СКВАЖИННЫЙ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2011 года по МПК E21B47/00 E21B47/12 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области геофизических исследований скважин, а именно к устройствам для осуществления измерения и контроля параметров скважины.

Известно устройство контроля за разработкой и эксплуатацией газовой скважины, содержащее корпус цилиндрической формы, сверху которого находится узел стыковки с каротажным кабелем. В самом корпусе установлены датчики расхода осевого потока и горизонтального потока газа, датчики влажности, давления, шума, температуры, гамма-каротажа, локатора муфт, блок питания и электронные платы, на корпусе установлен центратор, центрирующий само устройство по оси скважины (см. патент RU 2230903, МПК Е21В 47/00).

Недостатком устройства является узкая область применения, так как число и порядок следования датчиков строго определяются при изготовлении и не поддаются изменению при необходимости оперативного расширения для проведения дополнительных измерений.

Известен комплексно-комбинированный прибор для каротажа скважин, содержащий скважинную часть, соединенную линией связи (каротажным кабелем) с наземной частью. Скважинная часть включает несколько скважинных зондов, каждый из которых содержит блок согласования с линией связи, в состав которого входят трансформаторы и блок питания, и измерительные зонды, каждый из которых содержит последовательно соединенные датчики сигналов, коммутатор и преобразователь измерительной информации (см. патент SU 1087939, МПК G01V 11/00).

Однако как перечень, так и порядок следования данных, считываемых с зондов скважинной части, задается при изготовлении прибора и не подлежит изменению в процессе эксплуатации. Кроме того, отсутствует возможность задавать по линии связи индивидуальные настроечные коэффициенты, режимы работы и алгоритмы обработки датчиков.

Известен комплексный прибор для исследования скважин, содержащий цилиндрический корпус, прикрепленный к каротажному кабелю, в котором размещены датчики с электронными схемами. С торцов цилиндрического корпуса выполнены стыковочные узлы, на разъемы которых выведена информационная шина для присоединения дополнительных модулей как снизу, так и сверху, а по контактам разъемов стыковочных узлов проведена сквозная электрическая цепь, соединяющая один из контактов приборной головки с одним из контактов разъема нижнего стыковочного узла для подключения дополнительного прибора с однопроводным интерфейсом. Прибор дополнительно содержит двунаправленную линию связи и энергонезависимую память, управляемую микроконтроллером, для загрузки и сохранения в ней индивидуальных настроечных коэффициентов прибора, режимов работы и алгоритмов обработки датчиков без вскрытия корпуса (см. патент на ПМ RU 61342, МПК Е21В 47/00). Известное устройство принято за прототип.

Недостаток прототипа заключается в ограниченном количестве комплексных приборов, собираемых в одну связку, обусловленном наличием отдельной линии для каждого модуля, в то время как стыковочные узлы способны вмещать только определенное количество жил. К тому же соответствие получаемых данных конкретному комплексному прибору в связке (конфигурация) задается вручную оператором.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является расширение функциональных возможностей и области применения контрольно-измерительного комплекса.

Технический результат заключается в обеспечении возможности объединения в контрольно-измерительном комплексе произвольного количества модулей, предотвращении появления ошибочных данных за счет автоматизации процесса конфигурации модулей в комплексе.

Заявленный технический результат достигается тем, что скважинный контрольно-измерительный комплекс содержит последовательно соединенные между собой модуль телеметрии и, по крайней мере, один связочный модуль, каждый из которых включает блок питания, соединенный с блоком обработки информации, блоком памяти и блоком согласования уровней сигнала, а блок обработки информации соединен с блоком памяти и блоком согласования уровней сигнала, при этом, по крайней мере, один из модулей содержит блок датчиков параметров скважины, соединенный с блоком обработки информации, а модуль телеметрии дополнительно содержит блоки выделения и формирования информационного сигнала, каждый из которых соединен с блоками питания и обработки информации, блоки питания, выделения и формирования информационного сигнала соединены при помощи геофизического кабеля с наземной аппаратурой, включающей источник питания и информационного сигнала, блоки согласования уровней сигнала модуля телеметрии и соединенного с ним связочного модуля соединены между собой посредством линии питания и/или связи. Блоки питания модуля телеметрии и связочного модуля соединены между собой посредством линии питания и/или связи. Блок датчиков параметров скважины содержит датчик для электрического и/или акустического каротажа, и/или ядерно-геофизических исследований, и/или газового каротажа, и/или термокаротажа, и/или кавернометрии, и/или расходометрии, и/или барометрии. Каждый модуль комплекса содержит ключ, выполненный с возможностью отключения блока питания и/или блока согласования уровней сигнала соединенного с ним модуля от общей линии питания и/или связи. Модуль телеметрии содержит блок сопряжения, соединяющий геофизический кабель с блоками питания, выделения и формирования информационного сигнала модуля телеметрии. Связочный модуль содержит блок сопряжения, подключенный к линии питания и/или связи, соединяющей блоки согласования уровней сигнала модуля телеметрии и связочного модуля. Комплекс включает, по крайней мере, два связочных модуля, каждый из которых содержит дополнительный блок согласования уровней сигнала, подключенный к блоку питания и блоку обработки информации модуля, при этом дополнительный блок согласования уровней сигнала каждого связочного модуля соединен с блоком согласования уровней сигнала следующего связочного модуля.

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 представлена структурная схема модуля телеметрии (головного модуля) и связочных модулей при фантомной схеме питания головного и связочных модулей;

на фиг.2 представлена структурная схема модуля телеметрии при фантомной схеме питания головного модуля и отдельной линии питания связочных модулей;

на фиг.3 представлена структурная схема модуля телеметрии при питании головного модуля по отдельной жиле кабеля и отдельной линии питания связочных модулей;

на фиг.4 представлена структурная схема связочного модуля при питании по отдельной жиле кабеля;

на фиг.5 представлена структурная схема модуля телеметрии и связочных модулей с ключом на линии питания при фантомной схеме питания модуля телеметрии и связочных модулей;

на фиг.6 представлена структурная схема модуля телеметрии с ключом на линии питания при фантомной схеме питания модуля телеметрии и отдельной линии питания связочных модулей;

на фиг.7 представлена структурная схема модуля телеметрии с ключом на линии питания при питании по отдельной жиле кабеля и отдельная линия питания связочных модулей;

на фиг.8 представлена структурная схема связочных модулей с ключом на информационном канале и питанием по отдельной жиле кабеля;

на фиг.9 представлена структурная схема связочного модуля с ключом на линии питания и параллельным включением блока сопряжения при фантомной схеме питания связочных модулей.

  Позициями на чертежах обозначены: 1 - геофизический кабель; 2 - модуля телеметрии (головной модуль); 3 - связочный модуль; 4 - блок сопряжения; 5 - блок питания; 6 - блок выделения информационного сигнала; 7 - блок формирования информационного сигнала; 8 - блок обработки информации; 9 - блок памяти; 10 - блок согласования уровней сигнала; 11 - линия связи; 12 - линия питания; 13 - блок датчиков; 14 - ключ.

Скважинный контрольно-измерительный комплекс содержит один модуль телеметрии 2, являющийся головным модулем, и произвольное количество связочных 3 модулей, при этом связочные модули соединены между собой последовательно, а первый в связке связочный модуль соединен с головным модулем.

Головной модуль (модуль телеметрии) посредством геофизического кабеля 1 соединен с наземной аппаратурой - источником электропитания (постоянного либо переменного тока и напряжения) и приемопередатчиком информационных сигналов, управляемым персональным компьютером (на чертеже не показаны). Для подачи электропитания к комплексу и обмена информационными сигналами между модулями и наземной аппаратурой могут использоваться как одни и те же провода геофизического кабеля, при этом информационные сигналы могут иметь различный способ модуляции (амплитудный, частотный, фазовый или комбинированный), так и отдельные жилы кабеля. При фантомной схеме питания информационные сигналы передают по жилам питания геофизического кабеля, в этом случае головной модуль содержит два блока сопряжения 4, блок питания 5 и соединенные с ним два блока 6 выделения информационного сигнала, два блока 7 формирования информационного сигнала, блок 8 обработки информации, блок памяти 9 и блок датчиков 13 (фиг.1). Первый блок сопряжения 4 головного модуля соединен с геофизическим кабелем 1 и предназначен для выделения информационных сигналов из линии питания и добавления информационных сигналов в линию питания геофизического кабеля. Второй блок сопряжения соединен с линией связи 11, предназначенной для подключения следующего в комплексе связочного модуля. В качестве блока сопряжения могут быть использованы разделительные конденсаторы, фантомные трансформаторы и т.п. Возможно подключение модуля телеметрии по фантомной схеме при использовании отдельных линий для питания 12 и связи 11 при подключении связочных модулей. В этом случае нет необходимости во вторых блоках сопряжения, выделения и формирования, головной модуль содержит один блок сопряжения 4, блок питания 5, по одному блоку выделения 6 и формирования 7 информационного сигнала, блок обработки информации 8, блок памяти 9, блок датчиков 13, а также дополнительно содержит блок 10 согласования уровней сигнала (фиг.2). При использовании отдельных жил геофизического кабеля для электропитания и обмена информационными сигналами необходимости в первом блоке 4 нет, поэтому он отсутствует (фиг.3). Если головной модуль не предназначен для измерений, а служит только для обеспечения связи с наземной аппаратурой, блок датчиков 13 отсутствует. Блок питания 5 предназначен для преобразования питающего тока и напряжения, передаваемого по каротажному кабелю, в напряжения, необходимые для работы электронных блоков модуля. Блок питания соединен с блоком сопряжения или с питающими жилами геофизического кабеля и, соответственно, со всеми потребителями электроэнергии в модуле: блоками выделения 6 и формирования 7 информационного сигнала, обработки информации 8, памяти 9, согласования 10 уровней сигнала и блоком датчиков 13. Блок сопряжения 4 (см. фиг.1 и 2) или питающие жилы геофизического кабеля (см. фиг.3) соединены с линией питания 12, к которой подключены блоки питания 5 связочных модулей 3. Блок сопряжения 4 (см. фиг.1 и 2) или сигнальные жилы геофизического кабеля (см. фиг.3) соединены с блоком 6 выделения информационного сигнала от наземной аппаратуры, предназначенным для преобразования аналогового сигнала в цифровой и соединенным со входом цифрового сигнала блока 8 обработки информации. Выход цифрового сигнала блока обработки информации соединен с блоком 7 формирования информационного сигнала от головного модуля 2 (модуля телеметрии) к наземной аппаратуре, предназначенным для преобразования цифрового сигнала в аналоговый и его усиления и соединенным с блоком 4 (см. фиг.1 и 2) либо с сигнальными жилами геофизического кабеля (см. фиг.3). Блок обработки информации 8 соединен с блоком памяти 9, хранящим исполняемую программу, тарировочные коэффициенты, служебные данные (заводской номер, версию исполняемой программы, точки записи и т.п.), а также получаемый в процессе автоматической конфигурации порядковый номер модуля в комплексе. Блок памяти также хранит идентификатор, по которому из базы данных программы обработки телеметрии, находящейся на компьютере оператора, извлекается информация о том, какой конкретно это модуль, и о его наборе датчиков; блок 9 может быть как встроенным в микропроцессор блока обработки информации 8, так и собранным из отдельных элементов. К блоку обработки информации также подключен блок датчиков 13, содержащий один или несколько датчиков (температуры, давления, плотности или др.), предназначенный для электрического, акустического, газового каротажа, ядерно-геофизических исследований, термокаротажа или кавернометрии, и блок 10 согласования уровней сигнала, соединенный при помощи линии связи 11 с аналогичным блоком 10 в первом связочном модуле 3.

Связочный модуль 3 аналогичен модулю телеметрии в случае использования фантомной схемы питания (фиг.1). При использовании линии связи 11, отдельной от линии питания 12, связочный модуль содержит блок питания 5, блок обработки информации 8, блок памяти 9, два блока 10 согласования уровней сигнала, блок датчиков 13 (фиг.4). В случае, если модуль представляет собой механизм, гибкое соединение, центратор и т.д., то блок датчиков 13 отсутствует, связочный модуль только обозначает свое присутствие и обеспечивает прохождение сигналов. Блок питания 5 первого связочного модуля 3 соединен с линией питания 12, а также со всеми потребителями электроэнергии модуля - с блоками согласования уровней сигнала, обработки информации, памяти, датчиков. К блоку обработки информации 8 подключены блок памяти 9, блок датчиков 13 и два блока согласования уровней сигнала 10, причем первый блок 10 первого связочного модуля соединен посредством линии связи 11 с блоком 10 модуля телеметрии, второй блок 10 первого связочного модуля соединен при помощи линии связи 11 с первым блоком 10 последующего связочного модуля. Произвольный связочный модуль в комплексе соединен с линией питания 12, а также с двумя соседними связочными модулями при помощи линий связи 11.

Возможно иное выполнение скважинного контрольно-измерительного комплекса. Каждый связочный модуль комплекса, помимо вышеуказанного, содержит блок выключения (в головном модуле может отсутствовать), представляющий собой нормально разомкнутый ключ 14, расположенный на линии питания 12 связочного комплекса, либо на линии данных 11, либо на общем канале данных и питания, если питание модулей реализовано по фантомной схеме, и отключающий все следующие за данным модулем модули от линии питания 12, либо от линии данных 11, либо от общей линии питания и данных (фиг.5, 6, 7, 8, 9). Комплекс включает модуль телеметрии по фиг.5 и связочные модули по фиг.5 или фиг.9 при фантомной схеме питания либо модуль телеметрии по фиг.6 или фиг.7 и связочные модули по фиг.8 в других случаях. Связочный модуль с фантомной схемой питания содержит ключ 14, разделяющий линию 11 питания и связи на участки до модуля и после него, а также блок сопряжения 4, питания 5, выделения 6, формирования 7 информационных сигналов, обработки информации 8, памяти 9, датчиков 13 (фиг.9). С участком линии 11, расположенным до ключа, соединены блоки 4 и 5, при этом блок 5 соединен с блоками 6, 7, 8, 9, 13 и 14, блок 4 соединен с блоками 6 и 7, а блок 8 соединен с блоками 5, 6, 7, 9, 13 и 14.

Скважинный контрольно-измерительный комплекс с модулями, выполненными по схемам, представленным на фиг.1-4, работает следующим образом. От наземной аппаратуры по геофизическому кабелю подают на блок сопряжения 4 головного модуля 2 питающие напряжение и ток, откуда питание поступает по линии 12 в блоки питания 5 головного и связочных модулей, вырабатывающие напряжения и токи, необходимые для работы блоков 6, 7, 8, 9, 10 и 13 соответствующих модулей. В блоке памяти 9 головного модуля 2 хранится постоянный адрес, например 00Н, который и присваивается модулю телеметрии, всем связочным модулям 3 присваивается одинаковый широковещательный адрес, например FFH, хранящийся как адрес по умолчанию в их блоках памяти. Адреса, присвоенные в процессе автоматической конфигурации (автоконфигурации) и хранящиеся в блоках памяти 9 связочных модулей 3, при отключении и повторном включении электропитания не сохраняются и вновь принимают значение широковещательного адреса (FFH). После установления номинального напряжения питания, сформированного блоком питания 5 головного модуля, и по прошествии заранее установленного временного интервала, необходимого для включения всех модулей связки, головной модуль автоматически запускает программу автоконфигурации. При выполнении программы блок обработки информации формирует команду (цифровой сигнал) «присвоить адрес 01Н» и направляет по широковещательному адресу (FFH). Команда из блока 8 поступает в блок 10 преобразования и согласования уровней сигнала, где цифровой сигнал усиливается (при необходимости преобразуется протокол и способ модуляции, осуществляется гальваническая развязка), а затем передается в линию связи 11. Прошедшая по линии связи команда принимается первым блоком 10 первого связочного модуля 3 и направляется в блок обработки информации 8 связочного модуля. Блок обработки информации 8 выделяет из принятой команды адрес получателя и сравнивает его с хранящимся в блоке памяти 9. Так как первый связочный модуль 3 имеет адрес FFH по умолчанию, то он выполняет команду, полученную от головного модуля 2, и изменяет свой адрес на 01H, фиксируя его блоке памяти 9, а затем формирует и направляет в ответ через первый блок 10 информационный сигнал (пакет телеметрии), содержащий идентификатор модуля и иную информацию о типе модуля, заводском номере, точках записи, версии электроники и т.п. Ответный пакет телеметрии поступает по линии связи 11 через блок 10 головного модуля в блок обработки информации 8, фиксирующий в блоке памяти 9 текущее количество модулей. Принятый от первого связочного модуля пакет телеметрии преобразуется в блоке 8 головного модуля: дополняется адресом 01Н (номером) ответившего модуля, информацией для проверки целостности пакета (контрольной суммой, вычисленной по заданному алгоритму) и через блоки 7 и 4 передается наземной аппаратуре. Наземная аппаратура принимает и декодирует принятый пакет и фиксирует соответствие первого адреса (01Н) конкретному типу модуля (с определенным набором датчиков). Получив от связочного модуля ответ на команду и передав его наземной аппаратуре, блок обработки информации головного модуля формирует команду «присвоить адрес 02Н» и направляет по широковещательному адресу (FFH). Команда проходит по линии связи 11 между головным модулем 2 и первым связочным модулем 3, принимается первым блоком 10 первого связочного модуля 3 и направляется в блок обработки информации 8 связочного модуля. Блок обработки информации 8 выделяет из принятой команды адрес получателя и сравнивает его с хранящимся в блоке памяти 9. Так как первый связочный модуль 3 имеет измененный адрес (01H), он не выполняет команду, полученную от головного модуля 2, а отправляет ее на второй блок 10, откуда команда по линии связи между первым и вторым связочными модулями поступает на первый блок 10 второго модуля 3. Блок обработки информации 8 второго связочного модуля получает команду, выделяет адрес получателя и сравнивает его с собственным адресом, хранящимся в блоке памяти 9. Так как адрес FFH, присвоенный по умолчанию, не был изменен, блок обработки информации второго связочного модуля выполняет команду, полученную от головного модуля 2, и изменяет свой адрес на 02Н, фиксируя его в блоке памяти 9, а затем формирует и направляет обратно через первый блок 10 ответный пакет телеметрии, содержащий идентификатор и информацию о типе модуля, заводском номере, точках записи, версии электроники и т.п. Ответ проходит по линии связи между первым связочным модулем и вторым связочным модулем и пересылается блоком обработки информации первого связочного модуля по линии связи между головным модулем и первым связочным модулем в блок обработки информации головного модуля, фиксирующий в блоке памяти 9 текущее количество модулей. Головной модуль передает пакет телеметрии, полученный от связочного модуля, к наземной станции, предварительно дополнив его адресом 02Н (номером) ответившего модуля и информацией для проверки целостности пакета. Процесс формирования команд с требованием присвоить очередной адрес из заранее определенной последовательности адресов и отправки на адрес, присваиваемый связочным модулям по умолчанию, продолжается до тех пор, пока все модули не получат адреса и по широковещательному адресу (FFH) никто не ответит (то есть истечет время ожидания ответа на команду). При наличии в головном модуле датчиков блок 8 ставит им в соответствие собственный адрес 00Н.

Закончив процедуру автоконфигурации, головной модуль начинает циклически формировать и отправлять на все связочные модули команды на измерения, и передавать получаемую от них телеметрию наземной станции. Оператор может подать какую-либо команду конкретному связочному модулю, при этом команда формируется наземной аппаратурой с добавлением адреса требуемого модуля и по каротажному кабелю посылается сигнал, соответствующий данной команде. В головном модуле блок сопряжения 4 отделяет информационный сигнал от несущего (питающего) напряжения и направляет в блок 6 выделения информационного сигнала от наземной аппаратуры, осуществляющий преобразование выделенного блоком 4 аналогового информационного сигнала в цифровой код, доступный для обработки в блоке 8. Блок обработки информации 8 головного модуля 2 принимает цифровой код и выделяет из него адрес получателя, при несовпадении выделенного адреса с адресом головного модуля (00Н) головной модуль формирует пакет телеметрии для связочного модуля и через блок 10 направляет его по межмодульной линии связи 11 в следующий связочный модуль. Первый связочный модуль, получив данный пакет телеметрии и выделив из него адрес получателя, либо выполнит содержащуюся в пакете команду, либо передаст данный пакет в неизменном виде через линию связи 11 в следующий связочный модуль.

Возможен вариант работы заявляемого устройства по фиг.1-4, когда головной модуль связочного комплекса выполняет только функции приемопередатчика для обмена информацией между связочным комплексом и наземным оборудованием, а инициирует и проводит автоконфигурацию наземное оборудование. В исходном состоянии все модули комплекса (головной и связочные) имеют один широковещательный адрес (FFH). Затем по каротажному кабелю от наземной аппаратуры подают питание и посылают сигнал, соответствующий команде «присвоить адрес 00Н»; блок сопряжения 4 отделяет информационный сигнал от несущего (питающего) напряжения и направляет в блок 6 выделения информационного сигнала от наземной аппаратуры, осуществляющий преобразование выделенного блоком 4 аналогового информационного сигнала в цифровой код, доступный для обработки в блоке 8. Блок обработки информации 8 головного модуля 2 принимает цифровой код, выделяет из принятого пакета адрес и команду и сравнивает адрес команды с собственным адресом, хранящимся в блоке памяти 9. Так как адрес команды и адрес модуля совпадают, то первый модуль связки выполняет команду, присваивая себе адрес 00Н, сохраняет его в блоке памяти 9 и шлет ответный пакет телеметрии наземному оборудованию. И так далее, пока все связочные модули не получат уникальные адреса и на команду с широковещательным адресом никто не ответит.

Принцип работы скважинного контрольно-измерительного комплекса с модулями, выполненными по схемам, представленным на фиг.5-9, отличается от вышеописанного тем, что изначально разомкнутый ключ первого связочного модуля в связке блокирует прохождение питания либо данных дальше данного модуля. Таким образом, к головному модулю изначально подключен только один модуль. После установления номинального напряжения питания, сформированного блоком питания 5 головного модуля и по прошествии установленного временного интервала, необходимого для включения всех модулей связки (если ключ 14 не размыкает линию питания), головной модуль автоматически начинает программу автоконфигурации. При наличии в головном модуле блока 14 блок обработки информации головного модуля направляет в этот блок сигнал для замыкания ключа. В результате следующий за головным модулем связочный модуль оказывается подключенным к головному модулю либо по питанию, либо информационно, либо одновременно по обоим этим каналам. При выполнении программы блок обработки информации головного модуля формирует команду (цифровой сигнал) «присвоить адрес 01H» и направляет по широковещательному адресу (FFH). Команда из блока 8 поступает в блок 10 преобразования и согласования уровней сигнала, где цифровой сигнал усиливается и преобразуется для передачи по линии связи 11; прошедшая по линии связи команда принимается блоком 10 первого связочного модуля 3 и направляется в блок обработки информации 8 связочного модуля. Блок обработки информации 8 выделяет из принятой команды адрес получателя и сравнивает его с хранящимся в блоке памяти 9. Так как первый связочный модуль 3 имеет широковещательный адрес (FFH) по умолчанию, он выполняет команду, полученную от головного модуля 2, и изменяет свой адрес на 01Н, фиксируя его в блоке памяти 9, а затем направляет в блок 14 команду на замыкание ключа, подключая таким образом следующий связочный модуль. Далее блок 8 формирует и направляет в ответ через блок 10 пакет телеметрии, содержащий информацию о типе модуля, заводском номере, точках записи, версии электроники и т.д. Ответный пакет телеметрии поступает по линии связи 11 через блок 10 головного модуля в блок обработки информации 8, фиксирующий в блоке памяти 9 текущее количество модулей. Принятый от связочного модуля пакет телеметрии преобразуется в блоке 8 головного модуля - дополняется адресом 01Н (номером) ответившего модуля (01Н), информацией для проверки целостности пакета (контрольной суммой, вычисленной по какому-либо алгоритму) и через блоки 7 и 4 передается наземной аппаратуре. Наземная аппаратура принимает и декодирует принятый пакет и фиксирует соответствие первого адреса 01Н конкретному типу модуля с определенным набором датчиков. Получив от связочного модуля ответ на команду и передав его наземной аппаратуре, блок обработки информации головного модуля формирует команду «присвоить адрес 02Н» и направляет по широковещательному адресу (FFH). Команда проходит по линии связи 11 между головным модулем 2 и первым связочным модулем 3, принимается блоками 10 первого и второго связочных модулей 3 и направляется в соответствующие блоки обработки информации 8 связочных модулей. Каждый блок обработки информации 8 выделяет из принятой команды адрес получателя и сравнивает его с хранящимся в блоке памяти 9. Так как первый связочный модуль 3 имеет измененный адрес 01H, он не выполняет команду, полученную от головного модуля 2. Блок обработки информации 8 второго связочного модуля сравнивает адрес получателя и собственный адрес, хранящийся в блоке памяти 9. Так как адрес FFH, присвоенный по умолчанию, не был изменен, блок обработки информации второго связочного модуля выполняет команду, полученную от головного модуля 2, и изменяет свой адрес на 02Н, фиксируя его в блоке памяти 9 и замыкая ключ 14, а затем формирует и направляет обратно через блок 10 ответный пакет телеметрии, содержащий информацию о типе модуля, заводском номере, точках записи, версии электроники и т.п. Процесс формирования команд с требованием присвоить очередной адрес из заранее определенной последовательности адресов и отправки на адрес, присваиваемый связочным модулям по умолчанию, продолжается до тех пор, пока все модули не получат адреса и по широковещательному адресу (FFH) никто не ответит (т.е. истечет время ожидания ответа на команду). При наличии в головном модуле блока датчиков блок 8 ставит им в соответствие собственный адрес (00Н).

Закончив процедуру авторонфигурации, головной модуль начинает циклически формировать и отправлять на все связочные модули команды на измерения, и передавать получаемую от них телеметрию наземной станции. Подача команд от наземной станции конкретному модулю происходит аналогично описанному выше.

Возможен вариант работы заявляемого комплекса по фиг.5-9, при котором головной модуль связочного комплекса может выполнять только функции приемопередатчика для обмена информацией между связочным комплексом и наземным оборудованием, а инициирует и проводит автоконфигурацию наземное оборудование. В таком случае в исходном состоянии все модули связки (головной и связочные) имеют один широковещательный адрес (например, FFH), все модули связки (головной и связочные) имеют в своем составе ключи 14, разомкнутые в исходном состоянии, таким образом к наземной станции через каротажный кабель подключен только первый модуль. Затем по каротажному кабелю от наземной аппаратуры подают питание и посылают сигнал, соответствующий команде «присвоить адрес 00Н». Блок сопряжения 4 отделяет информационный сигнал от несущего (питающего) напряжения и направляет в блок 6 выделения информационного сигнала от наземной аппаратуры, осуществляющий преобразование выделенного блоком 4 аналогового информационного сигнала в цифровой код, доступный для обработки в блоке 8. Блок обработки информации 8 головного модуля 2 принимает цифровой код, выделяет из принятого пакета адрес и команду и сравнивает адрес команды с собственным адресом, хранящимся в блоке памяти 9. Так как адрес команды и адрес модуля совпадают, то первый модуль связки выполняет команду, присваивая себе адрес 00F и сохраняя его в блоке памяти 9, посылает команду в блок 14 для замыкания ключа и шлет ответный пакет телеметрии наземному оборудованию. И так далее, пока все связочные модули не получат уникальные адреса и на команду с широковещательным адресом никто не ответит.

Описанные выше модули и способы их автоконфигурации в комплексе реализованы в приборе, предназначенном для комплексных геофизических исследований действующих скважин. В конкретном варианте выполнения для модуля телеметрии реализована структурная схема, показанная на фиг.5, а для всех связочных модулей реализована структурная схема, показанная на фиг.9. Геофизический кабель 1 - одножильный геофизический кабель длиной до 5500 м, например КГ1-55-180; линия связи 11 - провод МГТФ-0,12 ТУ 16-505.185-71; разъемы НКБ 1-36. Комплекс состоит из следующих модулей.

Модуль телеметрии - приборная головка, совмещенная с источником питания и преобразователем интерфейса, предназначенным для перекодировки внутреннего интерфейса во внешний. В качестве обоих блоков сопряжения 4 использованы трансформаторы. Блок питания 5 - импульсный обратноходовой источник на основе контроллера широтно-импульсной модуляции с токовым режимом управления UC2844, преобразующий входное напряжение (110±20 В) в напряжения, необходимые для работы электронных схем модуля. Блок выделения информационного сигнала 6 содержит R-C фильтр и схему выделения импульсов на компараторе для выделения сигналов от наземной станции, а также микросхему приемопередатчика для интерфейса RS-485 - ADM485 для выделения сигналов от модулей. Блок формирования информационного сигнала 7 содержит микросхему приемопередатчика для интерфейса RS-485 - ADM485 для формирования сигналов к модулям, а для формирования сигналов к наземной аппаратуре модулирующий сигнал поступает от PIC-контроллера, через согласующий уровни сигнала транзистор на схему усилителя сигнала по мощности на микросхеме IR53HD420 и двухобмоточный трансформатор, одна обмотка которого включена последовательно с жилой геофизического кабеля, а на вторую нагружен усилитель мощности. Блок обработки информации 8 - микроконтроллер PIC18F2420, блок памяти 9 - встроенная ПЗУ микроконтроллера PIC18F2420. Блок датчиков 13 содержит резистивный делитель и встроенный АЦП микроконтроллера для измерения напряжения питания на жиле геофизического кабеля. Ключ 14 в модуле телеметрии отсутствует, модуль, идущий следом (первый связочный модуль), всегда подключен.

Первый связочный модуль - модуль гамма-каротажа (ГК), содержащий локатор муфт, ГК, датчик давления, влагомер, термодебитомер, выполненный с возможностью работы в режиме термометра. Блок сопряжения 4 - трансформатор, блок питания 5 - источник на полумостовом драйвере с автогенератором IR53HD420, блок 6 выделения информационного сигнала от модулей - микросхема приемопередатчика для интерфейса RS-485 - ADM485, блок 7 формирования информационного сигнала к модулям - микросхема приемопередатчика для интерфейса RS-485 - ADM485, блок обработки информации 8 - микроконтроллер PIC18F2420, блок памяти 9 - встроенная ПЗУ микроконтроллера PIC18F2420. Блок датчиков 13 содержит локатор муфт - датчик магнитной проводимости, датчик ГК собран из детектора NaJ(Tl) 18×100, умножителя фотоэлектронного Hamamatsu R3991A и схем для запитки умножителя и выделения сигнала, датчик давления - тензопреобразователь МД10-60-V ТУ 4212-163-00227459-98, датчик влагомера - датчик диэлектрической проницаемости среды, термодебитомер - термокондутивный расходомер, датчик внутренней температуры - точный цифровой температурный датчик с I2C™ интерфейсом LM92. В качестве ключа 14 использован электронный ключ, собранный на транзисторах.

Второй связочный модуль - модуль термометра и резистивиметра, содержащий следующие датчики: термометр - датчик температуры, индуктивный резистивиметр, три акселерометра - 1 осевой датчик ускорения ADXL103CE и 2-осевой датчик ускорения ADXL203CE, и шумомер - датчик уровня шума на основе пьезокерамического элемента ⌀30×⌀26×20 (ЦТС-19). Все остальные блоки аналогичны применяемым в первом связочном модуле.

Третий связочный модуль - модуль механического расходомера, все блоки которого аналогичны используемым в вышеописанных модулях, кроме блока датчиков, включающего датчик расхода жидкости или газа - непроходной механический расходомер диаметром 38 мм с центратором, используемый для работы при больших скоростях потока жидкости или газа, выполненный с возможностью определения направления движения потока и измерения диаметра колонны.

Четвертый связочный модуль - модуль плотномера на источнике Аm241, предназначенный для измерения плотности флюида. Все блоки модуля плотномера аналогичны используемым в модуле гамма-каротажа, за исключением блока датчиков, содержащего датчик плотномера с кристаллом NaJ(Tl) диаметром 10 мм и длиной 5 мм в качестве излучателя и умножителем фотоэлектронным ФЭУ-102 ОКП 63 6722 1246 в качестве детектора.

Пятый связочный модуль в комплексе - нейтронный модуль для проведения нейтронного каротажа, используемый для оценки пористости породы. Блок датчиков содержит гелиевый счетчик нейтронов СНМ56Д, схемы для электропитания и выделения сигнала. Все остальные блоки аналогичны применяемым в других связочных модулях.

Для работы скважинного контрольно-измерительного комплекса используется наземная аппаратура - комплексная геофизическая лаборатория и персональный компьютер. Лаборатория обеспечивает формирование стабилизированного постоянного напряжения и передачу его по геофизическому кабелю, непрерывный автоматический сбор телеметрической информации от скважинного комплекса и ее декодирование. Входные аналоговые сигналы оцифровываются быстродействующим 14-разрядным аналого-цифровым преобразователем с максимальной частотой выборок 3 МГц. После этого сигнал поступает на вход сигнального процессора, где он декодируется и передается для регистрации на компьютер по стандартному сетевому протоколу Ethernet, что обеспечивает высокую скорость обмена данными и аппаратную независимость от типа применяемого компьютера.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области геофизических исследований скважин, а именно к устройствам для осуществления измерения и контроля параметров скважины. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей контрольно-измерительного комплекса, снижение количества ошибочных данных за счет автоматизации процесса конфигурации модулей в комплексе. Скважинный контрольно-измерительный комплекс содержит последовательно соединенные между собой модуль телеметрии и, по крайней мере, один связочный модуль. Каждый из модулей включает блок питания, соединенный с блоком обработки информации, блоком памяти и блоком согласования уровней сигнала. Блок обработки информации соединен с блоком памяти и блоком согласования уровней сигнала. При этом, по крайней мере, один из модулей содержит блок датчиков параметров скважины, соединенный с блоком обработки информации. Модуль телеметрии дополнительно содержит блоки выделения и формирования информационного сигнала, каждый из которых соединен с блоками питания и обработки информации. Блоки питания, выделения и формирования информационного сигнала соединены при помощи геофизического кабеля с наземной аппаратурой, включающей источник питания и информационного сигнала. Блоки согласования уровней сигнала модуля телеметрии и соединенного с ним связочного модуля соединены между собой посредством линии питания и/или связи. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Скважинный контрольно-измерительный комплекс, характеризующийся тем, что он содержит последовательно соединенные между собой модуль телеметрии и, по крайней мере, один связочный модуль, каждый из которых включает блок питания, соединенный с блоком обработки информации, блоком памяти и блоком согласования уровней сигнала, а блок обработки информации соединен с блоком памяти и блоком согласования уровней сигнала, при этом, по крайней мере, один из модулей содержит блок датчиков параметров скважины, соединенный с блоком обработки информации, а модуль телеметрии дополнительно содержит блоки выделения и формирования информационного сигнала, каждый из которых соединен с блоками питания и обработки информации, блоки питания, выделения и формирования информационного сигнала соединены при помощи геофизического кабеля с наземной аппаратурой, включающей источник питания и информационного сигнала, блоки согласования уровней сигнала модуля телеметрии и соединенного с ним связочного модуля соединены между собой посредством линии питания и/или связи.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что блоки питания модуля телеметрии и связочного модуля соединены между собой посредством линии питания и/или связи.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что блок датчиков параметров скважины содержит датчик для электрического и/или акустического каротажа, и/или ядерно-геофизических исследований, и/или газового каротажа, и/или термокаротажа, и/или кавернометрии, и/или расходометрии, и/или барометрии.

4. Комплекс по п.2, отличающийся тем, что каждый модуль комплекса содержит ключ, выполненный с возможностью отключения блока питания и/или блока согласования уровней сигнала соединенного с ним модуля от общей линии питания и/или связи.

5. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что модуль телеметрии содержит блок сопряжения, соединяющий геофизический кабель с блоками питания, выделения и формирования информационного сигнала модуля телеметрии.

6. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что связочный модуль содержит блок сопряжения, подключенный к линии питания и/или связи, соединяющей блоки согласования уровней сигнала модуля телеметрии и связочного модуля.

7. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он включает, по крайней мере, два связочных модуля, каждый из которых содержит дополнительный блок согласования уровней сигнала, подключенный к блоку питания и блоку обработки информации модуля, при этом дополнительный блок согласования уровней сигнала каждого связочного модуля соединен с блоком согласования уровней сигнала следующего связочного модуля.