Устройство для контроля комплекса параметров траектории скважин и угла установки отклонителя бурового инструмента Советский патент 1984 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для контроля пространственного положения ствола скв жины и для измерения угла установки бурового инструмента. Известно устройство для измерени искривления скважин, содержащее ортогональные магнитомодуляционные преобразователи, жестко закрепленные в корпусе, и дополнительно снаб женное двухкоординатным индукционным датчиком tlj. Недостатком данного устройства является сложность оГ ределения азимута по сигналам с магнитомодуляционных преобразователей и индукцио ного датчика. Известно устройство для контроля комплекса параметров траектории скважины, содержащее датчик кривизн датчик азимута, преобразователь угла поворота, выполненный в виде синусно-косинусного вращакнцегося трансформатора (СКВТ), выходная синусная обмотка которого соединена с входной обмоткой азимута 12,. Недостатком данного устройства является низкая точность измерений, обусловленная трением в подвесе датчика азимута. Известно также устройство для контроля комплекса параметров траек тории скважин и угла установки отклонителя бурового инструмента, со держащее генератор возбуждения, дат чик азимута, выполненный в виде трех ортогонсшьных феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, датчик зенитного угла и угла установки отклонителя бурового инструмента, выполненный в виде двух синуснокрсинусных вращающихся трансформатЬров, установленных в рамках-маят« никах для коммутатора, блок упрашления, аналого-цифровой преобразова тель, блок памяти с узлом управления записью, таймер и блок фиксации останова СзЦ. . Это устройство обладает: высокой точностью измерений по сравнению с другими устройствами, однако при ис полнении- | датчика азимута в виде трех ортогональных феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, определение азимута сопряжено со слож ными вычислениями, алгоритмы которы имеют следуннций вид q sin/foi cosV Д1| /« SiniP-Cl COSi/ICOSe-CUjSiwe где a- - сигналы с феррозондов, пропорциональные проеквдям полного вектора напряженно ти магнитного поля Земли на оси их чувствительности; в - зенитный угол; Ч - угол установки отклонителя. Целью изобретения является упрощение вычислений при определении азимута. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем генератор возбуждения, датчик азимута, выполненный в виде трех ортогональных феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, датчик зенитного угла и угла установки отклонителя бурового инструкюнта, тлпол наниый в виде двух синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, установленных в рамках-маятниках, два коммутатора, блок управления, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти с устройством управления записыо, таймер и блок фиксации останова, оно снабжено тремя дополнительными каммута-сораит и избирательншв усилителями, причем выход первого феррозонда через первый избирательный усилитель подключен к первым входам первого и второго ко Ф1утаторов, выход второго феррозонда через второй избирательный усилитель подключен к вторым входам первого и второг5 коммутаторов, выходы которых соединены со статорньми обмоткакв первого синусно-косинусного вращакнцегося трансформатора, выход третьего феррозонда через третий избирательный усилитель подключен к первому входу третьего коммутатора, выход синусной обмотки ротора первого синусно-косинусного вращающегося трансформатора подключен на первые входы четвертого и пятого коммутаторов, выходы третьего и четвертого коммутаторов подключены к статорным обмоткам второго синуснокосинусного вращающегося трансформатора, косинусная обмотка ротора которого подключена на второй вход пятого коммутатора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен на вход блока памяти, выход генератора возбуждения подключен к обмоткам возбуждения феррозондов, третьим входам первого и второго коммутаторов, BtoptsM входам третьего я четвертого коммутаторов и связан с блоком управления, выходы которого подключены k управляющим входам коммутаторов, аналого-цифрового преобразователя и блока памяти. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство для контроля комплекса параметров траекторий скважины и угла установки отклонителя бурозого инструмента содержит гене-, рафор 1 возбуждения, ортогональные феррозонда 2-4, первый избирательный усилитель 5, второй иэбиратель/шй усилитель 6, третий иэбирательшгй усилитель 7, коммутаторы 8-12, первый-синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 13, втоI , рой GKBT 14, аналого-цифровой преобраэователь (АЦП) 15, блок 16 памяти, блок 17 управления, таймер 18,, блок 19 фиксации останова.

. Устройство работает образсм.

При включении таймера 1€ начинается отсчет времени, и устройство транспортируется в забой скважины. Затем оно извлекается на поBejpxHOCTb Земли вместе с износившимся долот Я11 и при движении по

стволу скважины в моменты свинчивания труб происходит измерение комплекса параметров траектории скважииы и их записи в блок памяти. Измерения производятся только в моменты останова движения, которые регистрируются блоком 19 фиксации останова, и после выдержки времени таймер 18 отрабатывает импульс на вход блока 17 управления, разрешая тем самьзн, его работу. С приходом управляющего импульса на вход бло- , ка 17 управления начинается отработка программы цикла измерения и записи в блок памяти, который делится на четыре такта. В первом такте цикла по управляющим командам блока 17 управления коммутатор 8 подключает сигнал с выхода феррозонда 2, преобразованный избирательным усилителем 5 в синусоидальное напряжение, к синусной обмотке статора СКВТ IT, а коммутатор 12 подключает синусную обмотку ротора СКВТ 13 на вход АЦП 15, в реверсивном счетчике которого накапливает- ся код, пропорциональный произведению sin Ч . Затем коммутатор 9 подключает сигнал с выхода феррозонда 3, преобразованный избирательным усилителем 6 в синусоидальное напряжение, к косинусной обмотке СКВТ 13, а коммутатор 12 подключает синусную обмотку ротора СКВТ 13 на вход АЦП 15, в реверсивном счетчике которого формируется код, пропорциональный числителю формулы (1) sinV + а cos V, который по команде блока 17 управления записывается в блок 16 памяти.

Во втором такте цикла по управляющим командам блока 17 управления коммутатор 8 подключает сигнал с

выхода феррозонда 3 через избирательный усилитель б к синусной обмотке статора СКВТ 13, а коммутатор 10 подключает синусную обмотку ротора СКВТ 13 к косинусной обмотке статора СКВТ 14, и коммутатор 12 - синусную обмотку ротора СКВТ 14 на вход АЦП 15, в реверсивном счетчике которого формируется.код, пропорциональный произведению

f- cos в . После этого реверсивный счетчик в АЦП 15 переключается блокам 17 управления на реверс. Затем коммутатор 9 подключает сигнал с выхода феррозонда 2 через избирательный усилитель 5 к косинусиой обмотке статора СКВТ 13, ко№1утатор 10 подключает синусную обмотку ротора СКВТ 13 на синусную обмотку статора СКВТ 14, а коммутатор 12 - синусную обмотку ротора СКВТ 14 на вход АЦП 15, в реверсивном счетчике которого формируется код, пропорциональный следующему выражению (а jsin Ч у cos/)-x Kcosfl. Далее коммутатор 11 подключает сигнал d выхода феррозонда 4 через избирательный усилитель 7 к синусной обмотке статора СКВТ 14, а коммутатор 12 - синусную обмотку-, ротора СКВТ 14 навход АЦП 15, в реверсивном счетчике которого формируется код, пропорциональный знаменателю формулы (1) (а 2 sin/ -а cosV) «cos 0 - а 3 sin б, который по команде блока 17 управления записывается

в блок 16 памяти, и затем отключается реверс счетчика в АЦП 15.

В третьем и четвертом тактах по командам блока 17 управления коммутаторы 8-11 последовательно подключают статорные обмотки СКВТ 13 и 14 к выходу генератора 1 возбуждения, а коммутатор 12 - синусные обмотки роторов СКВТ 13 и l4 на вход АЦП 15, в счетчике которого формируются коды, пропррциональные синусам и косинусам зенитного угла и угла установки отклонителя. Затем по командам блока 17 управления зти коды записываются в блок 16 памяти. Таким образом, результатом однего цикла измерений являются геометрические параметры одной точки траектории скважины и угла установки отклонителя бурового инструмента, представленные в виде кодов,

записанных в блоке памяти. И с приходом следующего, управляющего им пульс.а на вход блока управления цикл измерений и записи повторяется.

После извлечения устройства на поверхность земли осуществляется считывание информации из блока памяти, ее дальнейшая . расшифровка и обработка в вычислителе.

Предлагаемое устройство .по сравнению с известным при незначительном усложнении кс «мутаций датчиков дозволяет существенно упростить вычислительные операции, которые сводятся к делению кодов и взятию функции арктангенса полученного отношения. Кроме того, структура вычислителя будет унифицированной для определения азимута, зенитного угла и угла установки отклонителя, что повшпает технологичность устройства и сокращает время обработки инфО1Х4ации.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОМПЛЕКСА ПАРАМЕТРОВ ТРАЕКТОРИИ СКВАЖИН И УГЛА УСТАНОВКИ ОТКЛОНИТЕЛЯ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащее генератор возбуждения, датчик азимута, выполненный в виде трех ортогональных феррозондов, жестко за-, крепленных в корпусе, датчик зенитного угла и угла установки отклонителя бурового инструмента, выполненный в виде двух синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, установленных в рамках-маятниках, два коммутатора, блок управления, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти с узлом управления записью, таймер иблок фиксации останова, отличающееся тем, что, с целью упрощения вычислений при определении азимута, оно снабжено тремя дополнительными коммутаторами и тремя избирательными усилителями, причем выход первого феррозонда через первый избирательный усилитель подключен к первым входам первого и второго коммутаторов, выход второго феррозонда через второй избирательный усилитель подключен к вторым входам первогои второго коммутаторов, выходы которых соединены со статорными обмотками первого синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выход третьего феррозонда через третий избирательный усилитель подключен к входу третьего коммутатора, выход синусной обмотки ротора первого синусно-косинусного вращающегося трансформатора подключен на пер9 вые входы четвертого и пятого коммутаторов, выходы третьего и четвертого коммутаторов подключены к статорным обмоткам второго синуснокосинусного вращающегося трансформатора, косинусная обмотка ротора которого подключена на второй вход пятого коммутатора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен на вход блока памяти, выход генератора возбуждения 00 подключен к обмоткам возбуждения феррозондов, третьим входам первого и второго коммутаторов, вторым входам третьего и четвертого коммутаторов и связан с блоком управления , выходы которого подключены к управляющим входам коммутаторов, аналого-цифрового преобразователя и блока памяти.

Я упрвЛлемюв Z M ji m f/wfv