Формирователь геомагнитного репера Советский патент 1985 года по МПК E21B47/02 

I Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано,в акустических телевизорах, инклинометрах, пластовых наклономерах. Известны инклинометры и наклономеры, содержащие феррозондовые датчи ки магнитного меридиана, напримеп инклинометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде вращающегося-одноэлементного феррозонда Феррозонд в этом инклинометре горизо тируется с помощью карданова подвеса а вращение на него передается с помощью дополнительного карданова соединения Л . Однако данный инклинометр имеет высокую степень сложности исполнения механических узлов для передачи вращения на феррозонд и требует высокого класса точности изготовления. Кро ме того, нестабильность фазы измерительного аналогового сигнала, возникающая в каротажном кабеле, и нестабильность этого, сигнала, возникающая в результате неравномерности передачи угловой скорости через карданово соединение на чувствительный элемент существенно снижают точность измерений .. Известен феррозондовьв преобразователь азимута, в котором в качестве канала связи используются две жилы каротажного кабеля. В скважинном приборе этого преобразователя размещены четыре попарно ортогональных феррозонда, причем феррозонды каждой пары запитываются от двук генераторо с близкими частотами. Сигнальные обмотки феррозондов каждой пары подклю чены к входам двух параллельных каналов, содержащих последовательно со единенные усилитель-сумматор, избирательный усилитель, амплитудный детектор и усилитель мощности, к выходу которого через отдельную жилу каротажного кабеля подключен индикатор, измеряющий одну составляющую магнитную поля Земли в функции синуса и в функции косинуса азимута ориентации скважинного. прибора. Повышение чувствительности в данном преобразователе получено за счет увеличения частоты напряжения возбуждения феррозондов и размещения генераторов их питания в скважинном приборе 2j . Этот преобразователь имеет сложную конструкцию скважинного прибора, в состав которого включены четыре 91I феррозонда, два генератора и два от :ельных канала преобразования аналоговых сигналов с избирательными усилителями. При изменении температуры в скважине параметры электронных устройств и сопротивление жил кабеля изменяются по разным законам, особенно это откосится к избирательным усилителям. Поэтому возникают недопустимо большие погрешности измерения амплитудных составляющих азимута . Кроме того, в связи с отсутствием передачи на поверхность какоголибо опорного сигнала, аппаратура наземной части (индикатор) представляется достаточно сложной, включающей в себя обратные преобразователи arcsino; и arccos (Xi, что также ведет к появлению новых дополнительных погрешностей. Известерн преобразователь азимута, содержащий два ортогональных феррозонда и питающий их генератор, фа- . зовращатель, сумматор, преобразователь фаза - временной интервал и два канала преобразования, содержащих последовательно соединенные по информационному сигналу выходную обмотку феррозонда, электронный аналоговый ключ, пиковый детектор и модулятор. Информационные сигналы, амплитуда которых пропорциональна синусу и косинусу азимута, представляющие собой разнополярные импульсы, на выходных обмотках феррозондов при перемагничивании сердечника стробируются в каждом канале с помощью электронных аналоговых ключей, фиксируются на период с помощью пиковых детекторов и преобразуются модуляторами в синусо- и косинусоидальные напряжения, а выходной сигнал сумматора, фаза которого пропорциональна азимуту, преобразуется во временной интервал, пропорциональный азимуту з, Указанный преобразователь характеризуется слржностью реализации в скважинном np|j6ope, так как включает в себя большое количество таких достаточно сложных, узлов-, как модуляторы, фазовращатели, преобразователи фаза - временной интервал и др. Вследствие наличия двух каналов преобразования аналогового сигнала возникают недопустимобольшие погрешности от изменения температуры скважинного прибора. Причиной этого яв3ляется различный характер изменения передаточных характеристик аналоговых ключей, пиковых детекторов, фазовращателей . Питание феррозондов осуществляется переменным напряжением ненормированной формы, поэтому в амплитуде пиковых сигналов содержатся нечетные гармоники частоты возбуждения, вносящие дополнительную погрешность в результат измерения. Известен также формирователь геомагнитного репера, содержащий феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой, возбуждения датчика, датчик положе.ния, электромеханический преобразователь :тол - фаза, вал которого со единен с валом электродвигателя, вх ные обмотки - с сигнальными обмотк ми феррозондового датчика, а выходные обмотки - с входом частотно-избирательного усилителя 4J . Однако фильтрация огибающей филь тром НИ и передаче аналоговых измерительного и опорного сигналов по к ротажному кабелю приводит к появлению дополнительных динамической и статической погрешностей, а также дополнительных погрешностей, возникающих от изменения температуры скважинного прибора, что снижает точность измерения. В частности, при передаче измерительного сигнала из скважинного прибора линия связи (каротажный кабель) вносит дополнительный фазо.вый сдвиг, величина которого зависит от параметров жил ка ротажного кабеля и изменения их под воздействием температуры. Целью изобретения является увели чение точности измерения и упрощени конструкции. Указанная цель достигается тем, что формирователь геомагнитного репера, содержащий феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой возбуждения датчи ка, датчик положения, электромехани ческий преобразователь угол - фаза, вал которого соединен с валом элект родвигателя, входные обмотки - с си нальными обмотками феррозондового датчика, а выходные обмотки - с вхо дом частотно-избирательного усилите ля, снабжен импульсным формирователем lienepa, включающим нуль-орган с стробированием, пиковый:детектор, триггер и импульсный усилитель, при 14 чем выход частотно-избирательного усилителя соединен с информационным входом нуль-органа, выход генератора по удвоенной частоте соединен с входом стробирования нуль-органа, выход нуль-органа соединен с первым входом триггера и через пиковый детектор - с вторым входом триггера, а выход триггера соединен с входом ш.1пульсного усилителя. Кроме того, электромеханический преобразователь угол- фаза выполнен в виде бесконтактного синусно-косинусного преобразователя, на валу которого установлен датчик положения, а выход датчика положения электри.чески соединен с вторым входом импульсного усилителя. Датчик положения (например, нулевого положения вала относительно какой-либо точки на корпусе скважинно-. го прибора) вырабатьгеает импульс заранее определенной длительности и полярности. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого формирователя, геомагнитного репера. Формирователь геомагнитного репера состоит из феррозондового датчика 1, который закреплен на корпусе скважинного прибора с помощью карданова подвеса и горизонтируется маятником (карданов подвес и маятник на чертеже не показаны), бесконтактного си- нусно-косинусного трансформатора 2, частотно-избира,тельного усилителя 3, импульсного формирователя 4 репера, импульсного генератора 5 частот СО и 2(О, датчика 6 положения, электродвигателя 7 и линии связи 8 (каротажный кабель). Датчик 6 положения расположен на вале бесконтактного синусно-косинусного трансформатора 2, а валы электродвигателя 7 и БСКТ 2 механически соединены. Сигнальные обмотки 9 феррозондового датчика 1 соединены с входными обмотка i БСКТ 2, а обмотки 10 возбуждения - с выходом генератора 5 по частоте о). Выходная обмотка бесконтактного синусно-косинусного трансфцрматора 2 через.частотно-избирательный усилитель 3 соединена с информационным входом импульсного формирователя 4 репера, в составе которого содержится нуль-орган 11 со стро-i бированием, выход которого напрямую и через пиковый детектор 12 соединен с входаьш триггера 13, а выход триг 51

гера 13 - с входом импульсного усилителя 14. Кроме того, вход стробирования нуль-органа It соединен по частоте 20 с вькодом генератора 5, а выход датчика 6 положения - с вторьви входом импульсного усилителя 14, выход усилителя 14 нагружен на линию Связи 8.

Формирователь геомагнитного репера работает следунядим о раэрм.

Генератор 5 возбуждает в обмотках 10 датчика 1 электрическое поле, перемагничивакяцее сердечники феррозондов с частотой 2. При этом в сигнальных обмотках 9 возбуждается ЭДС второй гармоники 2С«}, величина и фаза которой зависят от углового положения оси чувствительности феррозондового датчика 1 относительно магнитного меридиана. Информационный сигнал 2 и через бесконтактньй синуснокосинусный трансформатор 2 и частотно-избирательный усилитель 3 поступает йа информационный вход нуль-органа 11. Бесконтактный синусно-косинусный трансформатор 2 работает в режиме непрерывного вращения при помощи электродвигателя 7, при этом На выходной обмотке БСКТ возникают биения сигнала частоты 2 60 с частотой 57 огибающей, равной частоте вращения вала бесконтактного синусно-косинусного трансформатора. Фаза огибающей и зависит от углового положения феррозондового датчика 1 относительно магнитного меридиана, а .фаза заполняющей частоты 2 СО изменяется скачком на при переходе, оси чувствительности системы феррозондовый датчик - бесконтактный синусно-косинусный трансформатор через северное и южное направления магнитного меридиана, причем эти же магниты соответствуют переходу огибающей через нуль На вход стробирования нуль-органа 11 с генератора 5 поступает сигнал стробирования частотой 2 Q с постоянной фазой, в результате на выходе нуль-органа при переходе огиба- клцей через нуль формируется серия прямоугольных импульсов частотой 2сО Так как фаза заполнякщей частоты 2 U с выхода бесконтактного синуснокосинусного трансформатора 2 изменяется на 180° через каждые 1/2 оборота вала, то и длительность этой серии соответствует по времени 1/2 оборота вала бесконтактного синуснокосинусного трансформатора 2. В ре71916;

зультате этого исключается неоднозначность определения северного направления магнитного меридиана, В момент перехода огибающей через j нуль первый из серии импульсов с выхода нуль-органа 11 заряжает (разряжает) пиковый детектор 12 и перебрасывает триггер 13, примененный с целью увеличения помехоустойчивости, 10 Выход триггера 13 соединен с входом импульсного усилителя 14, на выходе которого, согласованном по волновому сопротивлению с линией связи 8 (каротажньй кабель), и образуется 15 импульс геомагнитного репера определенной длительности и полярности. Кроме того, на второй вход импульсного усилителя 14 поступает импульс от датчика 6 положения. Датчик 6 может быть любого типа, в том числе контактный, индукционный и т,д, Временной интервал между импульсом положеНня и импульсом магнитного репера, при необходимости может быть использован в качестве величины, эквивалентной азимуту ориентации скважинного прибора,

В зависимости от конкретных требований к выходным сигналам и параметQ рам устройства питание электродвигателя 7 может быть организовано асинхронным или синхронным с частотой со напряжением или постоянным током. Статистическая погрешность устройства (исключая погрешности феррозонда и бесконтактного синусно-косинусного трансформатора в случае синхронного питания электродвигателя) определяется только уровнем квантования измеряемой величины, равным отношению удвоенной частоты 2 со питания феррозонда к частоте Я, вращения бесконтактного синусно-косинусного трансформатора, а динамические погрешности пренебрежимо малы, так как определяются стабильностью порога срабатывания нуль-органа, его быстродействием и длительностью фронтов импульсов, а вышеназванные характеристики нуль-органов современной элементной базы очень высоки.

Кроме того, статическая погрешность в этом случае имеет характер систематический и может быть легко -5 скомпенсирована и уменьшена до уровня случайной составляющей поворотом оси чувствительности системы бесконтактного синусно-косинусного трансформатора относительно корпуса скважинного прибора.

Исключение фазового детектора с фильтрацией измерительного сигнала и передачи аналоговьпс величин по каротажному кабелю и применение в устройстве импульсного формирователя репера увеличивает точность отметки репера, надежность, помехоустойчив вость и упрощает конструкцию,

i.

Описываемый формирователь геомагнитного репера применен в аппаратуре

скважинного акустического телевизора для привязки начала развертки изображения стенки скважины к северному направлению магнитного мерНдиана, , Это позволило упростить решение ряда геологической и технологических задач в бурящихся скважинах. Например, определение элементов залегания пластов производится без сложных громоздких вычислений, характерных для обработки результатов измерений аппаратурой пластового наклономера НИД-1. . .

1. ФОРМИРОВАТЕЛЬ ГЕОМАГНИТНОГО РЕПЕРА, содержащий феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой возбзЬвдения датчика, датчик положения электромеханический преобразователь угол фаза, вал которого соединен с валом электродвигателя, входные обмотки с сигнальными обмотками феррозондового датчика, a выходные обмотки С входом частотно-избирательного .усилителя, отличающийся ;тем, что, с целью увеличения точности измерения и упрощения конструкции, он снабжен импульсньш формирователем репера, включакяцим нуль-орган со стробироваиием, пйковьй детектор, триггер и 1Ф1пульсный усилитель, причем выход частотно-избирательного усилителя соединен с информационным входом нуль-органа, выход генератора по удвоенной час-чрте соединен с входом стробирования нуль-органа, выход нуль-органа соединен с первым входом триггера и через пиковый детектор-с вторьы входом триггера, a 9 выход триггера соединен с входом импульсного усилителя. 2. Формирователь по п. tj о т л и.чающийся тем, что электромеханический преобразователь угол § фаза выполнен ввиде бесконтактного синусно-косинусного преобразователя, на валу которого установлен датчик положения, a выход датчика положения электрически соединен с орым входом импульсного усилителя, ;о