Многоканальный автономный прибор для каротажа скважин в процессе бурения Советский патент 1979 года по МПК E21B47/12 G01V11/00 

Автономный прибор состоит из трубызонда с четырьмя электродами, образующи МКдва зоида, измерительных каналов, релейной схша, генератора, соединенного через

шуитс токовыми электродами зонда, блока формирования компенсирующего и опорного напряжений, многодорожечного регистратора с записывающим блоком и приводным

Д1вйгатёлем, источника питания йсхемьт управления, содержащей реле времени, ключ

6 ЙГеп1Гпйтйния аппаратуры и датчик включеяйя с одним перекидным контактом.

АПК-1 рассчитан на последовательную

рёгистрацию дискретных значений двух па раметров, причтем в период между измерениями аппаратура прибора отключается от источника питания. Последнее обеспечивает рациональный расход электроэнергии и в некоторой степени более длительную работу прибора. В АПК-1 прйменёна Механическая запись информации на стандартных перфолентах. В некоторь1х АПК-1 механическая запись заменена магнитной и при этом начало и конец дискретных значений параметров записываются одиночными импульсами, подаваемыми на магнитную головку. В АПК- 1 разделение циклов записи и регистрация реперных меток (включениеили отключение буровых насосов) отмечают;ся метками на соответствующих дорожках. Включение и отключение аппаратуры прибора производится при. включении и отключении буровых насосов, т. е. при прокачке промывочной жидкости через трубы аппаратура прибора подТКЛЮЧается к источнику питания, а при прекращении прокачки - отключается.

Можно отметить несколько недостатков

АПК-1.

1.Если идет измерение параметра и в это время прекращаются буровые работы, то датчик включения отключает аппарату Р УОТ йстбчника питания и измерение данно т б Дискретного значения, не будучи заверЩенным, прекращается. Следовательно, зарегистрированное дискретное значение параметра будет меньще действительного.

2.АПК-1 обеспечивает измерение пара йётрШтолько при проКачке промывочной

жидкости, т. е. только при бурении, и, следовательно, такой параметр как кривизна, измерение которой необходимо проводить в отсутствие вибраций, не может быть качественно зарегистрирован при бурении скважины.

Кроме того, АПК-1 информация регистрируется только последовательно во врем Нии, следовательно, увеличение числа каналов приводит к сокращению продолжительности измерения и регистрации во время бурения из-за ограниченной длины носителя записи на кассете регистратора.

Целью изобретения является рЖсЩирение комплекса измерений и повышение точности измерения и регистрации всех парамет ров.

Цель достигается тем, что в выходной цепи генератора последовательно с первым щунтом подключен второй шунт и к нему подключены цепи питания датчиков. В схему управления введены блок формирования импульса конца стирания и блок формирования импульса конца каждого цикла измерения, двухвходовой блок управления, второй ключ, двоичный счетчик и электронное реле с ключом, который соединен параллельно нормально открытой части перекидного контакта датчика включения.

В магнитном регистраторе применена мапнитНая лента с заранее записанными на каждбй дорожке непрерывными импульсами или гармоническими сигналами, а в цепь питания приводного двигателя введен блок задержки.

Блоки формирования импульсов конца стирания и конца каждого цикла измерения по входу соединены с блоком формирования компенсирующего и опорного напряжений и по выходу соответственно с вторыми входами релейной схемы и вторым входом двухвходового блока управления. Двухвходовой блок управления по первому входу соединен с реле времени и по выходу - с цепями управления второго ключа, ключа в цепи питания одной группы измерительных каналов и остальной аппаратуры и входом двоичного счетчика. Выход двоичного счетчика соединен с электронным реле, а цепь питания его соединена с цепью питания другой группы измерительных каналов и выходом второго ключа. Вход второго ключа соединен с неподвижным контактом нормально закрытой части перекидного контакта датчика включения.

На чертеже изображена принципиальная схема прибора.

Прибор состоит из многоэлектродного зонда 1, содержащего токовые А и В и измерительные Mr NI -ьМ„Ыя электроды, датчиков 2 с цепями питания 3 и выходами нескольких измерительных каналов (измерения проводятся компенсационным методом), каждый из которых содержит выходной трансформатор 4-1-4п, усилитель 5-1-5п, триггер Шмитта 6-1-6п, схему совпадения 7-1 - 7п, релейную схему 8-1-8п с ключом 9-1 - 9п (показан один ключ 9-.1); генератора 10,

соединенного через шунты 11-1 и )1-2 с токовыми электродами А и В; блока 12 формирования компенсирующего и опорного напряжений, содержащего трансформатор 13, схему 14 формирования опорного напряжения, выход которой соединен со схемами совпадения. 7-1-7п, делителя 15 и потенциометра 16 с движком 17 и клеммами 18 и 19; многодорожечного магнитного регистратора 20, содержащего многоканальную стирающую головку 21, каждый канал которой соединен через ключи 9-1-9п с цепями питания, приводной двигатель 22, магнитную ленту 23, на каждой дорожке которой записан непрерывный импульсный или гармонический сигнал, ведомый барабан 24, приемную 25 и подающую 26 кассеты; источника питания 27; схемы управления, содержащей реле времени 28, выход которого соединен с первым входом двухвходового блока управления 29, ключ 30, включенный между цепями питания одной измерительных каналов и остальной аппаратуры и источником питания 27 через перекидной контакт датчика включения, имеющего один подвижный 31 и два неподвижных контакта 32 и 33. В схему управления входят также блок 34 формирования импульса конца стирания, соединенный по входу с клеммой 19 и по выходу через провод 35 со вторым входом релейных схем 8-1-8п, блок 36 формирования импульса конца цикла измерения, соединенный по входу с клеммой 18 и по выходу проводом 37 со вторым входом двухвходового блока управления 29, второй ключ 38, включенный между неподвижным контактом 32 и цепью питания другой группы измерительных каналов (на чертеже ключ 38 подключен К цепи питания второго канала), двоичный счетчик 39, соединенный по выходу с электронным реле 40, ключ 41 которого соединен параллельно контактам 31 и 33, и по входу с цепями управления ключей 30 и 38 и выходом двухвходового блока управления и, наконец, блок задержки 42, включенный между цепью питания аппаратуры и двигателем 22. Рассмотрим принцип действия автономного прибора. После подготовки прибора к работе, т. е. после монтажа в трубе-зонде герметичного кожуха с измерительной аппаратурой, прибор устанавливают между турбобуром и колонной труб и спускают на забой скважины. При подготовке прибора в аппаратурный отсек устанавливают источник питания (например, ртутные элементы РЦ), а в магнитный регистратор заправляют магнитную ленту, на каждой дорожке которой предварительно наземным регистратором записана непрерывная последовательность импульсов или гармонического сигнала с плотностью 40 имп/мм. После спуска бурильного инструмента с прибором на забой скважины начинают прокачку промывочной жидкости и бурение скважины. До прокачки жидкости через трубы аппаратура прибора отключена от источника питания - контакты 31 и 33 образуют нормально-открытую пару и ключ 41 не щунтирует их,так как электронное реле 40 обесточено. Через контакт 32 питание не может быть подано, так как ключ 38 еще не включен. При прокачке промывочной жидкости датчик включения (повторного типа) перекидывает контакт 31 с контакта 32 на KOI такт 33 и при этом аппаратура, кроме вторе го измерительного канала, подключается к источнику питания. Питание одновременно подается на всю аппаратуру, кроме двигателя 22. Питание на двигатель 22 будет подано через некоторое время, определяемое установкой блока задержки 42. Это необходимо для того, чтобы измерение и регистрация не начались до завершенид переходных процессов в схеме. После завершения переходных процессов и подачи на двигатель напряжения начинается измерение и регистрация параметров. Переменный ток от генератора 10 через шунты 11-1 и 11-2 подается на токовые электроды А и в зонда. С измерительных электродов М| NI-M,Nn снимаются разности потенциалов, зависящие от тока питания, удельного сопротивления окружающих пород и коэффициентов зондов. Так как все измерительные каналы одинаковы, то рассмотрим процесс измерения в канале ABMf.Ni. Снятая с Mi Ni разность потенциалов через трансформатор 4-1 подается на усилитель 5-1, причем на вход усилителя 5-1 в противофазе с измеряемым напряжением подается напряжение с блока 12 формирования компенсирующего и опорного напряжений. Компенсирующее напряжение снимается со средней точки делителя 15 и движка 17 потенциометра 16. Пока движок 17 находится на клемме 18, на усилитель подается измеряемое напряжение и последовательно и в фазе с ним напряжение с верхнего сот1ротивления делителя 15. Это необходимо для того, чтобы при нулевом измеряемом напряжении компенсация не произощла сразу же при установке движка 17 на клемме 18. После усиления суммарное напряжение подается на триггер 6-1, сформированные триггером импульсы, по длительности равные полуволне переменного напряжения, подаются на схему совпадения 7-1. На эту схему подаются также импульсы, сформированные схемой 14 из опорного напряжения, пропорционального и синфазного компенсирующему. Предположим, что двигатель 22, вращая приемную кассету 25, начал протягивать ленту 23, которая через ведомый барабан 24 начинает поворачивать движок потенциометра. В момент, когда компенсирующее напряжение сравняется с измеряемым, схема совпадения 7-1 выдает импульс на релейную схему 8-1, которая включает ключ 9-Г. Следовательно, выходным сигналом измерительного канала является импульс со схемы совпадения 7-1, поступающий на релейную схему 8-1. Теперь рассмотрим процесс регистрации.Положим, что движок 17 находился между клеммами 19 и 18 (движок вращается по

часовой стрелке). В этом положении (начало цикла) релейная схема 8-1 удерживает ключ 9:1 во включенном положении и на первый канал головки 21 подано стирающее напряжение (стирающим напряжением является питающее, т. е. при подаче этого напряжения на головку последняя намагничивает носитель записи до насыщения и при воспроизведении с этого участка ленты нельзя будет считать ранее записанный сигнал). После включения двигателя 22 через блок задержки 42, лента 23 через барабан 24 начинает поворачивать движок 17, при этом начинает стираться ранее записанный сигнал на всех дорожках. Когда движок 17 коснется клеммы 18, на блок 34 формирования цмпульса конца стирания будет подано полное напряжение, действующее между клеммами 18 и 19. В момент прикосновения движка 17 к клемме 18 блок 34 сформирует короткий импульс, который через провод 35 будет подан на второй вход релейной схемы 8-1, и эта схема разомкнет ключ 9-1. Релейная схема 8-1 при подключении к питающему напряжению включает ключ 9-1, при подаче импульса на второй вход размыкает ключ и при подаче.импуса на первый вход включает ключ.

Таким образом, когда движок 17 касается клеммы 18, первый канал стирающей головки отключается от цепей питания и при дальнейшем повороте движка до момента компенсации стирания не происходит. В момент компенсации импульс со схемы совпадения 7-1 подается нэ первый вход релейной схемы 8-1, последняя включает ключ 9-1 и на первый канал стирающей головки будет подано напряжение, в результате чего от момента компенсации начнется стирание ранее записанного сигнала. Процесс стирания будет происходить до момента подачи импульса на второй вход релейной схемы 8-1, т. е. до нового момента подхода движка 17 к клемме 18.

Рассмотрим дальнейшие процессы первого цикла измерения и регистрации. .От момента компенсации движок 17 поворачивается в направлении к клемме 19, при этом на входе блока.36 формирования импульса конца цикла наблюдается монотонный рост напряжения. В момент схода движка 17 с клеммы 19 резко падает напряжение на входе блока 36 до нуля и блок 36 формирует короткий импульс, который через провод 37 подается на двухвходовой блок управления 29, блок размыкает ключ 30 (так как второй ключ 38 еще не был замкнут и на двоичный счетчик 39 не было подано питание, то они не претерпевают изменений). После того как ключ 30 разомкнулся, снимают питание со всей аппаратуры, кроме реле времени 28, электронного реле 40 и блока управления 29.

Так заканчивается первый цикл измерения и регистрации. Второй цикл начнется

после того, как реле времени 28 пропустит очередной импульс. Шаги квантования выбираются продолжительностью 15, 30, 60 и 120 с. Процесс измерения в среднем занимает 5 с. Остальное время аппаратура от ключена от источника питания. Перед очередным циклом измерения аппаратура занимает исходное состояние, как и до первого цикла, и движок 17 установлен между клеммами 18 и 19.

Рассмотрим процесс измерения тех параметров, которые могут быть измерены при остановках бурения.

Обычно кривизна измеряется через каждые 25 м по стволу скважины, реже через 15 10 м. Длина одной бурильной трубы примерно 10 м. Следовательно, кривизну можно измерять в моменты наращивания .колонны труб. В этот период прокачка промывочной, жидкости прекращается. После прекращения прокачки размыкаются контакты 31 и 33 и замыкаются контакты 31 и 32. Так как ключ 41 включен параллельно контактам 31 и 33, то при размыкании контактов 31 и 33 даже во время цикла измерения .процесс измерения не прекращается до его заверщения. 25 Однако схемой предусмотрено, что после размыкания контактов 31 и 33 должно пройти еще несколько циклов измерения, пока аппаратура полностью не будет отключена от источника питания. Это необходимо для того, чтобы система измерения кривизны успела успокоиться после вибрации и чтобы проконтролировать правильность измерения, т. е. сразу после прекращения прокачки промывочной жидкости первое измерение кривизны может быть неточным из-за оста2J точных колебаний бурильного инструмента. Второе и третье измерения будут точными. Под счет числа измерений и затем отключение аппаратуры после выполнения заплани- рованного числа измерений выполняет двоичный счетчик 39 и электронное реле 40.

Рассмотрим случай, когда прокачка промьгвочной жидкости прекратилась во время цикла измерения. Тогда разомкнутся контакты 31 и 33 и замкнутся контакты 31 и 32. Ключ 41 пока не разрывает цепи пита ния. После заверщения цикла аппаратура . обесточи1вается до прихода очередного импульса от реле времени 28. После появления очередного импульса от реле времени 28 импульс подается на первый вход блока

0 управления 29 и он включает ключи 30 и 38. Теперь на все измерительные каналы подано питание (ключ 38 через контакты 32 и 31 соединен с источником питания).и начинается измерение и регистрация по всем каналам (включая второй ка5 нал). Процессы измерения и регистрации такие же, как и Описанные. ; -;

После окончания первого после остановки бурения цикла на второй вход блока управления29 подается импульс от блока 36 формирования импульса конца цикла и блок 29размыкает ключи 30 и 38. Кроме того, импульс от блока управления 29 будет подан на вход счетчика 39, который отсчитает один цикл измерения после остановки бурения. Второй цикл измерения после остановки бурения начнется, когда реле времени выдаст очередной импульс. Снова будут включены ключи 30 .и 38 и на всю аппаратуру подано питающее напряжение и будет проведен второй цикл измерения. После окончания второго цикла измерения на второй вход блока управления 29 подается импульс от блока 36 и блок 29 размыкает ключи 30 и 38, счетчик 39 отсчитывает второй цикл. После проведения запланированного количества измерений во время остановки бурения (возможно, два, три или больше циклов) при сходе движка 17 с клеммы 19 очередной импульс с блока 36 воздействует на блок управления 29 и импульс с последнего разомкнет ключи 30 и 38. Счетчик 39 отсчитывает еще цикл измерения и выдаст импульс, переводящий электронное реле 40 в положение, при котором разомкнется ключ 41. Размыкание ключей 30, 38 и 41 приведет к тому, что вся аппаратура окажется отключенной от источника питания 27. После этого для нового подключения аппаратуры к источнику питания необходимо замыкание контактов 31 и 33 датчика включения, т. е. необходимо возобновление прокачки промывочной жидкости. Это произойдет после того, как будет наращен бурильный инструмент и начнется бурение. Таким образом, предлагаемый автономный прибор позволяет точно измерять все параметры, которые измеряются одновременно с бурением скважины, а также ряд параметров при остановках бурения без подъема бурильного инструмента, обеспечивая экономический расход электроэнергии и носителя записи. Предлагаемый прибор при использовании магнитной ленты щириной 12,7 мм и магнитных головок типа РЫЗ-253041 мрл жет быть рассчитан на регистрацию 12 параметров. При этом исключается выделение дорожек на запись масщтабной метки, реперной метки и метки начала цикла, так как а)реперной меткой будет служить запись кривизны, ибо кривизна регистрируется только при остановках бурения (в приборе-прототипе АПК-1 реперная метка записывается при прекращении прокачки промывочной жидкости); б)на магнитной ле.нте длиной 25 мм может быть записано 1000 импульсов, что обеспечивает динамический диапазон 1000 (в АПК-1 максимальное значение параметра записывается на ленте длиной 90 мм в одном из двух автоматически выбираемых масштабов, относящихся как 1:5, при динамическом диапазоне каждого масштаба 200; для различения масштаба на одной из дорожек ставится метка - признак второго масштаба); в) запись всех каналов ведется параллельно и отпадает необходимость фиксации начала цикла, каналы же выделяются положением дорожки (в прототипе при записи первого параметра на отдельной дорожке проставляется метка начала цикла). Следовательно, предлагаемый многоканальный автонрмнь1и прибор для каротажа скважин в процессе бурения обладает очевидными техническими преимуществами. Экономическая эффективность каротажа возрастает, так как увеличивается число измеряемых параметров и в связи с этим сокращается объем исследования скважин обычными каротажными станциями. Расчет экономического эффекта прототипа - АПК1, обеспечивающего регистрацию двух параметров, показал, что внедрения этого прибора только на нефтегазоносных площадях Азербайджана дает экономию более 250 тыс. руб. Следовательно,, широкое внедрение предлагаемого прибора, позволяеющего измерить 12 параметров, существенно увеличит эту цифру. Формула изобретения 1. Многоканальный автономный прибор для каротажа скважин в процессе бурения., состоящий из многоэлектродного зонда с токовыми и измерительными электродами, датчиков с цепями питания и выходами, нескольких измерительных каналов, каждый из которых содержит измерительную компенсационную схему и релейную схему с ключом в каждом канале, генератора по выходной цепи, соединенного через шунт с токовыми электродами зонда, блока формирования компенсирующего и опорного напряжений, многодорожечного магнитного регистратора с одной многоканальной магнитной стирающей головкой и двигателем, источника питания и схемы управления, содержащей реле времени, ключ в цепи одной группы измерительных каналов и датчик включения с одним перекидным контактом, отличающийся тем, что, с целью расщирения комплекса измерения и повышения точности регистрации параметров, последовательно с первым щунтом в вь1ходной цепи генератора, включен второй щунт ик нему подключены цепи питания датчиков, в схему управления введены блоки формирования импульсов конца стирания и конца каждого цикла измерения, двухвходовой блок управления, второй ключ, двоичный счетчик и электронное реле с ключом, который соединен параллельно нормально открытой части перекидного контакта датчика включения, при этом в магнитном регистраторе применена магнитная лента сзаранее записанными на каждой дорожке непрерывными импульсами или гармоническими сигналами, а в цень питания приводного двигате,ля введен блок задержки.

2. Прибор по н. 1, отличающийся тем, что блоки формирования импульсов конца стирания и конца каждого цикла измерения по входу соединены с блоком формирования компенсирующего и опорного напряжений йпо вЫхбду соответствеййо со вторыми входами релейных схем и вторым входом двухвходового блока управления, двухвходовой блок управления по первому входу соединен с реле .времени и по выходу с

цепями управления второго ключа, ключа в цепи питания одной группы измерительных каналов и остальной аппаратуры и входном двоичного счетчика, выход двоичного счетчика соединен с электронным реле, а цепь питания его соединена с цепью питания другой группы/ измерительных каналов и выходом второго ключа, вход второго ключа соединен с неподвижным контактом нормально закрытой части перекидного контакта датчика включения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 226533, кл. Е 21 В 47/00, 1967.

2.Авторское свидетельство СССР № 269093, кл. Е 21 В 47/00, 1967.

3.«Геофизическая аппаратура (сборник), № 44. Л., «Недра, 1970. с. 102-107.