Телеметрическая система для каротажа скважин Советский патент 1984 года по МПК G01V11/00 

Изобретение относится к аппаратуре пдя гео4 1зических ис:следований скважин, в частности к скважинной аппаратуре, построенной по модульному принципу.., Известны телеметрические системы для комплексной аппаратуры, содержащей большое число датчиков различных физических полей. Обмен информацией между контроллером скважинного прибора и датчиками организован на основе радиального или магистральнорадиального интерфейса 1J . Однако большое число линий интерфейса снижает помехоустойчивость работы измерительных модулей, а трас сировка большого количества проводов создает ряд отрицательных побочных эффектов, например шунтирование акус тического изолятора в приборах акустического каротаяса, трудность выполнения герметичных многоконтактных разъемов ограниченного диаметра, сни жение надежности контактных соединений и прибора в целом. Затрудниется стандартизация электрического соединения модулей и их компоновка в модульные приборы, предназначенньш для решения различных геологических задач. Кроме того, в одном модульном приборе могут быть модули, которые необходимо центрировать, и те которые необходимо прижимать к стен ке скважины. Поэтому соединение модулей желательно осуществить гибк соединителем, в качестве которого удобно использовать отрезки серийного семижильного кабел со стандар ными семиконтактными разъемами, при меняемыми в геофизической аппаратуре. В этом случае отпадает необходи мость разработки специальных соединителей. , Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является телеметрическая система передачи да ных по каротажному кабелю, состоящая из наземной и скважинной частей, соединенных каротажным кабелем в наземную часть которой входят кон роллер и модем, а в скважинную часть - контроллер, модем, интерфей сные схемы, измерительные модули и приборная магистраль для передачи, информации и напряжения питания. Передачей данных снизу вверх и команд сверху вниз управляет вычислительное устройство , соединенное с каротажным кабелем через модем. Команды передаются биполярным последовательным кодом с тактовой частотой 20 кГц. Модем скважинного прибора демодулирует сигнал и передает его контроллеру модулю управления, который передает его по приборной магистрали к измерительным модулям. Все модули скважинйого прибора, в т.ч. модуль управления подключаются к магистрали с помощью универсального интерфейса. Универсальный интерфейс включает в себя дешифратор адреса, схему ответа и счетчик числа информационных слов. Схема ответа передает сигнал конца группы информационных слов. Модуль управления обменивается сигналами с остальными измерительнь№Ш модулями по пяти проводам. Первый провод магистрали представляет собой однонаправленную линию, по которой передаются команды управления, причем способ кодирования предполагает передачу тактовых импульсов, содержащихся в командном слове и имеющих частоту f ( .. Второй провод предназначен для выдачи сигнала подтверждения приема команды. Третий провод представляет собой однонаправленную линию, предназначенную для передачи данных в цифровой форме от измерителыых модулей к скважинному контроллеру. По четвертому проводу подаются тактовые импульсы с частотой 2, сопровождающие передачу данных. Пятый провод предназначен для передачи сигнала Возврат, который сигнализирует о том, что передача данных окон ана. Для функционирования скважинного прибора в магистраль необходимо добавить еще две линии - Земля и Питание. (Использование в качестве Земля корпуса прибора резко снижает помехоустойчивость телесистемы). Следовательно, общее число линий в магистрали скважинной части телесистемы равно восьми восьмой линией являются броня кабеля и корпус прибора, использующиеся в качестве обратного питающего провода J r2J|. Недостатки известной телесистемы заключаются в том, что передача данных только производится в цифровом виде, что исключает построение модулей с применением акусти3ческого .(АК), импульсно-нейтронного ИНК) и ядерно-магнитного (ЯМК) каротажа. Оцифровка сигналов модулей указанных методов невозможна на сегодняшний день по целому ряду причин технико-экономического характера. Например, оцифровка только одной волновой картины серийного прибора акустического каротажа СПАК-6 в интервале 5 мс потребует . передачи 30 кбит информации. При частоте запуска излучателей 10 Гц общ количество информации в 1 с равно 300 кбит. Передать такое количество ;информации по кабелю, имеющему пропускную способность максимум 5060 кбит/с, возможно снизив пропорционально скорость каротажа, что со .вершенной неприемлемо. Кроме того, неоправданно усложняется (Йсважинная часть соответству щих модулей (АК, ИНК, ЯЖ); необеспечивается измерение потенциалов собственной поляризации скважины (метод ПС), так как чтобы измерить этот сигнал, нужно измерить разност потенциалов между двумя электродами один из которых находатся на поверх ности, а второй в скважине; модуль связи теле системы может быть в сква жинном приборе только верхним, что затрудняет и практически исключает применение модулей электрического каротажа; если скважинкый прибор содержит модуль, имеющий электромеханическое устройство, то это устро ство нельзя запитать от отдельного источника с поверхности, что необходимо во многих случаях. Цель изобретения - расширение фуглсциональных возможностей телемет рической системы. Указанная цель достигается тем., что в телеметрической системе для каротажа скважин, состоящей из наземной и скважинной частей, соединеиных каротажным кабелем, в наземную часть которой входят контроллер а в скважинную часть - контроллер и модем,интер фейсные схемы,измеритель ные модули и приборная магистраль дл передачи информации и напряжения питания, три линии приборной магист рали с одной сторонь подключены к трем жилам каротажного кабеля, а с другой стороны две линии магистрали подключены к интерфейсным схемам через cи тмeтpичный трансформатор ил дроссель, а третья линия через комм 954Т1фующий элемент подключена к модулям, содержащим датчик ПС или электромеха- . нические устройства, к четвертой линии магистрали подключень выход команд и вход данных скважинного контроллера и входы команд, выходы данных и сигнала Готовность интерфейсных схем, пятая и шестая линии магистрали подключены к соргветствующим выходам Такт,Управление скважин-, ного контроллера и входам интерфейсных схем, а седьмая линия соединена с выходом Общий измерительных модулей, Первый и второй провода магистрали являются продолжением первой и второй жилы каротажного кабеля. По этим двум проводам передаются из ка-, ротажных устройств аналоговые сигналы непосредственно в жилы каротажного кабеля. Третий провод магистрали является также продолжением третьей жилы каротажного кабеля и используется для организации питания каротажных устройств напряжением специальной формы или для организации схемы измерения сигнала ПС. Четвертый провод представляет собой двунаправленную линию, по которой передается из модуля управления команда в измерительные модули или обратно передается сигнал готовности и данные. По пятому пр оводу магистрали передаются из модуля управления в измерительные модули сигналы. трактировки, а по шестому проводу осуществляется переключение измерительных модулей из режима приема / в режим передачи. Седьмой провод магистрали представляет собой цифровую землю, восьмым являются корпус прибора и броня каротажного кабеля. На фиг. I дана функциональная схема скважинной части предлагаемой системы; на фиг. 2 - схема универсального интерфейса; на фиг.З временная диаграмма его работы. В данной телесистеме первая и вторая жилы кабеля подключены соответственно к первой и второй линиям магистрали с одного конца, с другого нагружены на волновое сопротивление 1. К модулю управления и измерительным модулям эти линии подключаются через трансформатор 2 или дроссели 3, со средних точек которых снимается напряжение 4 питания модулей. Вторым проводом питания служит оплётка кабеля и корпус

прибора. Третья жила кабеля подключена к третьему проводу магистрали. Измерительные модули подключаются к третьей жиле через коммутирующий элемент 5. Четвертая линия подключена к выходу команд и входам Готовность и Данные контроллера. Универсальные интерфейсы 6 (фиг.2) подключены к четвертой линии магистрали входами, выходами буферного регистра 7 и выходами готовности устройств 8 управления. Пятая линия магистрали подключена к выходу тактировки контроллера 9 и к входам тактировки буферных регистров 7, Шестая линия магистрали подключена к выходу контроллера 9 и к устройствам 8 управления универсальных интерфейсов 6. Седьмая линия является общей для цифровых сигналов.

В состав модуля управления входит модем 10, подключенный цифровым выходом 11 и входом 12 к контроллеру 9 и входом к кварцевому генератору 13. Кварцевый генератор, кроме того, подключен к контроллеру 9. В состав модуля управления включены также универсальный интерфейс 6 и служебные датчики 14. Универсальный интерфейс 6 состоит из буферного регистра 7/дешифратора 15 команды и устройства 8 управления. В состав измерительных модулей входят кроме универсальных интерфейсов 6 и каротажных устройств 16 и 17 индивидуальные устройства.. Так, например, первый измерительный модуль имеет коммутирующий элемент 5, подключаюпр й каротажное устройство к третьей линии магистрали. Через коммутирующий элемент 5 могут быть аапитаны электромеханические устройства напряжением специальной формы. Во втором измерительном модуле каротажное устройство подключено к первой и второй жилам кабеля через трансформатор. С помощью такого подключения сигналы АК, ИНК, ЯМК могут быть переданы в наземную часть телеметрической системы. В концевой заглушке установлены нагрузочные сопротивления 18, подключенные к четвертой, пятой,шестой и седьмой линиям магистрали.

Скважинная часть телесистемы работает следующим образом.

Сигнал,поступающий с первой и второй жил кабеля, снимается с вторично

обмотки трансформатора 2 и декодируется в модеме 10. Далее он поступает через цифровой выход 11 в контроллер 9 и оттуда в. четвертую линию магистрали. Одновременно с командой 19 из контролера 9 в пятую линию магистрали подаются тактовые сигналы 20, по которым команда 19 вводится в буферный регистр 7 универсального интерфейса 6.Далее команда по шине 21 поступает в дешифратор 15. По окончании команды контроллер 9 выдает по щестой линии магистрали сигнал 22 управления, по . которому устройство 8 управления формирует сигнал 23 дешифрации команды. Дешифрированная команда поступает через один из выходов 24 в каротажно устройство 16 или 17. Одновременно из устройства 8 управления в каротажное устройство 16 и 17 поступает сигнал 25 разрешения работы.

В случае опроса каротажного устройства, содержащего зонд акустического каротажа, возбуждаются излучатели акустического сигнала, и волновая картина 26 через трансфор.тматор поступает на первую и вторую линии магистрали.

Если каротажное устройство содержит зонд ПС, то аналоговый информационный сигнал 27 поступает через коммутирукяций элемент 5 в третью линию магистрали. Если же каротажная информация оцифровывается в самом каротажном устройстве „ то она в цифровом виде подается по шине 28 в буферный регистр 7.

В любом случае после окончания работы каротажного устройства по линии 29 поступает в устройство 8 упраления сигнал 30 готовности.

Устройство управления по сигналу 30 готовности формирует сигнал 31 записи информации в буферный регистр 7, а также транслирует готовность в четвертую линию магистрали и сбрасывает сигнал 25 разрешения работы .

Контроллер 9 по получении сигнала 30 готовности подает в пятую линию магистрали тактовые сигналы 20, при помощи которых информация из буферного регистра 7 универсального интерфейса 6 выводится в четвертую линию магистрали и поступает через контроллер 9 в модем 10, откуда в кодированном виде подается на первую и вторую жилы каротажного кабеля.

7

При по.ступлении следующей команды из каротажного кабеля контроллер модуля управлеии-я сбрасывает сигнал 22 управления на шестой линии магистрали в О и подготавливает универсальные интерфейсы 6 к приему этой команды,

Предлагаемая телеметрическая система рассчитана в.первую очередь для исследования нефтяных и газовых скважин юдyль.нoй аппаратурой, содержащей большое число дат- чиков и общий охранный кожух. 1е1Я J8 18

JLJL

1229958

леспстема может быть применена в качестве унифицированной для аппаратурных комплексов, ориентированных на исследование нефтяных, га5 зовых, рудных и угольных скважин.

Технико-экономическая эффективность при внедрении предпагаемой телеметрической системы дости10 гается путем унификации скважинной аппаратуры, сокращения затрат на разработку отдельных модулей и модульных приборов.

отодность. Такт Упцабмние Земля нные

ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДНЯ КАРОТАЖА СКВАЖИН, состоящая наземной и скважинной частей, соединенных каротажным кабелем, в наземную часть которой входят контроллер и модем, а в скважинную часть - контроллер, модем, интерфейсные схемы. измерительные модули и приборная магистраль для передачи информации и напряжения питания, отличающаяся тем,- что, с целью расширения функциональнь Х возможностей телеметрической системы, три линии приборной магистрали с одной сторо- . ны Подключены к трем жилам каротажного кабеля, а с другой стороны две линии магистрали подключены к интерфейсным схемам через симметричный трансформатор или дроссель, а третья линия через коммутирующий элемент подключена к модулям, содержащим датчик собственной поляризации (пс) или электромеханические устройства, к четвертой линии магистрали подклю(О чены выход команд и вход данных скважинного контроллера и входы команд, выхода данных и сигнала Готовность интерфейсных схем, пятая и шестая О С линии магистрали подключены к соответ ствующим выходам Такт,Управление скважинного контроллера и входам N) интерфейсных схем, а седьмая линия соединена с выходом Общий измериЮ СО СО jTenbHbix модулей. сл