Способ скважинного исследования в процессе бурения Советский патент 1986 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к исследованию скважин, в частности, касается систем, оборудования и методов, используюЕцих пульсации бурового раствора для телеметрии с целью передачи на поверхность земли сигна7 лов, представляющих собой один или несколько параметров, измеряемых на забое.

Цель изобретения - повьшение точности измерения и снижение энергетических затрат.

На фиг.1 схематично изображена установка для вращательного бурения, оборудованная устройствами для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - генератор отрицательных импульсов давления раствора, клапан которого находится в открытом положении; на фиг.З - то же, в закрытом положении; на фиг.4 - генератор отрицательных импульсов давления раствора с контрольно-измерительной и воспринимающей частями, который установлен в колонне бурильных труб возле буровой головки; на фиг.З - то же, выполненньй в пропорциональных размерах; на фиг.6 - датчик радиоактивного типа и взаимодействующее с ним контрольно- измерительное оборудованиеJ на фиг.7 - датчик температуры и взаимодействующий с ним контрольно-измерительный прибор; на фиг.8 - блок-схема оборудования для управления работой клапана генератора отрицательного импульса давления раствора J на фиг. 9 - конструкция автономного источника энергии, располагающегося в скважине, первый вариант; на фиГоЮ то же, второй вариант; на фиг.11 - наземное оборудование, где замеряемым параметром скважины является радиоактивность; на фиг.12 - несколько волн, импульсов и временных зависимостей которые пдясняют реализацию предлагаемого способа; на фиг.13 и 14 - блок-схемы, показывающие два разных элемента вычитателя сигналов; на фиг.15 - блок-схема наземного оборудования, второй вариант, на фиг,16 - блок-схема наземного оборудования другого типа; на фиг.17 - то же, второй вариант; на фиг.18 - блок-схема другой конструкции генератора синхронизирующего импульса. Буровая установка 1 (фиг.1) содержит насос 2 для циркуляции буро2436332

вого раствора, соединенный с отводной трубой 3, стояк 4, гибкий шланг 5 высокого давления, вертлюг 6 и колонну бурильных труб 7, содержа5 щ;)То обычнзта бурильную трубу и удлинители;, и струйное долото 8. Внутри удлинителя 9 и на некотором расстоянии от долота 8 размещен генератор 10 импульсов отрицательного

10 давления раствора, а также воспринимающий и контрольно-измеритель- . ный блок 11.

Генератор импульсов 10 отрицательного давления раствора выраба15 тывает серию программных импульсов, каждый из которых состоит из мгновенных уменьшений давления раствора. В одном случае достигается с помощью средств, включающих клапан,

20 который мгновенно открывает сообщение между внутренней полостью удлинителя 9 и наружным пространством вокруг него, т.е. клапан контролирует канал, проходящий между внут25 ранней полостью удлинителя 9 и за- трубным пространством 12, образованным наружной поверхностью удлинителя и скважиной.

Наземное оборудование 13 соеди30 нено с преобразователем 14 давления, который соединен со стояком 4 (и.гш же, если требуется, то г;реоб- разователь 14 может соединяться с неподвижной частью вертлюга 6).

, I

- Импульсный генератор 10 (фиг. 2

и- 3) содержит впускную 15, выпускную 16 и компенсирующую 17 камеры. Впускная камера 15 гидравлически соединена через впускной канал 18 с внутренней полостью удлинителя 9 и через канал 19 с выпускной камерой 16. Гидравлический поток через канал 19 контролируется за счет взаимодействия клапана 20 со своим седлом 21. Выпускная камера 16 гидравлически соединена через выпускной канал 22 с затрубным пространством 12. В выпускном канале 22 установлены первое 23 и второе 24 ком пенсирующие отверстия. Камера 25, расположенная между отверстиями 23 и 24, гидравлически соединена через трубопровод 26 с компенсирующей камерой 17. Впускная камера 15 со55 общается с компенсирующей камерой

17 через цилиндр 27, в котором ус: танов лен компенсируюЕций поршень 28,

соединенный с клапаном 20 с помощью

40

вала 29. Кроме того, клапан 20 соединен с помощью вала 30 (фиг.4 и 5) с приводом 31.

Клапан 20 (фиг.З) импульсного генератора 10 находится в закрытом положении. Заштрихованная часть обозначает высокое давление, а чистая часть - низкое (величины давлений; высокое, низкое и среднее, являются относительными давлениями, т.е. разницей между давлением в выбранном месте и давлением затруб- ного пространства, которое рассматривается, равным нулю, тогда как действительное или реальное давление равно этой величине плюс гидростатический напор, которьй может быть равен 703,1 кг/см и больше).

Эффективная площадь клапана 20 делается несколько больше, чем эффективная площадь поршня 28 со стороны вала, поэтому, когда кЛапан 20 закрыт или почти закрыт, то усилие, действующее на вал 29 направлено в сторону, обозначенную стрелкой (фиг.З), и может быть равно 1000 X (о--о.) , где а- эффективная площадь клапана 20, а- о - эффективная йлощадь компенсирующего поршня 28 со стороны вала.

На фиг.2 клапан 20 показан в открытом положении, т.е. обеспечивающем прохождение потока раствора из впускной камеры 15 в выпускную камеру 16 и через выпускной канал 22 в затрубное пространство 12. Первое 23 и второе 24 компенсирующие отверстия имеют заранее установленное ограничение для потока раствора и каждое из них обеспечивает перепад давлений. Следовательно, давление внутри камеры 17 может принимать любое значение от максимального внутри камеры 16 до минимального на выходе из выпускного канала 22, которое соответствует давлению внутри затрубного пространства 12. Первое 23 и второе 24 коц- пенсирующие отверстия имеют заранее установленное ограничение для потока раствора и каждое из них обеспе- чивает перепад давлений. Следовательно, давление внутри камеры 17 может принимать любое значение от максимального внутри камеры 16 до минимального на выходе из выпускного канала 22, которое соответствует давлению внутри затрубного пространства 12.

436334

Когда клапан открыт для прохождения потока, то раствор встречает на своем пути два ограничения - отверстие 23 и отверстие 24, в ре- 5 зультате чего величина давления в камере 25 имеет промежуточную величину между высоким давлением и низким давлением, существующим на выходе выпускного канала 22. Это про- 10 межуточное давление обозначено

пунктирной зоной (фиг.2). Промежуточное давление образуется в камере 25 между отверстиями 23 и 24 и простирается через трубопровод 26 5 до компенсирующей камеры 17. Сле- . довательно, давление в зтой компенсирующей камере 17 может регулироваться до любой приемлемой величины от высокого давления в выпуск- 2Q ной камере 16 до низкого давления на выходе выпускного клапана 22. Таким образом, пропорциональное выполнение размеров отверстий 23 и 24 обеспечивает регулирование давления 25 в компенсирующей камере 17 и, следовательно, усилия, действующего на компенсируюпщй поршень 28. Если размер отверстия 24 такой же, как у отверстия 23, тогда давление в камере 25 и компенсирующей камере 17 имеет среднюю величину между давлением в выпускной камере 16 и затрубным пространством 12. Когда размеротверстия 24 делается больше, чем отверстие 23, то давление в компенсирующей камере 17 относительно уменьшается, а когда отверстие 24 имеет размер меньше, чем у отверстия 23, то давление в компенсирующей камере 17 относительно увеличивается. Так, например, если отверстие 24 выполнено меньше по сравнению с отверстием 23,то давление в камере 17 высокое и поэтому усилие, действующее на головку порш- ня 28, больше и оно стремится закрыть клапан 20. С другой стороны, если отверстие 24 является большим по сравнению с отверстием 23, то. давление в камере 17 низкое. В ре- 50 зультате чего клапан 20 остается открытым. Таким образом, усилие, действующее на головку поршня 28, может регулироваться в широких пределах, тем самым обеспечивая сред- 5 ства для регулирования работы клапана 20.

Важно отметить, что усилие, стремящееся закрыть клапан 20 (фиг.З),

и усилие, стремящееся открыть клапан 20 (фиг.2), определяются первым и вторьм независимыми параметрами, т.е. усилие, стремящееся закрыть клапан, вытекает из разности эффективных площадей клапана 20 и компенсирующего поршня 28 со стороны вала или штока, тогда как усилие, стремящееся открыть клапан, вытекает из относительных размеров отверстий 23 и 24. Путем соответствующего регулирования этих параметров клапан 20 может открываться или закрываться под действием механического усилия небольшой ве,ггичины.

Клапан 20 ийеет двойное действие т,е. он переключается из открытого положения в закрытое и наоборот. Другими словами, первый указанный параметр выбирается таким образом что, когда клапан находится в положении между почти закрытом и полностью закрытом, то прикладывается и поддерживается господствующее уси лие заданной величины и в направлении клапан Закрыт, а второй указанный независимый параметр выбирается таким образом, что когда клапан находится в положении мелоду почти открытом и полностью открытом, то прикладывается и поддерживается доминирующее усилие заданной величины в направлении клапан Открыт.

Таким образом, импульсньш генератор 10 отрицательного давления раствора использует существующую энергию, получаемую от давления бурового раствора так, что сущест- венно уменьшает-величину внешней энергии, необходимой для работы клапана 20 и, кроме того, для сообщения клапану 20 двойного или рычажного действия.

Втулка 32 (фиг.4), имеющая на- Д11аметр 171,5 мм и длину Oj9 м, удерживает с помощью рьгчагов

или перфорированных опорных элемен- 1

тов (не показаны) внутренний кор- пус 33. В последнем размещен импульсный генератор 10, а к основанию корпуса 33 прикреплены блоки . 34 и 35 контрольно-измерительной аппаратуры, а также блок 36 датчи- ка. Буровой раствор из внутренней полости удлинителя 9 проходит вокру корпуса 33 в направлении, указанном стрелками. Фильтр 37 предотвращает попадание твердых частиц в корпус. Клапан 20 показан приводя- щимся в действие приводом 31.Когда клапан 20 открыт (фиг.2), то часть бурового раствора перепускается в затрубное пространство 12. Изогнутыми стрелками показано направление этого перепуска раствора. Давление, под действием которого раствор по- да.ется в затрубное пространство 12, является давлением, существующим на струях долота 8. Когда клапан 20 закрывается, то перепуск в загрубное пространство 12 тоже закрывается.

Плавающий поршень 38 отделяет камеру 17 от заполненной маслом- камеры 39, Приводящее в действие устройство расположено в заполненной маслом камере 40. Уравновешивающий канал 41 соединяет камеру 39 с ;самерой 40. Таким образом, в сочетании с плавающим поршнем 38 и каналом 26 в камерах 17, 39 и 40 поддерживается такое же давление, как и в камере 25. Канал 41 (фиг.4) час;тично показан пунктирными линиями. Блок 35 диаметром 60,3 мм устанавливается Б стандартньй удлинитель, имеющий длину 4,57 м, наруж- ньш диаметр 171,5 мм и внутренний диаметр 82,6 мм. Узел 11 снабжен специальными центрирующими рычагами 42,, которые прочно входят в переводник с муфтами на обоих концах 43. Рычаги 42 служат для центрирования: узла 11, обеспечивая при этом свободное прохождение бурового раствора.

Приходящее в действие устройство 31 (фиг.5) содержит два электрических соленоида, установленных один ,против другого. Обмотка 44 верхне- го соленоида служит, для создания на его якоре 45 направленного вверх усилия, тогда как обмотка 46 нижнего соленоида служит для создания на его якоре 47 направленного вниз усилия. Якоря 45 и 47 свободно прикреплены к механическому рычагу 48, который в свою очередь соединен с валом 30, в результате чего достигается эффект молотка 5 т.е. когда обмотка соленоида возбуждается, то ее якорь перемещается на короткое расстояние прежде, чем он начнет выбирать нагрузку вала 30 в виде удара молотка. Такое действие молотка имеет положительный эффект при открытии и закрывании клапана 20.

Отверстия 23 и 24 выполняются с меньшими площадями проходных сечений, чем у канала 19, в результате чего скорость потока бурового раствора через уплотняющие поверхности клапана 20 и его седло 21 значительно уменьшена по сравнению со скоростью потока раствора через отверстия 23 и 24, тем самым износ концентрируется на отверстиях 23 и 24, которые изготавливаются из износостойкого материала (например, карбида бора) и которые выполняются легко заменяющимися на своем месте Таким образом, эти небольшие не подвергающиеся эрозии отверстия 23 и 24 делают генератор 10 импульсов отрицательного давления раствора полностью безопасным, т.е. не имеет значения, что случится с клапаном 2 (например, он застрянет в открытом положении), то количество бурового раствора, которое пойдет через отверстия 23 и 24, не оказывает существенного отрицательного воздействи на процесс бурения. Другим преимуществом сменных отверстий 23 и 24 является то, что они могут лучше соответствовать изменяющимся весам и вязк остям бурового раствора.

Поскольку генератор 10 импульсов подвержен сильным вибрациям,то его конструкция должна обеспечивать стабильность клапана 20 в обоих его положениях, т.е. открытом или закрытом. Требуемая стабильность обеспечивается с помощью гидравлического упора или двойного действия клапана 20.

Вертикальное ускорение, возникающее в процессе бурения, является более сильным в верхнем направлении, чем в нижнем. Когда зубья буровой головки встречают твердую породу,то буровая головка и удлинители 9 смещаются вверх, т.е. приобретают направленное вверх ускорение, но как только буровая головка поднимется и выйдет из контакта с породой, то сразу же возникает небольшое усилие отличное от ускорения, обусловленно силой тяжести, под действием которого буровая головка и удлинители направляются вниз.Следовательно, направленное вверх ускорение может составлять несколько сот g, тогда 5 как направленное вниз ускорение только порядка 1 g. Поэтому клапан 20 должен быть выполнен так, что, когда он находится в закрытом положении, он удерживается в закрытом положении 10 направленным вверх ускорением,т.е. улучшает его посадку в седле, а в открытом положении - под действием направленного вниз ускорения (которое -принимается небольшим). Это

15 достигнуто в конструкции, показанной на фиг. 4 и 5.

В генераторе 10 импульсов отрицательного давления бурового раствора в качестве типичных могут рас20 сматриваться следующие размеры: отверстие 23 диаметром 12,7 мм, отверстие 24 диаметром 7,8 мм, ход клапана 20 - 3,18 мм, диаметр поршня 28 - 9,7 мм, диаметр клапана 20 на

5 его посадочном месте 10,9 м, угол седла 21 относительно оси перемещения клапана 60°, диаметр отверстия в седле 21 или канала 19 - 9,5 мм, диаметр вала 29 клапана - 4,75 м.

0 Также схематично изображена специального типа батарея 49 (фиг.9), которая может использоваться для питания оборудования, находящегося в скважине. Это батарея с расплавлен5 ной солью, например, сернистого ли- тия - алюминия и железа. Эти батареи хорошо подходят для работы при высоких температурах.

Имеется устройство, которое включает батарею до того, как она помещается в горячую среду нефтяной скважины, и поддерживает ее в заряженном состоянии в процессе использования. На фиг.З обозначены нагре-5 вательные элементы 50, обеспечивающие небольшой нагрев батареи 49, рубашка 51, содержащая тепловую изоляцию. Сначала внешнее напряжение (не показано) прикладывается к клем - ме 52 (в то время, когда прибор на- , ходится на поверхности и перед его нагрз ением в скважину. Под действием этого напряжения включаются нагревательные элементы 50, которые расплавляют электролит батареи. Кроме того, батарея 49 заряжается при при- |ложении напряжения к клемме 52 перед погружением прибора в нефтяную сква

жнну. Когда батарея достигает своего обьиного рабочего температурного диапазона, то цепь к нагревательному элементу 50 размыкается с помощью термостатического вьшлючателя 53, который замыкается в периоды, когда батареи требуется дополнительное тепло. При скважинном исследовании в процессе бурения вибрация ин- струмента приводит к тому, что устройство 54 вырабатывает зарядный ток. В качестве устройства 54 могут применяться небольшая турбинка, приводящаяся в действие потоком бурово- го раствора, или электрический гане- ратор для поддержания батареи в заряженном состоянии, поскольку требуется только около одного ватта непрерывной зарядной мощности.

В другом варианте (фиг.10) специальной батареи, которая может использоваться для приведения в действие размещенного в скБ;ажине оборудования устройства для реализацрш способа, использзтотся элементы 55 и сернистого лития. Большое количество отдельных элементов 55 соединено последовательно между заземляющим зажимом 56 и пололительной клеммой

57.Каждый элемент предпочтительно снабжать крышкой для понижения давления или вентиляционным отверстие1У

58.Элементы 55 помещены в бак 59, который может вьщерживать давления, значительно превосходящие те., кото. рые создаются электролитом элементо 55. В бак 59 наливается :яз1дкость 60j обладающая теми же и,пи почти те ми же характеристиками давления и температуры, что и электролит,т.е. жидкость 60 создает давление пара (под воздействием высоких температур), которое по существу равно дав лению пара электролита в элементах 55. В простейшем случае кидкость 60 может быть водой, так как бак 59 является герметичным и обладает повышенной стойкостью к давлению5 по- этому жидкость 60 (в данном примере вода) никогда не закипит не зависимо от температуры. Происходит повышение давления пара в пространстве над жидкостью 60 и довольно до боль шой величины, чтобы оно находилось в равновесии с давлением пара, создаваемым горячей жидкостью 60.

Этот же принцип может быть использован и для случая, когда элементы являются сернисто-литиевого типа, а хащкость 60 может быть сер- нистьп ангидридом. Пары сернистого ангидрида, образуемые элементами 55, всегда находятся в равновесии по давлению с баком 59s так как сер- нистс -ангидридная жидкость в этом вспомогательном баке 59 всегда создает давление J равное Totiy, что создается элементами 55.

Другой особенностью устройства, реализующего способ, является то, что время, в течение которого клапан 20 поддеряа1вается открытым, не зависит от величины требуемой энергии. Энергия требуется только на то,чтобы открыть клапан 20.

Датчик () природных гамма- из/гучен1- Й (счетчик-Гейгера.) с взаимодействующей с ним электрической целью, которая является цепью аналогового типа, и температурньм датчик (фиг. 7),, который является датчиком цифрового типа, могут подсоединяться к входной клемме прибора,

изображенного на фиг.8. I

Счетчик Гейгера 61 снабжен обыч- Hbffi ясточником ВЫСОКОГО напряжения HV,, вырабатьюает импульсы и соединен через конденсатор 62 с усилите- 63. который вырабатывает на СЕоем выходе импульсы, соответствзто- щие импульсам счетчика 61, Цепь 64 масштаба 1024 вырабатывает один выходной кмиу.чъс на 1024 импульсов счетчика Гейгера, а его выход представлен в виде импульсов, имеющих разделение t. Чем выше интенсивность гамма-излучения,тем выше чистота импульсов на выходе цепи 64 масштаба 1024 и меньше время ;,.

Температура определяется термисто- ром 65, т.е. полупроводником, сопротивление которого изменяется с температурой (он снабжен соответствующим источником питания, который не показан). Выходом термистора 65 является напряжение постоянного тока, : 1ропорциональное температуре. Усилитель 66 усиливает это напряжение и передает его на преобразователь 67 из аналоговой формы в циф- poB TiOj который в свою очередь генерирует серию двоичных байт одну за

другой, каждая из которых представляет число, пропорциональное замеренной температуре. Выходы усилителей 68 и 69 мощности используются для управления возбуждением обмоток 44 и 46 противоположно соединенных соленоидов для приведения в действие клапана 20, Когда обмотка 44 во буждается, то якорь 45 соленоида движется вверх, толкая вверх вал 30 под действием которого клапан 20 от .крывается. Когда возбуждается обмотка 46, якорь 47 соленоида движется вниз, толкая вал 30 вниз, в результате чего клапан 20«закрывается

Б датчиках устройства величина измеряемого параметра скважины представляется электрическими импульсами. Последовательность импульсов представляет собой код (двоичньй или другой) и эта последовательност характеризует величину измеряемого параметра. Каждый единич ный сигнал этого кода обрабатывается с целью приведения в действие клапана 20. На фиг.8 обозначен один такой импульс 70, который является продолжительным по времени, всего несколько микросекунд. Этот импульс 70 подается на электрическую цепь, содержащуюся в блоке 71. Последний содержит однозарядньй одновибратор, соответствующие преобразующие выпрямляющие цепи и обеспечивает (в ответ на один входной импульс) два выходных импульса, разделенных по времени величиной i (первьй импульс обычно совпадает по времени с входным импульсом, а второй импульс появляется позже на величину времени, равную t), как показано импульсами 72 и 73. Электрические импульсы 72 и 73 прикладываются соответственно на цепь, содержащуюся в блоках 74 и 75. Эти две цепи являются аналогичными и носят название цепей удлинения сигналов. Каж- дьй входной импульс удлиняется для получения выходных импульсов 76 и 77. Эти импульсы соответственно подаются па усилители 68 и 69 мощности.

Б конструкции электронной логической и силовой электрической цепи (фиг.8) в качестве констант выбраны t 500 и tj 20 мс. В процессе работы, когда единичный импульс

70 поступает на вход 78, усилитель 68 включается на 20 мс, а затем выключается. После этого, спустя 5 500 мс, усилитель 69 также включается на 20 мс. Таким образом, клапан 20 находится в открытом состоянии в течение 500 мс и при этом не требу-- ется никакой энергии в этот период 10 времени, чтобы перевести клапан 20 в открытое или закрытое положение.

Преобразователь 14 давления,сое- диненньш со стояком 4, преобразует изменение давления бурового раствора 15 в стояке в изменяющееся электрическое напряжение. Это напряжение пред ставляет собой смесь двух составляющих сигналов: полезного, содержащего информацию сигнала, и сигнапа 20 помех. Несущий информацию сигнал является непрерывным рядом импульсов отрицательного давления статора,образованных в результате внезапного открытия и закрытия, клапана 20. Сиг25 нал помех представляет собой относительно слабые и периодические изменения давления, обусловленные ходами насоса 2 бурового раствора. Эти сигналы насоса бурового раствора

0 затемняют полезную информацию.

Выделение полезного сигнала производится с помощью разделителя 79 сигналов, который соединяется с выходной клеммой 80 преобразователя

5 давления. Разделитель сигналов устраняет влияние помех и создает .на своей выходной клемме 81 последовательные импульсы, из которых может быть получена информация, касаю0 щаяся измеряемого параметра скважины.

Управление разделителем 79 сигт налов осуществляется заранее заданным образом с помощью последовательных синхронизирующих импульсов, поступающих от импульсного генератора 82 и прикладываемых к управляющим клеммам 83 и 84. Импульсный генератор 82 приводится в действие

механически с помощью насоса 2 бу- ,рового раствора с целью получения соответствующего числа синхронизирующих импульсов за оборот насоса. С этой целью предусмотрен привод с

щ(пной передачей 85.

Несущий информацию сигнал, получаемый из разделителя 79 сигналов, представлен в виде импульсов,посту5

пагащих от срабатывания клапана 20 генератора 10. Релевантная информация обеспечивается временными интервалами, разделяющими импульсы.Преобразователь 86 время-амплитуда,сое- дннениый с выходно клеммой 81 разделителя сигналов, преобразует импульсы, полученные от срабатывания клапана 20 генератора 10, в сигналы, имеющие величины, представляющие интерпалы между ними.

Сигналы, получаемые от преобразователя 86 подаются на входную клемму 87 цепи 88 сопряжения. Последняя создает выходные напряжения, которые являются обратньй и величинами входных напряжений. Так, если напряжение величиной М прикладывается к вход- HOj f KJieMbie 87 цепи 88 сопряжения,то выходное напряжение получается рав- ньц. 1/М, Полученные сигналы записываются на ленте самописца 89. Лента самописца 89 перемещается в соответствии с изменяющейся глубиной датчика 11 .с помощью датчика 90 глубины.

Анализируют различные сигналы (фиг.12). Пусть

F(t) S(t) + N(t),

(О

SCt) - полезньй несущий информацию сигнал, образованный импульсами Р, Р и Pj , выровненными- вдоль временной оси t (фиг.12, ось Л).

Время поступления этих импульсов которые соответствуют временам срабатывания клапана 20 генератора 10, составляет соответственно и t. Временными интервалами,раз- деляющиьн-1 эти импульсы, являются

V 4 з кoтo- рые являются показателем интенсивности радиоактивного измерения.Если эти временные интервалы являются большими, то интенсивность относительно слабая и наоборот, если интервалы маленькие, то интенсивность высокая. Сигнал помех, созда- вае1-1ьй насосом 2 бурового раствора, представлен периодической, но необязательно синусоидальной функцией N(t), имеющей период Т (фиг.12, ось А). линa периода зависит от скорости вращения насоса.

Разделитель 79 сигналов работает поэтапно.

На первом этапе смещают вход 5 F(t) на величину Т для получения

F(i-T) S(-l-T) + N(t -Т),

(2)

где S(t-T) и N(t-T) - смещенный по- лезный сигнал и смещенный сигнал помех соответственно.

Оба сигнала показаны ца оси В (фиг.12). Сигнал S(t-T) представляется импульсами Р|, и Р , ко,(.0) р(а) 2

торые получены путем смещения на величину Т соответствующих импульсов Р, Pj и PJ (фиг.12, ось А). Сигнал ) показан точно созпа- даюшз м с N(i). Это обусловлено периодичностью сигнала. Таким образом

N(-t-T) N(t).

(3)

На втором этапе вычитают из пер- 25 врначальной входной функции F( t) смеп;енную входную функцию F(t-T) и получают

30

M(t) F(t) - F(l-T). (4)

Принимая во внимание равенства (1)- (3)., получают

M(t) S(i) -- S(t-T),

(5)

Таким образом, сигнал помех устранен и- не появляется больше в M(t).

Как показано на оси С (фиг.12) M(t).состоит из импульсов, поступающих. парами. Каждая пара состоит из отрицательного и положительного импульсов, разделенных один от другого временным интервалом Т. Таким образом, наблюдают пару, состоящую

из Р

сЪ)

, ()

и Р; за которой следует 1 1 1.

цругая пара, состоящая из Р и

, затем следующая пара, состоя- ,11 . /1,1

щая из Р

CV)

и Pf и т.д.

fla третьем этапе смещают M(t) на время Т с тем, чтобы получить M(t-T). Таким образом, вся последовательность импульсов (фиг.12,ось С) смещается вдоль переменной оси на величиту Т. чтобы появиться на оси Д (фиг. 12). Расположение импульсов в виде пар сохранено на оси Д (фиг.12). Однако каящая пара, например, Р - и Р смещена относительно парь: и Р на велчину Т. AHajTQrH4Ho, пара Р и Р смещена относительно пары р и на величину Т и т.д.

На четвертом этапе производится сравнение смещенных импульсов (фиг.12, ось Д)с теми, что изображены на оси С (фиг.12). Установлен что часть импульсов (ось Д) совпадает по времени с некоторыми импульсами на оси С. Моменты, в которые произошло совпадение,записаны на оси Е, в виде импульсов - pCd и Р Таким образом

«J

Р/ совпадает с Р/ ,и Р,, pi совпадает с и

,

,cv)

U)

Р, совпадает с Р., и Р-,

3 --ЛJ

Промежутками времени, когда появляются импульсы , и Р являются i +Т, tj +Т и tj +т.

Импульсы , и PJ соответствуют, импульсам Р , Р и PJ , показанным на оси А. Следовательно, импульсы на оси Е также представляют эту функцию, которая теперь 5(-1), так как она смещена на Т. Очевидно, что импульсы на оси Е обеспечивают получение информации, которую пытаютс я получить. Временной интервал между и составляет , а временной интервал между и - и т.д. Вели- -чины ,(„ характеризуют радиацию, замеряемзгю датчиком гамма-излучения

Приведенные этапы можно применят для характеристики разделителя 79 сигналов, в частности элементов 91 и 92 (фиг. 13 и 14)

Элемент 91 получает на свою входную клемму 80, которая является такой же, как у разделителя 79 сигналов, сигнал F(i). Этот сигнал передается -через усилитель 93 на входную клемму 94 цепи 95 задержки. Последняя задерживает F(t) на Т, тем самым образуя на своей выходной клемме 96 сигнал F(i-T). Этот сигнал является суммой двух составляющих сигналов S(-t-T) и N(-I;-T), которые показаны на оси В (фиг.).

Сигнал F(t-T) подается к одной из входной клемм 96 вычитателя 97. На вторую входную клемму 98 вычитателя непосредственно поступает

сигнал F(-l), который подается с клеммы 80 по проводу 99. Таким образом, на выходной клемме 100 вы- 5 читателя 97 получают разность сигналов (ось С, фиг.12).

Цепь 95 задержки снабжена клеммой 83 управления,на которую поступает сигнал, контролирующий задержку Т. 10 Важно, чтобы длина задержки Т была бы такой же, как период колебаний давления раствора, создаваемых насосом 2 раствора.

Величина задержки Т контроли- 15 руется синхронизирующими импульсами, поступающими от импульсного генератора 82 (фиг.11), подаваемых по проводу 1Q1 на клемму 83 управления. Задержка Т является такой же, 20 как период колебания давления раствора, образующегося при последовательных ходах насоса 2. Следовательно, частота синхронизирующих импульсов должна контролироваться 5 вращением насоса.

Предположим, что насос совершает N, ходов в секунду. Тогда Т 1/N. Импульсный генератор 82 вырабатывает импульсы с относитель0 но большой скоростью N2, которая является кратной N . Таким образом, , где К - постоянная, равная 512. Следовательно, если насос совершает -один ход в секунду, то им5 пульсный генератор должен вырабатывать 512 импульсов в сек. Очевидно, что скорость пульсации насоса 2 изменяется со временем и, следовательно, Nj изменяется таким образом,что

0 задержка, создаваемая цепью 95 задержки, всегда равна одному периоду колебаний давления раствора, создаваемых насосом 2.

Первый и второй этапы осуще5 ствляются элементом 91 разделителя 79 сигналов. Входной сигнал F(t)j представленный его составляющими, преобразован в выходной сигнал M(-t), который появляется в виде последоQ вательных пар импульсов и показан на оси С (фиг.12), остальные этапы осуществляются с помощью элемента 92 разделителя 79 сигналов.

Сигнал M(i) поступает через про- водник 102 на цепь 103 задержки

(фиг.14). Последняя аналогична цепи 95 задержки. На ее клемму 84 управления поступает такой же сигнал

управления, который подается на клемму 83 управления цепи задержки. Следовательно, величина задержки, создаваемой цепью 103 задержки составляет Т, а сигнал, появляющийся на выходе, равен М(1-Т).Этот вь ходной сигнал передается через усилитель 104 на одну входную клемму 105 схемы И 106. В это же врймя незадержанный сигнал M(t) подается через проводник 107 и з силитель 108 на другую входную клемму 109 схемы И 106. Эти два входных сиг-нала M(t ) и М(), которые подаются на схему И 106, показаны на осях А и Д соответственно. Отмечалось ;, что некоторые импульсы, показанные на оси С, появляются одновременно с импульсами на оси Д. Импульсы, которые появляются одновременно, образуются на выходе схемы И 106 и обозначены как Р ,

я v ,4 }Л

Р и Р . Эти совпадающие импульсы являются выходшлми импульсами элемента 92 и следовательно разделителя 79 сигналов.

Таким образом, с помощью элемента 92 выполняются третий и четверты зталши Преобразовьшают сигнал M(i) 3 сигнал S(t-T) Последний дает величины N , 5 , представгшющие требуемую информацию. Следует повториться, что сигнал S(i-T) представлен последовательными импульсами. Эти импульсы передаЕотся на. преобра- зовгьтель 86 время-амплитуда для вьщеления из него выходных сигналов различной величины, например i,,, )|, , л,, которые представляют временные интервалы мелсду поступлением импульсов. Эти импульсы в свою оче редь подаются на цепь 88 сопряжения для их преобразования в другие сигналы сопряжения, имеющие величины , и )., соответственио. Эти СИГНАЛЬ сопрян ения записываются самописцем 89. Ве.тичины: 1/А.,, 1/л,, и представляют собой и: тенсивность радиоактивности форма-- ций, замеренной датчиком на различной глубине в скважине.

Описаны инструментальные средства для осуществления логических этапов 5 начиная от функций F(t) до функции S(t-T). Эти этапы осуществлены путем представления этих функций в аналоговой (нецкфровой)

фор1ч:е. Если требуется, весь процесс может выражать в цифровой форме (фягЛЗ). Выходной сигнал от пресбтэазователя 14 давления подается на преобразователь 110 из аналоговой в цифровую, а выходной сигнал от преобразователя поступает на IJBM 11 1 „ Операции выпол)-1яются

элементами 112-116з каходящ1 мися в ЦВМ 111. Синхронизирующие сигналы ит импульсного генератора 82 вводятся в ЦВМ 111 с целью управления задержками в соответствии со скоГ остью нгсоса. Операции, отмеченные пунктирным прямоугольником (фигг15)5 выполняются математически в последовгтельностИэ напоминаю- ьей блок- - СХЕму. Выходная величина

ЦВМ 11 1 пос1 упает в преобразователь 117 из иифровой формы в анало- .п.-.вуюр а .зьЕходная величина которого ;-игправляется ка самописец 89.

В назе;,.том оборудовании другого

типа (фиг,16) измеряют температуру в месте нахожцения датчика. Эти данные,- поступающие на разделитель 79; представленЕЛ в цифровой ш о г-на

(,7),

V 3.3 целит ель 79 сиг налога на флг. 16 аналогичен представленному на ф:;-1Г . 11 ; однако яреобразователь 86 зремя-амп:штуда и цепь 88 сопряже- ичя :(амеяены на преобразсзатель 103

из цифровой ф|эрмы в аналоговую Выходные сигналь; от соответствующего а-1пульспого генератора подаются на клемму 101 управления разделителя

/ 9 сигналов, i Пэ всегда удобно выполнять меxaaH -iecKoe соединение с насосом 2 (яа фиг,4 - привод с цепной переда- ч;йй 35),, для полз ченияс импульсов, иксб: ;;од нмых для разделителя 79

-.MniajioBj могут использоваться дру- -.jie средства,, а имейно генераторы си:кх зоннзрфующего импульса (фиг. 18).

клег.му 101 разделителя 79 счгн;1лов поступают импульсы со скопостыо 512 импульсов за оборот яа- с.оса,, Понястно,, что зта скорост :- дол ;-снг1 быть жестко синхронизирована с ,D;;Lми насоса. Бее времена, обозначенные Т 5. I Ц и так далае :

не являются реальным времене;ч а непосредственно относятся к скорости: Hcic .oca 2,

точнее Т, i., , t

так дглее, до.гокнь выражаться не

в секундах или минутах, а в галлонах раствора. Когда говорится, что (ta клемме 101 имеет место 512 импульсов за ход насоса, то это означает, что на клемме 101 имеются импульсы напряжения, имеющего частоту, равную 512 гармоник частоты хода насоса.

Элемент 126 (фиг.18) является УСО или генератор колебаний, управляемый напряжением, который на своем выходе образует электрические импульсы, частота которых контролируется напряжением постоянного тока прикладываемого к его входной клемме 81. Элемент 118 является двоичным делителем или счетчиком, который делит частоты импульсов, поданных на его входную клемму 127 и образует выходные импульсы на своей выходной клемме 128, частота которых равна 1/512 частоты входных гогаульсов. Элемент 119 является фазовым компаратором, который сравнивает два входа (один от выходной клеммы 128 делителя и один с выходной клеммы преобразователя 14 давления-) и образует на своей выходной клемме 120 напряжение,которое явля- ется нулевым напряжением постоянного тока, когда оба входа 128 и S2 точно равны по фазе, а также создает положительное напряжение, когда вход 128 опережает по фазе вход 93 и отрицательное напряжение,ког-да вход 128 отстает по фазе от.входа 93. Батарея 121 обеспечивает правильное смещение генератора. Цепь 122 известна под названием замкнутая по фазе цепь. Допустим, что частота импульса насоса (частота хода насоса) составляет 1 Гц и генератор обеспечивает 512 Гц. Тогд на выходе делителя 118 создается точно 1 Гц. Следовательно, 1 Гц от делителя 118 и 1 Гц от преобразователя 14 давления точно совпадают по частоте и фазе, а выходная вели.чина компаратора на клемме 120 составляет ноль вольт и генератор 126, когда он правильно смещен с помощью батареи 121, вырабатывает точно 512 импульсов за ход.

Допустим, что насос 2 ускоряется Тогда частота на клемме 129 больше, чем 1 Гц, т.е. равна l+A-t y. Компаратор 119 образует на клемме 120

выход, который не равен нулю, а, например, , и это небольшое приращение напряжения прикладывает- ся к клемме 81 генератора 126 и увеличивает его частоту до тех пор, пока.номинальное (512 импульсов в сек) увеличивается до величиныt так,что f А.

Таким образом, частота на клемме 101 всегда точно следует за частотой насоса 2 и всегда кратна 512.

Устройство на фиг.17 может быть использовано для получения синхронизирующих импульсов и основано на автокорреляции.

Входная клемма 123 (фиг.17) коррелятора 124 питается от выхода преобразователя 14 давления и получает

функцию F(-t), состоящую периодический сигнал N(t), и функцию S(t), которая может рассматриваться как произвольная функция. Выходной-параметр от преобразователя 14 давления подается также на входную клемму 80 разделителя 79 сигналов. Коррелятор 124 предназначен для того, чтобы создавать на своих выходных клеммах автокорреляционную функцию

F(t))которая равна

(i)4A/(t)SU - /4(t + t) , (6)

где полоса в приведенном выражении указывает на усреднение по соответствующему периоду времени.Функция может быть выражена как

,i fl- Pgsfr)-4,Jt),

(7)

где

)CtfJ )i

PnJ t) NU)A/(t + t).

(8) (9)

Функция Pjj (.) достигает нуля при некоторой величине ,a за величину t o принимают

.

(10)

Поскольку пп(t) является периодической, то функция fff ( тоже периодическая и имеет период (). Эта функция, получаемая на выходе коррелятора 124 подается на умножитель 125 импульсов, который образует последовательность синхронизмрующих импульсов, аналогичных создаваемым генератором 82,подаваемых на входную клемму 101 разделителя 79 сигналов. Импульсный умножитель 125

умножает частоту входных импульсов с помощью замкнутого по фазе контура, аналогично показанному (фиг.18) 5 или с помощью других обычных средств

/// /// 7/У //// /////

фиг. 1

19 22 х Г

2715 26 ГО 1/ «4 / / fe§K

J(

гб

фаг. г

75 -i

х. / /

f

777

г./

фиг А

17

фиг. 5

61

62

63

ti

ff

L

L.

фиг. 9

59

56- ф{/г.Ю

SS

S7

I «17 JV

u.

S9

,

-Й7/

ф№.fJ

ffi m,f,f. I

. //«

т

IU3

гИ

rv

/

m

т

ПГ,7 -

-.

.ДИ1И111 |l

A.

J

Ж Пг/

(iK/ifS

фиг. f6

. 1

Г

1

Редактор Н. Бобкова

Составитель В, СидорО В

Техред Н.Вонкало Корректор Е. Сирохман

Заказ 4430Тираж 548 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

I

фиг. /а