Устройство для контроля зенитных углов и положения отклонителя в скважине Советский патент 1985 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к области бурени) и может быть использовано при определении пространственной ориентации ствола скважины.

Известно устройство для контроля комплекса параметров траектории скважины и направления отклонителя, содержащее синусно-косинусные вращающиеся трансформатры (СКВТ), обмотки которых связаны с цилиндрическими обмотками, расположенными на оси подвижной системы чувствительного элемента и в корпусе устройства 1.

Недостатком этого устройства является 1тзкая точность измерения, обусловленная влиянием температуры на СКВТ, и бесконтактные индуктивнь е токосъемы (цилиндрические обмотки).

Известно также устройство для определения зенитного и визирного угла в скважине, содержащее два ортогональных маятника, расположеннь х в корпусе, на осях вращения которых установлены основные синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы. В этом устройстве в алгоритмы оределения искомых углов входят тангенсы углов поворота ортогональных маятников, что позволяет при взятии отнощений двух сигналов с каждого СКВТ (синусов и косинусов) устранить дополнительные погрещности, обусловленные влиянием дестабилизирующих факторов (вариации температуры частоты и амплитуды напряжения возбуждения и т.д.) 2,

Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная основной систематической составляющей погрещности, поскольку статистические характеристики СКВТ как функционального преобразователя являются нелинейными и сигналы с них имеют низкую чувствительность: с косинусных обмоток в диапазонах углов поворота 0-45° и с синусных 45-90°.

Цель изобретения - повыщение точности измерений за счет уменьщения систематической составляющей погрещности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля зенитных углов и положения отклонителя в скважине, содержащее два ортогональных маятника, расположенных в корпусе, на осях вращения которых установлены основные С1шусно-косннусные вращающиеся трансформаторы, снабжено двумя дополнительными синуснокосинусными вращающимися трансформаторами, генератором возбуждения, коммутатором, блоком вьщеления знака, аналого-1дафровьтм преобразователем, блоком формирования результирующего кода, наземным бло ком обработки информации, блоком управления коммутатором и регулировочными резисторами, при этом дополнительные синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы расположены на осях вращения маятников, а углы между электрическими осями нулевого положения основных и дополнительных синусно-косинусных вращающихся трансформаторов равны 45°, причем выход генератора возбуждения соединен с роторными обмотками синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, статорные обмотки которых связаны с информационными входами коммутатора, синусные обмотки статоров основных синусно-косинусных вращающихся трансформаторов подключены к входам блока выделения знака, выход которого соединен с входом блока управления коммутатором,

0 а один из выходов блока управления подключен к управляющему входу коммутатора, а другой его выход - к первому входу блока формирования результирующего кода, выход коммутатора через аналого-цифровой

преобразователь связан с вторым входом блока формирования результирующего кода, выход которого соединен с наземным блоком обработки информации, а регулировочные резисторы включены в цепь возбужде0 ния дополнительных синусно-косинусных вращающихся трансформаторов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - статистические характеристики СКВТ.

5 Устройство содержит корпус 1, два ортогональных маятника 2 и 3, основные СКВТ 4 и 5, дополнительные СКВТ 6 и 7, генератор возбуждения 8, коммутатор 9, блок выделения знака (БВЗ) 10, блок управления

коммутатором (БУК) II, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, блок формирования результирующего кода (БФРК) 13, наземный блок обработки информации 14 и регулировочные резисторы 15 и 16.

5 Регулировочные резисторы 15 и 16 служат для масщтабирования статистических характеристик дополнительных СКВТ 6 и 7 по отношению к основным СКВТ 4 и 5. Наземный блок обработки информации

14 предназначен для регистрации выходных кодов .8,- с выхода БФРК 13. Конкретное его использование зависит от способа инклинометрирования скважины и исполнения скважинной части геофизической аппара5 туры, в состав которой может входить данное устройство. Для варианта с кабельным или каким-либо другим каналом оперативной связи (гапьваническим, гидравлическим 3 и т.д.) наземный блок включает в себя устройство приема скважинной информации, ее регистрации, обработки и отображения. Для варианта автономного исполнения предлагаемого устройства (например, для автономного инклинометра сбрасываемого типа) с дискретной регистрацией инклинометрической информации наземный блок 14 включа ет в себя дополнительно блок интерфейса и блок управления перезаписи кодов из БФРК-13 в оперативный запоминающий блок. В обоих вариантах все блоки и устройства наземного блока 14, а также их связи известны, являются унифицированными. Работа устройства заключается в следующем. Роторные обмотки СКВТ 4-7 залитываются синусоидальным напряжением от генератора возбуждения 8. При вертикальном положении корпуса (зенитный угол 0 0 ) сигналы со статорных обмоток СКВТ имеют следующие обозначения: СКВТ 4 - Ug. 0; СКВТ 6 - Us,Uc,--iu, СКВТ 5 - Ug.o; и., 0 СКВТ 7 и, 54 С4- сигнал с синусных обмоток ис - сигналы с косинусных обмоток; (Jj - максимальное значение сигналов. При отклонении корпуса от вертикали на угол 0 и повороте вокруг собственной оси на угол Ч (если корпус устрой ства жестко связан с отклонителем, то Чугол установки отклонителя бурового инструмента) маятники, ориентируясь по вектору ускорения свободного падения, поворачиваются относительно своего начального положения на некоторые углы /ь и /3. При зтом роторы СКВТ 4-7 поворачиваются относительно статоров и сигналы с их выходов имеют следующую связь с углами /5 и /i (фиг. 2): ft , ()-, Ug 5in(/j.f5) ; (Ь,(л,«г и sin/i ; 3

в процессе измерения этих сигналов происходит анализ знака сигналов U

5, И Ug, И автоматический выбор сигналов U (или и.) и и5.(или Jj. ), т.е. сигналов.

щения 34 статистические характеристики которых в конкретных диапазонах имеют наибольщую крути; ну. .. Цикл измерения включает в себя четыре такта. В первом по логическим командам БУК 11 коммутатор 9 подключает синусную обмотку СКВТ 4 на вход АЦП 12, в котором сигнал, пропорциональный синусу угла поворота первого маятника, преобразуется в цифровой код. БЕЗ 10 и БУК И отрабатывают управляющие воздействия на управляющий вход БФРК-13, в котором формируется результирующий код сигнала в СКВТ 4, включающий в себя информативные разряды © - 0,, разряды знака 6 и разряды Kf4 которым- данный код распознается при обработке информации. Например, если в разряде вf. содержится О, то это означает, что код имеет отридательный знак, если 1, то положительный. Если в разрядах б содержится код 001, то это означает, что данный информационный код пропорционален сигналу с синусной обмотки СКВТ 4, если содержится код 011, то информационный код пропорционален сигналу с синусной обмотки СКВТ 6 и т.д. Во втором такте БВЗ 10 распознается знак сигнала с выхода СКВТ 4. Если этот сигнал положителен, то БУК 11 отрабатьтает команды на управляющий вход коммутатора 9, который подключает косинусную обмотку статора СКВТ 6 на вход АЦП 12. Если этот сигнал отрицателем, то коммутатор 9 подключает синусную обмотку статора СКВТ 6 на вход АЦП 12. Одновременно в БФРК 13 формируется распознавательный код и код знака. Результатом второго такта является информативный код, формируемый в БФРК 13, пропорщюнальный сигналу С или ъг ) Аналогично в третьем и четвертом тактах в БФРК 13 формируются коды, пропорциональные сигналам (Jsj и -54 ) Результирующие коды Э,- далее записываются в оперативное запоминающее устройство или передаются в наземный блок 14 по каналу связи. Обработка информации в наземном блоке 14 осуществляется в следующем порядке. Если Ug 0 и Ugy О, то берутся отнощенияОпределяются тангенсы углов поворота маятников4()TfTN7 «/ 2 4 a-i frri;i7знаки (+) и (-) соответствуют положительным или отрицательным сигналам Uc, и Us, : Анализируются диапазоны углов /э и /5 по знакам сигналов Us и Us,Искомые углы определяются в вычислителе ваземвого блока 14 в каждом диапазове углов ft к jb по обобщенным . алгоритмам 9«Arc-t,g(| 7;;yT(4/) ; « . tfsArci .Ч 11557 5 10 15 20 25 JQ 36 Таким образом, в процессе измерения происходит автоматический выбор и опрос сигналов статорных обмоток СКВТ, статистические характеристики которых в данных диапазонах имеют наибольшую крутизну. Изобретение по сравнению с базовым объектом обладает повышенной точностью измерения, достигаемой тем, что в устройство дополнительно введены два СКВТ (СКВТ 6 и СКВТ 7), причем с основных СКВТ (СКВТ 4 и СКВТ 5) опрашиваются синусные обмотки статоров, а с дополнительно введенных - сигналы, статисти геские характеристики которых в данных диапазонах углов поворота маятников имеют наибольшую крутизну; кроме того, выбор сигналов с дополнительных СКВТ и формирование результирую1цих кодов осуществляется автоматически; анализ знаков сигналов с основных СКВТ и формирование кода знака и распознавательного кода осуществляется также автоматически и исключает регистрацию избыточной информации, по распознавательному коду в вычислителе наземного блока происходит автоматический выбор алгоритма вычисления искомых углов. Повышение точности измерения за счет уменьшения систематической составляющей погрешности обуславливает зкономический эффект от применения устройства.

1}сно8н1 /е. .s

Дополнительные сквтб 7 Ж 5Ж 7jr

.

А2

р11г.2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗЕНИТНЫХ УГЛОВ И ПОЛОЖЕНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ, ;;одержащее два ортогональных маятника, расположенных в корпусе, на осях вращения которых установлены основные синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено двумя дополнительными синусно-косинусными вращающимися трансформаторами, генератором возбуждения, коммутатором, блоком выделения знака, аналого-цифровым преобразователем, блоком формирования результирующего кода, наземным блоком обработки информации, блоком управления коммутатором и регулировочными резисторами, при этом дополнительные синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы расположены на осях вращения маятников, а углы между электрическими осями нулевого положения основных и дополнительных синусно-косинусных вращающихся трансформаторов равны 45°, причем выход генератора возбуждения соединен с роторными обмотками синусно-косннусных вращающихся трансформаторов, статорные обмотки которых связаны с информационными входами коммутатора, синусные обмотки статоров основных сннусно-косинусных вращающихся трансформаторов подключены к входам блока вьщеления знака, выход которого соединен с входом блока управления коммутатором, а один из выходов бло(Л ка управления подключен к управляющему входу коммутатора, а другой его выход - к первому входу блока формирования результирующего кода, выход коммутатора через аналого-цифровой преобразователь связан с вторым входом блока формирования результирующего кода, выход которого соеСП Сл динен с наземным блоком обработки информации, а регулировочные резисторы включе ны в цепь возбуждения дополнительных со со синусно-косинусных вращающихся трансформаторов.