Устройство для передачи сигналовизМЕРЕНия из СКВАжиНы HA пОВЕРХНОСТь Советский патент 1981 года по МПК E21B47/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗ СКВАЖИНЫ НА ПОВЕРХНОСТЬ

I

Изобретение относится к приборо строению для ,lcлoвo-гeoфизичecких исследований скважин с поМощыо емкостных датчиков, а именно к передаче сигналов измерения на поверхность, и может найти применение для любых измерений с емкостшлчи датчиками, например для определения уровней раздела сред нефть - Газ и иефть вода, прослеживания статических и динамических уровней жидкости, водонефтяного контакта, измерения влажности нефти на забое, для получения зкспресс-информации об отклонении профиля поперечного сечения скважины от заданного (желобообразования) в зоне, свободной от жидкости, а также для телеизмерения высоких давлений, температуры и других параметров .

Известно устройство для измерения уровня жидкости в скважине, содертащее груз или стаканчик, подвешенные на проволоке ТНедостатком зтого устройства является необходимость отыскивать положение уровня изменением погружения зонда, что неприекпемо дпя прослеживания (регистрации) малых колебаний уровней жидкостей и водораздела при исследовании скважин по известному способу понижения уровня.

Известно также устройство, вклю10чающее в себя емкостный датчик давления с диафрагмой, вклочениый в колебательный контур генератора ВЧ, изменения частоты которого вьщеляются, например, методом биений и по ка15белю поступают на поверхность к аппаратуре телеизмерения f2j и f3j.

Недостатком данного устройства является наличме LC-генераторов управляемой частоты в измерительном

Я преобразователе, что усложняет его, понижает надежность и точность вследствие влияния на частоту генератора колебаний температуры окружающей 3 среды, вибраций и ударов, а значительные габариты затрудняют термостабипизацию. , Общими недостатками известных устройств для передачи сигналов емкостных измерительных преобразователей на поверхность являются необходи мость применения многожильного кабеля и сложность настройки LC-генераторов на получение нормализованиых сигналов, соответствующих шкале измерений. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерения при передаче сигналов измерения из скважины по одножильному бронированному кабелю и осуществлении нормализации сигналов на поверхности. Указанная цель достигается тем,чт устройство, содержащее мультивибрато формирователь прямоугольиых сигналов, стабилизатор напряжения, нормализатор, сигнала, преобразователь час тоты, заданнций генератор, фильтры и блок обработки и вьшода информации, снабжено дифференциальным промежуточным преобразователем, при этом вход питания дифференциального проме жуточного преобразователя подключен через формирователь прямоугольных им пульсов и четвертый импульс со вторым, третьим, пятым и шестым фильтра ми, причем третий фильтр связаи чере стабилизатор напряжения с формирователем прямоугольных сигналов, а выход дифференциального промежуточного преобразователя связан через последо вательно соединенные первый фильтр, мультивибратор и второй фильтр с выходами пятого и шестого фильтров с входом седьмого фильтра, причем пять фильтр связан с задающим генератором, шестой фильтр связан с источником питания, а седьмой фильтр подключен через последовательно соединеиные преобразователь частоты и нормализатор сигнала к блоку обработки и вывода информации. На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства. Скважинный прибор 1 содержит первичные измерительные преобразователи 2 и 3, один из которых рабочий, а другой компенсационный, ил« оба сое тавляют дифференциальный преобразова тель. Первичные преобразователи 2 и 3 состыкованы соединителями 4 и 5 с 7 4 герметичным блоком 6, в котором размещены промежуточный преобразователь 7, вьшолненный по диффереициальной схеме двойного Т-образиого нелинейного моста, фильтры 8-11, стабилизат 5| 12 напряжения,форыи рователь 13, управляе Л1й мультивибратор 14. Одножильный бронированный кабель 15 связывает скважинный прибор 1 с аппаратурой 16 на поверхности. В состав аппаратуры 16 фильтры 17 - 19, источник 20 дистанционного питания, задающий генератор 21, преобразователь 22 частота-напряжение, нормализатор 23 сигналов, устройство 24 обработки и вывода информа ции.Устройством обработки и вывода информации может быть показывамиций или регистрирукщ1й прибор, цифро-печатающее устройствО| Мини-ЭВМ и т.п. Устройство работает следующим образом. Промежуточный преобразователь 7, сравнивая емкости2 и 3, выДает сигнал, который через фильтр Н4 8 управляет частотой мультивибратора 14 или какого-либо другого преобразователя напряжение-частота). С выхода мультивибратора 14 сигнал низкой частоты (несколько кГц) через полосовой фильтр 11 передается по кабелю 15 на аппаратуру 16, где, пройдя полосовой 4ильтр 19, посредством преобразователя 22 частота-напряжение, преобразуется в аналоговый сигнал постоянного тока. Этот сигнал нормализуется (усиливается и масштабируется) нормализатором 23 и поступает на устройство 24 выдачи и, если необходимо, обработки информации. Питание промежутЬчного преобразователя 7 прямоугольными симметричными импульсами (меандр) осуществляется формирователем 13 импульса, на вход которого подается стабилизированная частота (несколько десятков кГц) от задающего генератора 21 через фильтр ВЧ 18, кабель 15 и фильтр ВЧ 10. , Питание постоянным током формирователя 13 и мультивибратора 14 осуществляется через стабилизатор 12 напряжения от источника 20 дистанционного питания через фильтр НЧ 17, кабель 15, фильтр 9 НЧ. Передаточные характеристики преобразователей 7 ,14. и 22 близки к линейным, поэтому выходной аналоговый 5 сигнал линейно зависит от разности емкостей 2 и 3.Погрешности Промежуточного преобразователя 7 сводятся к мииимуму за счет питания его прямоугольными симметричньвш импульсами стабильной частоты и амплитуды, причем стабильность амплитуды - стабилизатором 12 напряжения . п, Температурная погрешность промежуточного преобразователя 7 возника ет за счет неидеитичностн электриче ких параметров в плечах диффереициальиой схемы и компенсируется подбором сопротивления из медной проволоки, включаемой последовательио с одним из резисторов нелинейного моста. Термокомпенсация мультивибра тора 14 достигается аналогичным путем, а также выполнением мультивибратора на оптронах.Фильтры 9,10 и 17,18 - простейшие дроссельно-кои деисаторные. Остальные фильтры могу быть активными на, микросхемах. Для выполнения скважинного прибора 1 малого диаметра и обеспечения его работы при температуре до + 200 250°С блок 6 на микросхемах вместе с. полупроводниковым микротермостато ( холодильником ) помещается в сосуд Дьюара. Тем самым обеспечивается необходимая точность работы устрой ства за время исследования скважины Для компенсации погрешностей,возни-. кающих от старения элементов всего измерительного канала (предлагаемого устройства), перед каждым опуска нием прибора 1 в скважину производи ся калибровка. Дпя этого регуляторо нуля нормализатора 23 устанавливает ся нулевое показание устройства 24, затем к первичному преобразователю 2 подключается калибратор-конденсатор и регулятором чувствительности устанавливается калибровочное показание. Предлагаемое устройство выгодно отличается от известного своей прост той и универсальностью, облегчающей крупносерийное производство унифицированных устройств передачи сигналов от емкостных датчиков различиы параметров и назначений, что упрощае снабжение, подготовку кадров, эксплуата19 ю и ремонт устройств, а так же позволяет осуществлять ряд гео4м зических исследовпний скважин с по76вышенной точностью и надежностью. Область применения устройства может , быть расширена путем использования его в различных областях народного хозяйства и при научных исследованиях, где требуются измерения емкостными методами в тяжелых условиях эксплуатации. Для миогоканапьных телеизмерений с частотным разделением каналов, число функциональных узлов 2 и 3, 4. и 5, 7, 8, 11, 14, а также 19, 22, 23, равно числу каналов, остальные узлы общие. Формула изобретения Устройство для передачи сигналов измерения из скважины на поверхность, содержащее мультивибратор, формирователь прямоугольных сигналов, стабилизатор напряжения, нормализатор сигнала, преобразователь частоты, задающий генератор, фильтры и блок обработки и вывода информации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерения при передаче сигналов измерения из скважины по одножильному бронированному кабелю и осуществлении нормализации сигналов на поверхности, оно снабжено дифференциальным промежуточньм преобразователем, при этом вход питания дифференциального промежуточного преобразователя подключен через формирователь прямоугольных импульсов и четвертый фильтр со вторым, третьим, пятым и шестым фильтрами, причем третий фильтр связан через стабилизатор напряжения с формирователем прямоугольных сигналов, а выход дифференциального промежуточного преобразователя связан через последовательно соединенные первый фильтр, мультивибратор второй фильтр с выходами пятого шестого 4 шьтров с входом седьмого ильтра, причем пятый фильтр свяан с задакщим генератором, шестой ильтр связан,с источником питания, седьмой фильтр подключен через ос тедовательно соединенные преобраователь частоты и нормализатор сигала к блоку обработки и вывода инормации. Источники информации, принятые вд внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР W 265807, кл. Е 21 В 47/04, IQ66. 46717 2. Патент Франции IP 2308925, кл. G 01 L 9/12, 1976. г 3. Грачев Ю.В. и Варламов В.П. Автоматический контроль в скважинах S при бурении и эксплуатации, М,, Недра, 1968, с. 305-308 (поототип).