Кабельный инклинометр Советский патент 1987 года по МПК E21B47/02 

посредством блока 3 управления. Коммутатор 2 подключает вход аналого- цифрового преобразователя 5 после до- вательно к выходам одного из датчиков и к общему проводу схемы. Пары импульсов и с одного из датчиков через усилитель 7 управляют работой ключа 9. Второй ключ 10 управляется через ус шитель 8 поспедовательно1

Изобретение относится к промысловой геофизике и может (олъзовать-- ся Д01Я измерения параметров искривления сквазкин - магнитног о азимута ci ., зенитного угла 0 и визир;п:ого угла (.р (угла установки отклонителя), а также для ввода измерительной информации непосредственно в ЭВМ или специализированные вычислительные устройства. Кроме того, устройство мо - жет слукдать основой создания много- параметровой телеизг ерительной системы на базе однож-ильного каротажло- го кабеля.

Целью изобретения является по)зы- шение надежности и ускорение получения информации об искривлении глубоких скважин путем непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информацьп- на поверхность

- На фиг, I приведена функциональная схема кабельного инклинометра; на фиг, 2 - структурная сзсема формирователя кода| на фиг, 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 - пример выполнения распределителя.

Инклинометр содержит блок 1 датчиков углов, выходы которых под- - ключены к информационным входам коммутатора 2. блок 3 управления с тремя выходами, первый из которых сое-- динен с управляющим входом коммутатора 2j таймер 4 с тремя 1зыходамн (третий -вы.ход не показан),, первый из которых подключен к входу блока 3 управления, а второй соединен с блоком i датчиков углов, аналого-цифровой преобразователь AIIII/5, информационный вход которого связан с выходом коммутатора 2,, а управля

71 3

стью синхроимпульсов Uj , вырабатыва- емой блоком 3, Посредством ЕС-цепочки 15, включенной между ключами 9, 10 и блоком 14, разделяются переменная и постЬянная составляющие. Полученные сигналы через компараторы 16, 17 поступают на формирователь 18 кода, где вьфабатывается последовательность прямоугольных импульсов, 4 ил,

5

0

5

5

0

Ю1ЦИЙ вход - с вторым выходом блока 3 управления, скважинный блок 6 питания, Выход АЦП 5 и третий выход блока 3 управления подключены соответственно через усилители 7 и 8 к управляющим входам ключей 9 и 10, выходы которых (общая точка ключей) соединены каротажным кабелем 11, имеющим общий схемный провод, к которому через параллельно соединенные ключ 9 и дроссель 12 и -через второй ключ 10 подключен вход сква- ш-шного блока 6 питания. Общая точка ключей 9 и 10 соединена каротажным кабелем 11 через второй дроссель 13 с наземным блоком питания 14 и через КС-цепочку 15 - с общим входом компараторов 16 и 17, выходы которых через формирователь 18 кода связаны- с блоком 19 памяти,

Формирователь 118 кода (фиг, 2) включает в себя триггер 20, генератор 21, распределитель 22 и реверсивные счетчики 23 и 24,

Назначение блока управления состоит в создании временного и пространственного раснределения сигналов, необходимого для управления функциональными блоками устройства. Блок управления аналогично распределителю включает в себя последовательные сдвиговые регистры и управляемые ими логические ключи, реализация которых известна и зависит лишь от типа используемых цифровых микросхем. Основными элементами распределителя 22 (фиг, 4) являются запускающий триггер ДЦ6,Л, сдвигающий регистр ДЦ1,1, да1.2, коммутатор каналов один на три ДД2.1-ДД2.3, даЗ,1-ДД5,3 и фор- мирователь импульса записи информа-

313

ции в регистры блока памяти - ДЦА.1- ДЦ5.4.

В инклинометре используются сину- сно-косинусные датчики, обработка сигналов которых производится по единым алгоритмам. Поэтому весь цикл работы инклинометра делится на три одинаковых подцикла, в каждом из кот.орых производится регистрация информации, поступающей от одного из датчиков,

Инклинометр в течение одного под- цикла работает следующим образом.

Наземный блок 14 питания через каротажный кабель 11 и дроссели 12, 13 запитывает постоянным током сква- жинный блок 6 питания, представляющий собой преобразователь напряжения для питания скважинных злектрон- ных блоков. По.сигналам таймера осу- ществляется возбуждение датчиков и управление коммутатором 2 и АЦП 5, которое организуется посредством блока 3 управления, КЛммутатор 2 подключает вход АЦП последовательно-к выходам одного из датчиков и к общему проводу схемы, В результате на выходе АЦП формируются пары импульсо (фиг, 2), временной интервал между которьши соответствует функциям сину са, косинуса измеряемого углового параметра и смещению нуля в АЦП 5:

s Ksinot+ o; Kcosot- - о ;

(1)

Пары импульсов U, через усилитель 7 управляют работой ключа 9, Второй ключ 10 управляется через усилитель 8 последовательностью синхроимпульсов Uj 5 вырабатьгоаемой блоком 3 управления ,

В исходном состоянии ключ 9 открыт. Управляющие импульсы его закрывают, что приводит к изменению величины тока, протекающего через дроссель 12, Вследствие этого в ке А схемы формируются положительные импульсы с амплитудой, равной

1 d(,) - L,a-dt

(2)

где L,2 индуктивность дросселя 12; I,, li - токи, протекающие через дроссель соответственно при от- крытом и закрытом ключе 9, При работе ключа 10, который открывается синхроимпульсами U, в точке А схемы формируются отрицатель

fo

fs 0 5 30

35

5

0

5

134

ные импульсы с амплитудой Цд, равной постоянной составляющей напряжения в точке А - (без учета сопротивления ключа 10 в открытом состоянии) ,

Процессы коммутации ключей не сказываются на работе скважинного блока 6 питания, так как входной фильтр -последнего гасит все кратковременные колебания напряжения,.

Работа ключа 9 приводит к изменению тока в кабеле 11 в сторону уменьшения, а работа ключа 10 меняет ток в сторону увеличения. Изменение тока в точке А ведет к аналогичному изменению тока в точке Б, которое посредством дросселя 13 трансформируется в колебания напряжения. При этом временная диаграмма напряжения в точке Б (Ug) качественно совпадает с диаграммой напряжения в точке А - и, Однако постоянная составляющая напряжения Ung больше, чем 1),, , а амплитуды u , Ug соответствукдаих импульсов меньше..

Посредством RC-цепочки производится разделение переменной и постоянной составляющих напряжения U., КонО

.денсатор С цепочки имеет большую емкость и, не внося существенных искажений, пропускает только переменную составляющую Ug, которая выделяется на нагрузочном резисторе R и представляет собой последовательность разнополярных импульсов U,, С помощью компараторов 16 и 17с порогами срабатывания U и U,, осуще-ствляется дискретизация сигнала U, на две по- спедовательности импульсов U и Ug, соответствующие U, и U. Полученные сигналы поступают в формирователь 18 кода, где с помощью триггера 20 вырабатывается последовательность прямоугольных импульсов Ug, длительность которых соответствует (1), В распределителе 22, управляемом по- следовате-пьностью U, производится заполнение временных интервалов U высокочастотными импульсами от генератора 21, которые подсчитываются реверсивными счетчиками 23 и 24,

По заднему фронту первого такто- , вого импульса подцикла (фиг. 3, Uj) триггер ДЦ6,1 приводится в состояние , подготавливая цепь ДДЗ,3, ДЦ3.4 ДЛЯ запуска регистра (фиг, 4),

Уровень сигнала на выходе элемента ДЦЗ,2 соответствует уровню логической 1, RosTONry первый широтно5 1317113

улированный импульс U открывает ч ДЦ2,1, а высокочастотные импульот генератора 21 поступают к вхо +I счетчика 23.

Второй тактовый импульс U пересывает триггер ДД.1 регистра з

сч ти ла в ил ри ке фо вн ва ко в мо

состояние 1 , Второй широтно-модул рованный импульс U открывает ключ ДЦ2.25 и-импульсы от генератора 21 проходят на вход +1 счетчика 24, При этом на выходе элемента ДЦЗ.2 присутствует логическая 1, а ключ ДЦ2,1 закрыт,

Третий тактовый импульс Uj устанавливает триггер ДЦ1,1 в состояние О, благодаря чему ключ ДД2,3 подготавливается к работе к в течение действия третьего широтно-моду- лированного импульса пропз скаег на входы -1 счетчиков 23, 24 высокочастотные импульсы.

По заднему фронту третьего широт но -модулированного импульса с некотрой задержкой, устанавлива.емой элементами цепи R2C2 фop mpyeтcя им-- пульс управления, по которому производится перезапись информации из счетчиков 23р 24 в регистры блока памяти, Дп:ительность этого импульса устанавливается параметрами цепи РЗСЗ.

Первьш тактовый импульс следующе го подцнкла устанавливает регистр в исходное состояние, т.е. счетчики ДЦК З и /Щ,2 находятсч в состоянии О, На выходе элемента ДДЗо2 возникает сигнал логической 1. чем подготавливается к работе ключ ДД2,, В момент появления логической Г н выходе ДД3.2 с помощью цепи R1C1 и элемента ДД4,4 по переднему фронту сигнала формируется импульс, стирающий информацию в счетчиках 23 и 24 Далее схема работает, как у:ке было описано,

Б счетчиках производится вычитание кода, соответствующего смещению нуля АЦП 5, Поэтому в конце ка/эдого подцикла работы инклинометра в счетчиках записываются коды:

,(i:,.Ksin«,; , (€;-CJ f,Kcos,

(3)

не зависящие от смещения нуля АЩ1 и его температурного.дрейфа.

После последнего импульса подцикла с некоторой задержкой формирл ется. импульс, который осуществляет пере- запись информации,, содержащейся в

счетчиках, в .регистры блока 9 памяти, Первый им:пульс следующего йодцик- ла производит стирание информации в счетчиках. Таким образом, к концу илкла работы инклинометра вся измерительная информация хранится в блоке памяти. Дальнейшая обработка информации производится с помощью внешней микроЭВМ или специализированного вычиспительного устройства, которьге подключаются к инклинометру, в соответствии с известным алгоритмом

сх:

arctg

Na

N

F,

(4)

NC 0

0

0

5

0

0

5

при NS 0, NC 0,

F 180 при ,

или Nj 0, N i 0,

при Ng .i 0, N(, 0. В инклиномерте предусмотрена возможность автоматического выключения части наземного блока питания от которой запитывается скважинный прибор j по окончанию цикла работы. Кроме того, блок памяти может быть за- питан от автономного источника (комплекта аккумуляторов), что позволяет отделять его от основной конструкхщи и производить обработку информации угле в вычислительнь х центрах. Блок памяти позволяет записать и хранить информацию, полученную в течение ЗО- 50 циклов работы инклинометра,

Повышение надежности (помехоус- тойчивости) передачи информации достигается, за счет простого увеличения порога срабатывания компараторов (и,-, и, на фиг. 3) до величины, значительно превышающей эффективное значение периодических и максимальное значение импульсных помех. При этом для более четкой,работы компараторов могут быть увеличены до необходимого значения амплитуды импульсов на их общем входе. Это достига ется за счет увеличения индуктивности скважинного дросселя (фиг, 2) и напряжения наземного блока питания,, Последнее ведет к повышению экономичности инклинометраJ вследствие у-меньшения активных потерь энергии в кабеле.

Формула изобретения

Кабельный инклинометр, содержащий блок датчиков углов, подклю- к информационным входам ком7 1317

мутатора, выход которого связан с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, таймер с тремя выходами, один из которых подключен к входу блока управления с тремя выходами, первый из которых соеди- -нен с управляющим входом коммутатора, скважинный блок питания и блок

памяти.

отличающийся

тем, что, с целью повышения надежности и ускорения получения информации об искривлении глубоких скважин за счет непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информации на поверхность, он снабжен усилителями, двумя ключами, двумя дросселями, одножильньш каротажным кабелем с общим схемным проводом, наземным блоком питания, КС-цепочкой

двумя компараторами и формирователем кода, при этом второй выход таймера соединен с блоком датчиков, второй выход блока управления - с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, а вход скважинного блока питания через параллельно соединенные ключ и дроссель и через второй ключ подключ ен к общему проводу схемы, причем выход аналого-цифрового преобразователя и третий выход блока управления подключены через усилители к управляющим входам ключей, выходы которых соединены каротажным кабелем через, второй дроссель с наземным блоком питания и через RC-це- почку с общим входом компараторов, выходы которых через формирователь кода связаны с блоком памяти.

t t

3

ВНИШШ заказ 2400/28 Тираж 532

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Прсектная, 4

Подписное

Изобретение относится к промысловой геофизике и позволяет повысить надежность и ускорить получение информации об искривлении глубоких скважин за счет непрерывной регистрации параметров искривления и передачи информации на поверхность. В инклинометре используется блок 1 синусно-косинусных датчиков . Их выходы подключены к информационным входам коммутатора 2. Весь цикл работы делится на три одинаковых под- цикла, в каждом из которых регистрируется информация от одного датч ика. Наземный блок 14 питания через каротажный кабель 11 и дроссели 12 и 13- запитывает постоянным током скважин- ный блок 6 питания. По сигналам таймера 4 происходит возбуждение датчиков и управление коммутатором 2 и аналого-цифровым преобразователем 5 с (Л 00 00 аг. /