АВТОНОМНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ПРОМЫСЛОВО-ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН Советский патент 1968 года по МПК E21B47/00 

Данное изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований скважин и, в частности, касается аппаратуры для каротажа скважин в процессе бурения, которая может использоваться и для контроля за разработкой в эксплуатационных скважинах. Эту задачу решают автономные приборы, которые имеют источник питания, датчики, измерительное и регистрирующее устройства. В них использована непрерывная протяжка носителя записи (магнитной ленты) с помощью ведущего ролика, приводимого через редуктор от двигателя, и набор компенсирующего полезный сигнал напряжения с реохорда, питаемого током зонда приводимого от редуктора, т.е. исключение влияния изменения зондирующего тока и скорости протяжки носителя записи.

Недостатком их являются нежесткая (фрикционная) связь редуктора с носителем записи и носителя записи с потенциометром компенсатора, необходимость вращения приемной кассеты, сложная схема, наличие нескольких источников питания и проведения геофизического исследования скважин только при подъеме труб.

Целью предлагаемого изобретения является создание автономного прибора, позволяющего повысить точность измерений независимо от напряжения источника питания, коэффициента усиления усилителя, фактора возбуждения датчика температуры и точность регистрации независимо от скорости протяжки носителя записи, скорости вращения двигателя регистратора и температуры.

Цель достигнута благодаря жесткой механической связи реохорда компенсатора с носителем записи, протягиваемым приемной кассетой, так что носитель записи пропорционально поворачивает движок реохорда компенсатора, с которого снимается напряжение, линейно зависящее от протяжки носителя записи и фактора возбуждения датчика. Напряжение в противофазе с выходным сигналам датчика, пропорциональным измеряемому параметру и фактору возбуждения, подается в усилитель с нуль-органом, снабженным исполнительным реле, задающим при компенсации сигнал для отметки на носителе записи конца измерения. Между началом и концом дуги реохорда установлен контакт, с помощью которого задается сигнал для отметки начала измерения. Расстояние между отметками начала и конца измерения и регистрации определяет измеряемый параметр. Для исключения совмещения отметок начала и конца измерения на носителе записи при нулевом сигнале последовательно с реохордом компенсатора включено сопротивление, падение напряжения на котором равно и противоположно по фазе напряжению, снимаемому с третьей обмотки токового трансформатора.

На фиг. 1 изображена принципиальная блок-схема автономного прибора для случая непрерывной регистрации параметров; на фиг. 2 - регистрация параметров на носителе записи.

Принципиальная блок-схема показана применительно к электрокаротажу скважин, но может быть применена и для тех случаев, когда датчиком является устройство, измеряющее любой параметр при возбуждении датчика переменным током.

Автономный прибор состоит из зонда AMNB, входного трансформатора с первичной обмоткой 1 и вторичной обмоткой 2, токового трансформатора с обмотками 3-5, активных сопротивлений 6 и 7, реохорда компенсатора 8, генератора 9 синусоидальных колебаний; регистратора, состоящего из подающей кассеты 10, приемной кассеты 11, связанной через редуктор с двигателем 12, носителя записи 13, имеющего по всей длине перфорационные отверстия, в которые входят зубцы диска 14, жестко связанного с движком реохорда 8 и записывающего устройства 15, конденсаторов 16, 17, усилителя 18, нуль-органа 19 и исполнительного реле 20 с контактами 21.

Реохорд 8 выполнен в виде дуги и между ее концами включен дополнительный контакт 22, связанный через конденсатор 17 с записывающим устройством. На носителе информации показаны перфорационные отверстия 23; отметки 24-27 регистрации параметров.

В основу измерений предлагаемым прибором положен метод компенсации сигнала. Принцип действия сводится к повороту движка реохорда 8 на такую величину, чтобы напряжение, снимаемое с реохорда, было равно измеряемому напряжению. Поворот движка реохорда задается носителем записи, следовательно, длина протянутого носителя записи от начала компенсации до конца прямо определяет измеряемый параметр.

Ток I от генератора 9 проходит через активное сопротивление 6 малой величины, падение напряжения на котором приложено к первичной обмотке 3. На вторичной 4 и третьей 5 обмотках индуктируется э.д.с., пропорциональная напряжению на первичной обмотке и, следовательно, току I зондирования. Вторичная обмотка 4 нагружена на сопротивления 7 и реохорд 8, движок которого заземлен (соединен с «землей» усилителя 18).

Разность потенциалов с электродов MN приложена к первичной обмотке 1 входного трансформатора. На вторичной обмотке 2 индуктируется э.д.с, пропорциональная ΔU_MN. Вторичные обмотки обоих трансформаторов включены последовательно и их э.д.с. складываются в противофазе.

Теперь на вход усилителя подано напряжение, равное разности напряжения на обмотке 2 и напряжения, снимаемого между началом обмотки 4 и движком реохорда. В определенном положении движка реохорда напряжения равны друг другу и на усилитель подано напряжение δΔU=0.

Третья обмотка 5 подключена ко входу усилителя, и напряжение, снимаемое с нее, находится в фазе с напряжением, снимаемым с обмотки 2, т.е. вводится дополнительный сигнал, пропорциональный току I питания зонда.

Падение напряжения на сопротивлении 7 равно напряжению на обмотке 5, следовательно, при ΔU_MN=0 компенсация (δΔU=0) наступает в начальном положении реохорда 8.

Теперь рассмотрим работу схемы более подробно.

Положим В, условно принятый начальный момент, движок реохорда 8 еще не касается контакта 22. Отметим, что расстояние от контакта 22 до конца реохорда 8 есть один полный круг, т.е. реохорд, например, имеет длину по дуге, соответствующую 330°, а контакт 22 находится в положении, соответствующем 345°. Между контактом 22 и началом потенциометра длина дуги равна 15°.

При включенной схеме двигатель 12, приводя кассету 11, перемещает носитель записи 13, который, в свою очередь, приводит диск 14 и, следовательно, движок потенциометра. Когда последний касается контакта 22, на вход усилителя будет подано только напряжение с обмотки 5 и, следовательно, реле 20 будет находиться под токам, и контакты 21 разомкнуты (контакты 21 нормально замкнутые).

Образуется цепь для записывающего устройства 15 через конденсатор 17. Так как в момент включения цепи, содержащей емкость, эта емкость представляет собой короткозамкнутый элемент, то через записывающее устройство 15 мгновенно пройдет так и далее этот ток по мере заряда конденсатора опадет до нуля.

В момент прохождения тока на носителе записи 13 отметится отметка 24 начала измерения. На носителе записи показана запись двух параметров. Записывающее устройство в одном из возможных вариантов может представлять собой перфоратор для пробоя отверстия на носителе записи.

Далее при вращении двигателя движок потенциометра перемещается и касается начала реохорда. Если на MN сигнал равен нулю, то на вход усилителя подается в противофазе напряжение с обмотки 5 и сопротивления 7. Эти напряжения равны друг другу и зависят от тока I и, следовательно, на вход усилителя подается δΔU=0.

Реле 20 обесточивается и контакт 21 замыкается, что приводит к срабатыванию перфоратора и пробою отметки 25 на носителе записи.

Расстояние между отметкой 24 и вновь пробитой отметкой соответствует нулевому значению измеряемого параметра. Если же напряжение на MN не равно нулю, то в момент касания движка потенциометра реохорда на вход усилителя будут поданы напряжения ΔU_MN + ΔU_2B - ΔU_2Д = ΔU_MN и компенсация наступит только после прохождения движком какой-то части реохорда. В момент компенсации на усилитель будут поданы напряжения ΔU_MN + ΔU_2B - ΔU_2Д - ΔU_K =0 и на носителе записи будут пробиты отметки 27.

Далее при движении носителя записи 13 движок потенциометра снова касается контакта 22 и, процесс повторяется.

Для измерения и регистрации нескольких параметров аппаратура может быть выполнена многоканальной с числом каналов, соответствующих числу измеряемых каналов.

Автономный прибор для промыслово-геофизического исследования скважин, опускаемый в скважину на тросе или буровом инструменте, содержащий источник питания, входной и токовый трансформаторы, генератор синусоидальных колебаний, измерительную схему, действующую по методу компенсации сигнала, содержащую реохорд, подключенный к вторичной обмотке токового трансформатора, усилитель нуль-органом, регистратор, содержащий подающую и приемную кассеты, носитель записи, зубчатый диск, входящий в зацепление с носителем записи, электродвигатель, механически связанный с приемной кассетой и записывающее устройство, программное устройство и приемное устройство сигналов управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, повышения стабильности и надежности аппаратуры, в нем движок реохорда посредством жесткой механической передачи связан с зубчатым диском регистратора, обеспечивающим перемещение движка реохорда пропорционально перемещению носителя записи, а реохорд выполнен в виде дуги, между концами которой включен дополнительный контакт, связанный через емкость с записывающим устройством регистратора и обеспечивающий отметку момента начала измерения на носителе записи, усилитель с нуль-органом снабжен исполнительным реле, контакты которого включены в цепь записывающего устройства регистратора, обеспечивая отметку момента окончания цикла измерения на носителе записи, а последовательно с реохордом ко вторичной обмотке токового трансформатора подключено активное сопротивление, обеспечивающее отметку нулевого сигнала на носителе записи.