Феррозондовый датчик азимута Советский патент 1990 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано для определения азимута искривленной скважины.

Цель изобретения - повышение точности измерения азимута.

На фиг.1 приведена подложка с профилированными пазами; на фиг.2 - развертка подложки; на фиг.З - струк- турная схема феррозондового датчика азимута с одним из вариантов схемы регистрации сигнала.

Феррозондовый датчик азимута содержит первый, второй и третий расчле- ненные феррозонды 1-3, уложенные в профилированные пазы А - 6, выполненные в подложке 7 из диэлектрического материала, изготовленной в виде цилиндра. Первый феррозонд 1 размещен в параллельных друг другу основных профилированных пазах 4, а второй

феррозонд 2 размещен в параллельных профилированных пазах 5, ортогональ- ных пазам А. Расчлененные феррозонды 1 и 2 состоят из двух одинаковых основных сердечников, выполненных в виде основной пары тонких стержней 8 из немагнитного материала с нанесенной на них ферромагнитной пленкой и с обмотками возбуждения и сигнальными обмотками, из дополнительной пары тонких стержней 9 из немагнитного материала с нанесенной на них ферромагнитной пленкой и с обмотками возбуждения и сигнальными обмотками, уложенных в профилированные параллельные пазы ортогонально основной паре стержней 8. Датчик включает также четыре пары стержней 10 и 11, дополняющих основную и дополнительную пары стержней 8 и 9, выполненных из немагнитного материала с нанесенной на них ферромагнитной пленкой и с обмотками возбуждения и сигнальными обмотками, при этом две пары стержней 10, дополняющие основную пару стержней 8, уложены в профилированные пазы А, параллельные пазам основной пары стержней 8, а две другие пары стержней 11, дополняющие дополнительную пару стерж -ней 9, уложены в профилированные пазы 5, параллельные пазам дополнительной пары стержней 9.

Третий феррозонд 3 состоит из трех пар стержней 12, которые уложены в три пары дополнительных профилированных пазов 6, ортогональных основным пазам А и 5 и выполненных на боковой

5 0

5

0

5

до

поверхности цилиндрической подложки 7. Три пары стержней 12 выполнены из немагнитного материала с нанесенной на них ферромагнитной пленкой и также, как основная пара стержней 8, дополнительная пара стержней 9 и дополняющие пары стержней 10 и 11, содержат обмотки 13 возбуждения и сигнальные обмотки .

Сигнальные обмотки I t феррозонда 3 соединены последовательно и согласно между собой, с сигнальными обмотками основной и дополнительной пар стержней 8 и 9, с сигнальными обмотками четырех пар стержней 10 и 11, дополняющих основную и дополнительную пару, и с фильтром 15 второй гармоники.

Полусуммы длин стержней 8 и 10 основной и дополняющих ее двух пар, стержней 9 и 11 дополнительной и дополняющих ее двух пар и трех пар стержней 12 третьего феррозонда 3 одинаковы. Обмотки 13 возбуждения в пределах каждой пары стержней расчлененных феррозондов 1 - 3 соединены между собой электрически последовательно и встречно, а в пределах одного расчлененного феррозонда пары обмоток возбуждения соединены между собой электрически последовательно и согласно и через коммутатор 16 подключены к выходу генератора 17 воз-% буждения. Выход фильтра 15 второй гармоники соединен с входом выпрямителя 18, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 19, выход которого соединен с входом блока 20 индикации сигнала.

В приведенной конструкции расчлененные феррозонды 1 - 3 содержат по три пары стержней. В общем случае количество пар стержней может быть .,- больше, в зависимости от максималь50

55

но возможного количества пазов , 5, 6, выполненных в подложке 7.

Феррозондовый датчик азимута работает следующим образом.

Генератор 17 возбуждения формирует сигнал возбуждения, который через коммутатор 16 подается поочередно на обмотки 13 возбуждения расчлененных феррозондов 1-3. Рели оси чувствительности расчлененных феррозондов 1 и 2 лежат в плоскости горизонта, то при наличии магнитного поля Земли в сигнальных обмотках феррозондов 1 - 3 напряжения определятся, как

и,

U2

Uj де U

lt -sinot; lc . cosci; lc.bf

U. U ( иг

k напряжения, снимаемые с 1, 2 и 3 расчлененных феррозондов;

постоянная феррозонда, зависящая от числа витков в обмотках возбуждения и сигнальных обмотН да, частоты возбуждения и т.д. и имеющая размерность, Ом; горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли, А/м; полусумма длин стержней одного расчлененного феррозонда, м; магнитный азимут;

b г.

- магнитное наклонение, где z - вертикальная составляющая напряженности магнитного поля 30 Земли.

Чувствительность расчлененных феррозондов по измеряемому магнитному полю определяется как

1,

, . ,

Slnrfj g-k

1 cosoi;

Э Уз ЭН

1,-b.

n-1, (2)

При этом

где п - число пар полуэлементов расчлененного феррозонда; 1 - длина одного полуэлемента расчлененного феррозонда.

Как видно из выражений (1) и (2), чувствительность такого феррозонда в п раз выше чувствительности обычного феррозонда. Это позволяет повысить точность измерения магнитного азимута.

С-сигнальных обмоток 1А расчлененных феррозондов 1 - 3 сигналы поочередно подаются на фильтр 15 второй гармоники, выпрямитель 18, АЦП 19 и на вход блока 20 индикации сигнала. Блок 20 индикации сигнала особенностей не имеет. Управление коммутатором 16 может осуществляться автоматически

78006

или вручную. В последнем случае коммутатором 16 может быть механический переключатель.

5 Вычисление азимута производится по известным формулам.

Предлагаемое техническое решение обладает повышенной точностью измерения азимута при равном диаметре дат10 чика, обусловленной отсутствием механического преобразователя, включающего внутренние и внешние карданные рамки. Кроме того, в данной конструкции не требуется трудоемких операций

15 юстировки трех феррозондов относи- -- тельно друг друга.

20

25

30

35

40

45

50

55

Формула изобретения

Феррозондовый датчик азимута, содержащий подложку из диэлектрического материала с выполненными на ней параллельными друг другу основными профилированными пазами, из которых размещен первый расчлененный феррозонд в виде двух одинаковых основных сердечников и двух пар сердечников, дополняющих основные .изготовленных в виде тонких стержней из немагнитного материала с нанесенной на них ферромагнитной пленкой и с обмотками возбуждения и сигнальными обмотками, второй расчлененный феррозонд в виде дополнительной пары и дополняющих ее двух пар тонких стержней из немагнитного материала с нанесенной на них ферромагнитной пленкой и с обмотками возбуждения и сигнальными обмотками, уложенных в профилированные параллельные пазы ортогонально основной паре сердечников, генератор возбуждения, коммутатор и последовательно соединенные между собой фильтр второй гармоники, выпрямитель, аналого-цифровой преобразователь и блок индикации сигнала,о т- лиизющийся тем, что ,с целью повышения точности измерения азимута, он снабжен третьим расчлененным феррозондом, подложка изготовлена в виде цилиндра, на боковой поверхности которого выполнены три пары дополнительных профилированных пазов, расположенных ортогонально основным пазам, основной и дополнительной пары стержней, а третий феррозонд размерен в дополнительных профилированных пазах в виде трех пар стержней из немагнитного материала с нанесенной на них ферромагнитной пленкой и с обмотками

возбуждения и сигнальными обмотками, при этом обмотки возбуждения каждой пары соединены между собой последовательно и встречно и последовательно с обмотками возбуждения двух других пар третьего феррозонда и через коммутатор подключены к генератору возбуждения, а сигнальные обмотки третьего феррозонда соединены последовательно и согласно между собой, с сиг

нальными обмотками основной и дополнительной пар стержней, с сигнальными обмотками четырех пар стержней, дополняющих основную и дополнительную пары, и с фильтром второй гармоники, причем Полусуммы длин стержней основной и дополняющих ее двух пар, дополнительной и дополняющих ее двух пар и трех пар стержней третьего феррозонда одинаковы.

Изобретение относится к промысловой геофизике и позволяет повысить точность определения азимута искривленной скважины. Датчик содержит расчлененные феррозонды (Ф) 1, 2, 3, тонкие стержни (С) 8, 9, 10, 11, 12 которых выполнены из немагнитного материала с нанесенной на них ферромагнитной пленкой и с обмотками 13 возбуждения и сигнальными обмотками 14. Полусуммы длин С 8 и 10, 9 и 11, 12 одинаковы. При этом С 8 и 10 уложены в основные профилированные параллельные пазы (П), выполненные в подложке из диэлектрического материала, изготовленной в виде цилиндра. Причем в П, ортогональные основным П, уложены С 9 и 11, а С 12 - в дополнительные П, выполненные на боковой поверхности цилиндрической подложки ортогонально основным П. Обмотки 14 соединены последовательно и согласно между собой и с фильтром 15 второй гармоники. Обмотки 13 в пределах каждой пары С соединены между собой последовательно и встречно, а в пределах одного Ф - последовательно и согласно и через коммутатор 16 подключены к генератору 17 возбуждения. Фильтр 15 соединен с блоком 20 индикации через последовательно соединенные выпрямитель 18 и аналого-цифровой преобразователь 19. Сигнал с генератора 17 подается поочередно на обмотки 13 Ф 1, 2, 3. В магнитном поле Земли при расположении Ф 1 и 2 в плоскости горизонта в обмотках 14 Ф 1, 2, 3 наводятся напряжения, по величине которых определяют азимут. 3 ил.