие клапана, и расположенную в корпусе мембрану с подводом к ней каналов, и изолированных от скважинной жидкости эластичных компенсаторов, воспринимающих давление скважинной жидкости в отдельных зонах. Каналы заполнены жидкостью, не подверженной температурному расширению, например кремнийорганической. Указанная измерительная мембрана снабжена тензорезисторами, которые через гермовводы соединены с интеллектуальным электронным ключом, введенным в устройство для включения источника питания электронной схемы автономного скважинного прибора. Возможно выполнение корпуса автономного скважинного прибора из диамагнитного материала. Компенсаторы могут быть выполнены из маслостойкой резины. Интеллектуальный электронный ключ может содержать измерительный полумост с инструментальным усилителем, первый компаратор, магниторезистор с инструментальным усилителем, второй компаратор, однокристальный микропроцессор и электронный ключ. Непосредственно перед спуском прибора в скважину воздействуют магнитным полем от внешнего постоянного магнита на интеллектуальный электронный ключ с датчиком магнитного поля через корпус прибора, осуществляя электрическое подсоединение источника питания к электронной схеме. Производят выдержку времени, необходимого для наземного тестирования автономного скважинного прибора. Осуществляют перевод интеллектуального электронного ключа в дежурный режим с микропотреблением с последующим отключением электронной схемы от автономного источника питания путем снятия воздействия от внешнего постоянного магнита. В процессе работы скважинного прибора в скважине подключение автономного источника питания к электронной схеме прибора осуществляют путем воздействия импульса изменения давления скважинной жидкости на интеллектуальный электронный ключ. Изобретение направлено на повышение автономности прибора за счет уменьшения энергопотребления. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ включения питания автономного скважинного прибора, содержащий операции электрического подсоединения или отсоединения автономного источника питания к электронной схеме прибора, отличающийся тем, что электрическое подсоединение источника питания к электронной схеме осуществляют непосредственно перед спуском прибора в скважину путем воздействия магнитным полем от внешнего постоянного магнита на интеллектуальный электронный ключ с датчиком магнитного поля через корпус прибора, производят выдержку времени, необходимого для наземного тестирования автономного скважинного прибора, и перевод интеллектуального электронного ключа в дежурный режим с микропотреблением с последующим отключением электронной схемы от автономного источника питания путем снятия воздействия от внешнего постоянного магнита, а в процессе работы скважинного прибора в скважине подключение автономного источника питания к электронной схеме прибора осуществляют путем воздействия импульса изменения давления скважинной жидкости на интеллектуальный электронный ключ.2. Устройство для включения питания автономного скважинного прибора, содержащего источник питания и электронную схему, отличающееся тем, что указанное устройство помещено в сочлененный с автономным скважинным прибором переводник из диамагнитного материала, разделенный дросселирующим клапаном на две зоны, и содержит корпус из диамагнитного материала, пропущенный через центральное отверстие клапана, и расположенную в корпусе мембрану с подводом к ней каналов, заполненных жидкостью, неподверженной температурному расширению, например кремнийорганической, и изолированных от скважинной жидкости эластичных компенсаторов, воспринимающих давление скважинной жидкости в отдельных зонах, при этом измерительная мембрана снабжена тензорезисторами, которые через гермовводы соединены с интеллектуальным электронным ключом, введенным в устройство для включения источника питания электронной схемы автономного скважинного прибора.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что интеллектуальный электронный ключ содержит измерительный полумост с инструментальным усилителем, первый компаратор, магниторезистор с инструментальным усилителем, второй компаратор, однокристальный микропроцессор, электронный ключ, причем измерительные диагонали полумоста соединены с измерительными диагоналями тензорезистивного полумоста, расположенными на измерительной мембране, выход полумоста с инструментальным усилителем соединен с первым компаратором, выход которого соединен с первым входом однокристального микропроцессора, магниторезистор с инструментальным усилителем соединен со вторым компаратором, выход которого соединен со вторым входом однокристального микропроцессора, выход микропроцессора соединен с входом управления электронного ключа, вход электронного ключа соединен с автономным источником питания, выход электронного ключа соединен с электронной схемой.4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что компенсаторы выполнены из маслостойкой резины.5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что корпус автономного скважинного прибора выполнен из диамагнитного материала.