Феррозондовый датчик азимута Советский патент 1981 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к области промысловой геофизики и может использоваться для определения магнитного азимута искривленной скважины. Известен датчик для измерения азимута скважины, содержащий три феррозонда, расположенные под углом 120°в параллельных плоскостях, пересекающих вертикальную ось прибора 1. Известен также гравитационный инклинометр, содержащий два магнитомодуляционных феррозондовых преобразователя и измерительно-регистрирующую часть прибора 2. Недостатком его является невозможность непосредственного определения азимута без дополнительных вычислений. Известно устройство, содержащее скважинный прибор с двумя однокатущечными феррозондовыми преобразователями, оси чувствительности которых взаимно перпендикулярны, наземное устройство, содержащее два индентичных канала, состоящих из генератора с полосовым фильтром, избирательного усилителя, фазового детектора, удвоителя частоты, модулятора, а также датчик длины кабеля, фазовращатель, генератор, общий для обоих каналов, следующую систему, состоящую из вращающегося трансформатора, усилителя, двигателя с редуктором 3. Недостатком этого устройства является низкая точность измерений, которая определяется статической ощибкой, возникающей при отработке углов рассогласования, когда вращающий момент двигателя соизмерим с моментом сухого трения в опорах ротора сельсина-приемника. Кроме того, недостатком его является сложность конструкции и низкая надежность из-за наличия электромеханических узлов. Целью изобретения является повыщение точности измерений азимута и увеличение надежности датчика. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено RC-цепочкой двумя триггерами Шмидта, последовательно соединенными преобразователем фаза - код и счетчиком, причем входы триггера Шмидта соединены соответственно с выходом генератора и средней точкой RC-цепочки, которая включена между выходами модуляторов, а выходы триггеров Шмитта соединены с входами преобразователя фаза - код.

На чертеже представлена функциональная схема феррозондового датчика азимута.

Феррозондовый датчик содержит скважинный прибор, на котором размещены два однокатушечных феррозондовых преобразователя 1 и 2, оси чувствительности которых взаимно перпендикулярны. Один из них закреплен ,в апсидальной рамке 3, центр тяжести которой смещен эксцентричным грузом 4, другой - в маятниковой зенитной рамке 5, удерживающей ось чувствительности феррозонда в горизонтальной плоскости Наземная часть содержит датчик 6 длины кабеля; фазовращатель 7; два идентичных канала, состоящих из генератора с полосным фильтром 8, избирательного усилителя 9, настроенного на частоту второй гармоники, фазового детектора 10, удвоителя частоты II, модулятора 12, генератор опорного напряжения 13, общий для обоих каналов, RC-цепочка 14; триггеры Шмидта 15; преобразователь 16 фаза - код; счетчик 17.

Устройство работает следующим образом. При движении снаряда по искривленной скважине апсидальная рамка 3 с грузом 4 непрерывно устанавливается перпендикулярно плоскости наклона скважины,, а внутренняя рамка 5 (зенитный маятник) - по вертикали. Ось чувствительности феррозонда 2 при этом оказывается лежащей одновременно в горизонтальной плоскости наклона, а феррозонда 1 - перпендикулярно плоскости наклона.

Для определения азимута наклонной скважины достаточно провести измерения составляющих магнитного поля Земли на оси феррозондов. Напряжение с генераторов 8 подается по каротажному кабелю к обмоткам феррозондовых преобразователей. В магнитном поле Земли в них наводится ЭДС, вторая гармоника которой выделяется избирательными усилителем 9. После усиления напряжение поступает на фазовый детек,тор 10, на который подается также напряжение удвоенной частоты с удвоителе 11. Для исключения влияния на показания прибора изменения реактивного сопротивления кабеля при его размотке предусмотрена автоматическая подстройка фазы в удвоители 11 фазовращателем 7 по сигналам датчика 6 в зависимости от глубины погружения снаряда в скважину. В фазовом детекторе 10 сигнал выпрямляется и затем преобразуется модулятором 12 в переменное .напряжение частотой 400 Гц.

После модуляторов два синфазных напряжения, амплитуды которых изменяются пропорционально синусу и косинусу азимутального угла, подаются на фазосдвигающую RC-цепочку 14. В средней точке RCцепочки происходит векторное суммирование этих напряжений со сдвигом фазы одного из них на 90°, так что фаза результкрующего вектора будет равна ази.муту. Далее сигналы с генератора 13 и RC-цепочки 14 подаются на триггеры 15 Шмидта, где преобразуются в сигналы прямоугольной формы, фазовый сдвиг между которыми пропорционален азимуту скважины. Сигналы с

триггеров Шмитта подаются на преобразователь фаза - код и далее на счетчик, с которого снимается информация в цифровом виде.

В датчике отсутствуют электромеханкческие узлы (двигатель, вращающийся трансформатор, приборы со стрелочными указателями). Это повыщает надежность устройства, точность измерений, упрощает конструкцию. Вывод информации в цифровом виде удобен для согласования с вычислительными устройствами. Предварительные испытания показали, что точность измерения азимута составляет ±0,5° (у известного устройства только ±1,5°).

Формула изобретения

Феррозондовый датчик азимута, содержащий маятник, магнитомодуляционные феррозондовые преобразователи, датчик

длины кабеля, фазовращатель, генератор опорного напряжения, два идентичных канала, состоящих из генератора с полововым фильтром, избирательного усилителя, фазового детектора, удвоителя частоты, модулятора, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности датчика и точности к;. прерывного измерения азимута, он снабжен RC-цепочкой, включенной между выходами модуляторов, дву.мя триггерами Шмидта, последовательно соединенными преобразователем фаза - код и счетчиком, причем входы триггеров Шмидта соединены соответственно с выходом генератора и среднегл точкой RC-цепочки, а выходы триггеров Шмидта соединены с входами преобразователя фаза - код.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 605950, кл. Е 21 В 47/02, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР № 250072, кл. Е 21 В 47/00, 1965.

3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 23021326, кл. Е 21 В 47/02, 1976.