Комплексно-комбинированный прибор для каротажа скважин Советский патент 1987 года по МПК G01V11/00 

1

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, в частности к многоканальным телеметрическим системам каротажа, и является усовершенствованием комплексно-комбинированного прибора для каротажа скважин.

Целью изобретения является повышение надежности и увеличение КЩ( системы питания прибора.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого комплексно-комбинированного прибора; на фиг.2 - структурная схема формирователя сигнала обратной связи; на фиг.З - структурная схема компенсатора импульсных токов; на фиг.4 - структурная схема блока фильтров низких частот; на фиг.З - временные диаграммы работы системы питания скважинной части устройства.

Цифровой прибор для каротажа скважин содержит в скважинной части от одного до шести скважинных приборов, каждый из которых включает блок

1согласования с линией связи - каротажным кабелем, содержаний согласующие трансформаторы 2 и 3, резисторы 4 и 5 обратной связи, развязывающие диоды 6 и 7, разделительный конденсатор 8 и блок 9 Литания, причем одна из первичных и вторичная оботки согласующего трансформатора

2соединены непосредственно с линией 10 связи, соединяющей скв;1жинную часть с наземной, а их средние точки через последовательно соединенные развязывающие диоды 6 и 7 - с блоком

9питания и через резисторы 5 и 4 обратной связи - с землей и линией

10связи. У трансформатора 3 один конец перв1 чной обмотки через разделительный конденсатор 8 соединен с линией 10 связи, а с другой - с землей. Концы другой первичной обмотки трансформатора 2 и вторичной обмотки трансформатора 3 являются выходами блока 1 согласования и соединены с блоками 11 модуляции измерительной информации и демодуляции 12 управляющих и синхронизирующих сигналов скважинной части, через унифицированную магистраль 13 соединенными с блоком 9 питания блока 1 согласования и скважинными зондами 14,15 и

16, каждый из которых содержит последовательно соединенные датчики 17, коммутатор 18 и преобразователь 19 измерительной информации, в качестве которого может быть использо

10

3416032

ван обычный аналого-цифровой преобразователь. Выходы блока 12 демодуляции соединены с входами блока 11 модуляции. К магистрали 13 каждого из скважинных зондов через регистры данных и состояния подключены исполнительные механизмы зондов, каждый из которых имеет блок управления (подключение исполнительных механизмов не показано).

В наземной части аппаратуры находится блок 20 управления прибором, который содержит микропроцессор 21,

15 цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 22 и контроллер 23 пульта управления, соединенные с пультом 24 управления, причем микропроцессор 21, ЦАП 22 и контроллер 23 соединены с унифици2Q рованной магистралью 25. Выход ЦАП 22 является выходом блока 20 управления и соединен с аналоговым -регистратором 26. К унифицированной магистрали 25 подключен .блок 27 модуляции управ25 ляющих и синхронизирующих импульсов, соединенный с первичной обмоткой дополнительного согласующего трансформатора 28. Один конец вторичной обмотки трансформатора 28 соединен с землей, а другой через разделитель- ньй конденсатор 29 соединен с линией 10 связи и входом обратной связи источника 30 питания, один их выходов которого соединен со средней точкой согласующего трансформатора 31, а другой - с землей.

Первичная обмотка трансформатора 31 соединена с линией 10 связи, а вторичная - с блоком 32 демодуляции измерительной информации. БЛО.КИ источника питания 30, демодуляции 32. измерительной информации и цифровой магнитный регистратор 33 подключены к унифицированной магистрали 25.

В первом скважинном зонде средняя точка вторичной обмотки согласующего трансформатора 2, гальванически связанная с линией 10 связи, дополнительно соединена с входом нагрузки блока 9 питания через включенные последовательно формирователь 34 сигнала обратной связи и компенсатор 35 импульсных токов, к входу программного управления которого подключен соеди- ненньй с унифицированной магистралью блок 36 фильтров низкой частоты.

Блоки 11 и 12, унифицированная магистраль 13, .а также блоки 21, 23,

30

35

40

45

50

27 и 32 выполнены так же,, как и в

713

При этом параметры делителя 40,41 и конденсатора 42 выбираются таким образом, чтобы обе спечивалось прохождение сигналов на базу транзистора 55 с постоянной времени, большей jg ёо постоянная же составляющая этих сигналов не пропускается конденсатором 42, Это иллюстрируется времен

ной диаграммой. Вблизи момента време- {Q импульсных токов нагрузки установив- ни с, когда переходной процесс, вызванный импульсной нагрузкой, завершается, ток компенсации , вновь досшийся ток блока 35 компенсации устанавливается равным нулю.

1

тигает своего установившегося значения, несмотря на то, что ток нагруз- ки 1 не принял своего первоначального значения.

Установившееся значение I поддерживается неизменным до следующего импульсного изменения тока нагрузки в момент tj.

Если в период времени tj не ожидается существенных импульсных изменений тока нагрузки, целесообразно снизить величину установившегося значения тока компенсации.

Установившееся значение тока компенсации должно превьш1ать величину импульсного изменения тока dl нагрузки (I ,7Л 1) , Однако,если I существенно превышает л1н , снижается КПД системы питания скважинной части.

Для получения оптимального значения установившегося тока компенсации при работе с незначительными импульсными изменениями тока нагрузки на первый вход блока 36 фильтров низкой частоты подается с магистрали 13 сигнал выключения (уровень логического О Ugxi , 4Т539 , ;0), а на второй вход блока 36 фильтров низкой частоты - сигнал включения (уровень логической 1 и бх ) . При этом транзисторы 44 и 48 блока 35 компенсации выключаются, а транзисторы 45 и 49 включаются в постоянной времени Сф„ . К моменту времени t (через 3-5 1 ) ток компенсации примет новое установившееся значение Т.-,, которое сохранится вплоть до следующей команды об изменении режима с магистрали 13.

Изменение тока нагрузки в сторону уменьшения ( вплоть до превращения нагрузки в источник тока, например, при индуктивном ее характере) не накладывает ограничений на величину установившегося тока компенсации. Так,

в момент времени t. по команде с ма. „ гистрали 13 выключается нагрузка;

причем ее ток приобретает отрицательное значение. При этом в описанном порядке срабатывает блок 35 компенсации, ток 1 возрастает и снова снижается до установившегося значения I

кт

При заведомом отсутствии

Q импульсных токов нагрузки установив-

0

5

0

5

5

0

5

0

5

шийся ток блока 35 компенсации устанавливается равным нулю.

1

Все скважинные зонды подключены параллельно к. цепи питания линии связи и находятся в непосредственной близости один от другого на расстоянии не более 100м, а управление компенсатором 35 импульсных токов осуществляется микропроцессором 21 блока 20 управления прибором через унифицированную магистраль 13, поэтому блоки 34, 35 и 36 целесообразно ввести в один из скважинных зондов (например, в первый). В случае необходимости автономного использования каждого из зондов эти блоки могут быть размещены в каждом из них.

В известном устройстве и в устройствах, аналогичных ему, всегда присутствует каротажный кабель, используемый в качестве линии связи со всеми присущими ему недостатками; большая емкостная междужильная связь, большая инерционность (. 30 мкс) и т.п., которые в системе питания скважинных зондов проявляются увеличением междужильных наводок и постоянной времени стабилизации до 720 мкс.

Введение новых блоков позволяет уменьшить постоянную времени стабилизации до инерционности компенсатора 35 импульсных токов, т.е. до величин порядка единиц микросекунд.

Улучшение динамических характеристик системы стабилизации напряжения питания на входе скважинных зондов путем компенсации импульсных токов нагрузки непосредственно на выходе линии 10 связи существенно снижает амплитуду пульсаций тока в цепи питания, а следовательно, уровень междужильных наводок и степень взаимного влияния прибора на прибор через систему питания.

В предлагаемом приборе выбирается оптимальный режим управления системой стабилизации, что достигается

строгим соответствием величины тока компенсации Т. к предполагаемому импульсному току нагрузки, предварительным выбором установившегося тока компенсации в соответствии с выбран- ным режимом работы с учетом продолжительности пусковых периодов, которые, как правило, на порядок короче периодов установившегося режима.

В таких условиях энергозатраты, связанные с системой стабилизации питания скважи}1ной части, несущественны и практически не влияют на величину КПД системы питания предлагаемого устройства.

Уменьшение, импульсных токов в цепи питания линии связи снижает уровень помех в системе передачи информации, что повышает ее надежность. Кроме того, повышение недежности достигается благодаря существенному уменьшению пульсаций напряжения на входе скважинных зондов ( в известных устройствах активное подавление пульсаций на выходе линии 10 связи не производится). В этих условиях при включении мощных гтотребителей в одном из зондов исключается воз- отказ в другом зонде. В то ж время появляется возможность формирования большой импульсной мощности в скважинной части, величина которо

ограничивается только статическими параметрами 10 связи.

При нeoбxoди ocти система может работать в режиме непрерывной импульсной стабилизации при однажды выбранной величине установившегося тока компенсации (без дополнительного управления).

Формула изобретен и. я

Комплексно-комбинированный прибор для каротажа скважин по

5 авт.ев, № 1087939, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности измерения и увеличения КПД системы питания прибора, в одном из скважинных зондов введены

0 соединенные с блоком согласования и последовательно включённые формирователь сигнала обратной связи и компенсатор импульсных токов, к другому входу которого подключен соединенный

5 с унифицированной магистралью блок фильтров низких частот, при этом вход формирователя сигнала обратной связи соединен со средней точкой вторичной обмотки согласующего трансфор0 матора блока согласования, а выход компенсатора импульсных токов - с входом нагрузки блока питания блока согласования,

I-- -п- ч -

Mq:4-- w

к следующему приберу

Фи.

основном устройстве. Примеры конкретной реализации вновь введенных блоков 34, 35 и 36 приведены на фиг.2,3 и 4.

Формирователь 34 сигнала обратной связи содержит стабилитрон 37, катод которого, соединенный с одним из концов резистора 38, является входом формирователя и соединен с линией 10 связи. Анод стабилитрона 37 соединен с эмиттером транзистора 39, коллектор которого соединен с одним из концов резистора 40. Общая точка резисторов 40 и 41 подключена к конденсатору 42, включенному на выходе формирователя, соединенного с компенсатором 35 импулсных токов. Концы резисторов 41 и 43 соединены общей шиной. Общая точка резисторов 38 и 43 соединена с базой транзистора 39.

Компенсатор 35 импульсных токов содержит транзисторы 44 и 45, базы которых соединены с блоком 36 фильтров низкой частоты. Эмиттеры обоих транзисторов соединены с общей шиной, а коллекторы через резисторы 46 и 47 - с базой транзисторов 48 и 49. Коллекторы транзисторов 48 и 49 через резисторы 50 и 51 соединены с базой транзистора 52 и резистором 53, другой конец которого подключен к общей шине. Коллектор транзистора 52 соединен через резистор 54 с эмиттерами транзисторов 48 и 49, коллек- .тором транзистора 55 и катодом стабилитрона 56, подключенного к общей шине. Объединенные коллекторы транзисторов 52 и 55 являются выходом

компенсатора 35, соединенным с блоком 40 женин составляет сотни вольт, падением напряжения на диодах 6 и 7 можно пренебречь. Величина постоянного напряжения на входе блока 9 питания изменяется обратно пропорционально изменению мощности, потребляемой скважинным зондом. Напряжение, пропорциональное напряжению на входе блока 9 питания, снимается с резисторов 4 и 5 обратной связи, через линию 10 связи подается на вход отрицательной обратной связи источника 30 питания и воздействует на него таким образом, чтобы компенсировать изменение напряжения на входе блока 9 питания, осуществляя таким образом стабилизацию питающего напряжения. Выход делителя, образованного резисторами 4 и 5 и соединенного с входом отрицательной обратной связи, сое9 питания. Эмиттер транзистора 52 соединен с последовательно включенными резисторами 57 и 58, общая точка которых соединена с базой транзистора 55 и конденсатором 42 формирователя 34. Другой конец резистора 58 подключен к общей шине. Эмиттер транзистора 55 соединен с общей шиной через резистор 59 и конденсатор 60.

На входах блока фильтров 36 включены резисторы 61 и 62, другие концы которых соединены через конденсаторы 63 и 64 с общей шиной - с базами транзисторов 44 и 45.

Комплексно-комбинированный прибор работает следующим образом.

Наземная часть прибора и скважинные зонды, количество которых может

50

55

0

5 0

5

0

5

быть от одного до шести, соединяются между собой линией 10 связи (трех- жильным каротажным кабелем). Две линии 10 связи, концы которых соединяют первичнуй обмотку согласующего трансформатора 31 с вторичной обмоткой согласующего трансформатора 2 блока 1 согласования первого скважин- ного прибора, служат для подачи в скважинные зонды питающего напряжения и приема из скважинных зондов измерительной информации. Третья линия 10 связи, один конец котррой одновременно соединен с входом обратной связи блока 30 источника питания и разделительным конденсатором 29, а другой - со средней точкой делителя, образованного резисторами 4 и 5 обратной связи и разделительным конденсатором 8 блока 1 согласования каждого скважинного прибора, служит для подачи на блок 30 источника питания напряжения обратной связи и передачи в скважинные зонды управляющей и синхронизирующей информации.

С высоковольтного выхода блока 30 источника питания постоянное напряжение величиной 250-300 В подается через среднюю точку первичной обмотки согласующего трансформатора 31, линию 10 связи, среднюю точку вторичной обмотки согласующего трансформатора 2 и развязывающие диоды 6 и 7 на вход блока 9 питания блока 1 согласования первого скважинного зонда и одновременно аналогичным образом на остальные скважинные зонды. Поскольку величина постоянного напря40

50

40

55

дииен также через линию 10 связи с ныходом аналогичного делителя во всех скважинных зондах.

При включении исполнительных механизмов, потребляю1цих в пусковых режимах большую импульсную мощность (двигатель ориентации, мотор гироскопа и т.д), осуществляется компенсация этих токов на входе скважинных зондов. Компенсация осуществляется Б соответствии с управляющей программой, записанной в ПЗУ микропроцессора 21.

В момент времени ц (фиг.5) на один из входов блока 36 фильтров, например первый, по команде микро- процесссора 21 подается сигнал включения U , который интегрируется R-C цепочкой 61 и 63 с постоянной времени фильтра низких частот /3 Гр д5 с; 720 МКС. С выхода первого фильтра блока 36 фильтров сигнал поступает на одноименный (в данном случае первый) вход программного управления компенсатора 35 импульсных токов. Этот медленно изменяющийся сигнал открывает с постоянной времени Гфн транзисторы по цепочке: транзисторы 44- ограничительный резистор 46 - транзистор 48 - делитель напряжения, образованный резисторами 50 и 53 - развязываюид1й эмиттерный повторитель 52 - делитель напряжения образованный резисторами 57 и 58 - выходной транзистор 55. Резистор 59 и конденсатор 60 обеспечивают глубокую отрицательную обратную связь по току транзистора 55 при медленно текущих процессах, когда постоянная

1

Времени этой цепи -

3

фн

в

ЭТИХ случаях коллекторный ток транзистора 55 Ijjопределяется выражением

и 57,5-е

R

59

51, je

R

59

-напряжение на точке резисторов 57 и 58;

-сопротивление резистора 59.

Падением напряжения на базо-эмит- терном переходе транзистора 55 можно пренебречь. Медленно изменяющийся выходной ток 1 компенсатора 35 изменяет напряжение, стабилизируемое на входе скважинных зондов незначительно, и система стабилизации по кабелю работает весьма эффективно; при этом выходной ток компенсатора

1603 I

6

1 достигает установившегося значения в момент t 3 ) . Величина I выбирается из условия кг н /31ц - возможное импульсное увеличение тока нагрузки

В момент t по сигналу управления нагрузкой иу„, поступающему из демодулятора 11 в магистраль 13, включается заданная нагрузка и ток нагрузки изменяется на величину 1,,. При этом изменяется напряжение на входе скважинных зондов, а следовательно, и на входе обратной связи формирователя 34.

Через стабилитрон 37, базо-эмит- терный переход транзистора 39 и резистор 43 течет ток, изменение которого пропорционально изменению стабилизированного напряжения 3 истоб . Действительно, напряжение, падающее на резисторе 38, практически неизменно и равно напряжению на стабилитроне 37 (U(;T-o,5 э ) с точностью до падения на базо- эмиттерном переходе транзистора 39. Базовый ток траЕ{зис- тора 39 определяется выражением

AI

где

5

Л1

где

39

R.,

43

б ЗЭ 4UcTa5

и с и с т 37

сопротивление резистора 43, а его изменение al.:

i и ста5

R

43

0

5

0

5

- изменение напряжения

стабилизации , . Изменение I j- jg вызывает изменение коллекторного тока и пропорционального ему напряжения коллектора, падающего на делителе, образованном резисторами 40 и 41. Изменение напряжения на выходе деочителя., имеющее одинаковый с з I 5 39 знак, через проходной конденсатор 42 поступает на базу транзистора 55 блока 35. Характер изменения базового тока транзистора 55 определяется амплитудой, полярностью с спектральным составом поступающего на базу транзистора сигнала.. Низкоевходное сопротивление по базовой цепи транзистора 55 и, следовательно, большие изменегп-ш его базового тока в ответ на изменения базового Напряжения обеспечивают слабую отрицательную обратную связь

по току при 2 og J5 : г„.

и глубокуюПрИ

5 5f

f 3, 60

Истаб

К 5 5,57.58 блока 35

tJSut.Z

OmB1,S3 блоказе

От it г OJiOKOS t

От62,$ SnOKO 3$

fpue.3

блокаЗ

S3

61-Ь:

Uex.j

fpus: If

Редактор Е.Копча

фие.5

Составитель Е.Городничев

Техред Л.Сердюкова -Корректор Н,Король

Заказ 4А34/51 Тираж 730 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

П 5 блока 35

:

5

U

U8X.2

Изобретение относится к области геофизического приборостроения. Целью изобретения является повьшение надежности измерения и КПД системы питания. Цель достигается тем, что в один из скважинных зондов введены соединенные с блоком согласования и последовательно включенные формирователь сигнала обратной связи и компенсатор импульсных токов, к другому входу которого подключен соединенный с унифицированной магистралью блок фильтров низких частот, при этом вход формирователя сигнала обратной связи соединен со средней точкой вторичной обмотки согласующего трансформатора блока согласования, а выход компенсатора импульсных токов - с блоком питания блока согласования. Осуществление компенсации импульсных токов по выходу линии связи путем введения новых малогабаритных и экономичных блоков в один или несколько скважинных зондов позволило существенно снизить пульсации напряжения на выходе линии связи, нейтрализовать (компенсировать) циркуляцию импульсных токов, связанных с работой потребителей (нагрузки) в линии связи. 5 ил. « (Л с (jO о:) о со