Феррозондовый инклинометр Советский патент 1981 года по МПК E21B47/02 

(54) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ИНКЛИНОМЕТР

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано в системах управления проводкой копонжу напряденных скважин. Известно устройство для вамеренвя искривления скважин, включающее узел регистрации сигналов, магнитно-моаупяиионные датчики, ивдукционный датчик, статор которого жестко закреплен относя магнит(Л1одуляционных датчнксж так, что одноименные оси чувс-тительtfocTH обоих датчиков взаимно перпендикулярны ij. HetaocTaTK(f этого устройства являют ся большие габариты и ввэкая точность ЮМФ8НВЯ, что затрудняет вх прЕО«тене е в системах автоматнческ«х о упровяе ниа 1ФОВОДКОЙ наклонно-направпенюлх скважин. Известен также феррозондовый инклв нкялетр, содержащий внутреннюю в нук карданные рамки, маятник, груз, два феррозонда, соленоид, генератор 2. Недостатком этого ycipolterBa является низкая разрешающая способность, обуо словленная втошвем вибраивй, в низкая стабильность чувствительности обусловл ная фазовой иеста(Й1льностью напряжеЦепь ваоС эетенвя - повышение ра ешающ сяоеобносгв в стабильности чувстBirr«e HocTV вяклявомотра. Указанная пень достигается тем, что он снабжу устаясвлеввым иа наружиой рамка феррозондом, шестью вабврательibiMB усилителями, четырьмя свнхронныMB детект н амв в тремя . аттенюатор амв, этом выхоа доаопнвтельного феррозо да соедвнен с первым вэбв ательным усшштваем вевосфеяртвенно, а со вторым входом третьего в четвертого свнхроомых детектч)р€в через первый взбврательный усвлвт 1ь выход первого ффрозонда соедш1ен с первым входом третьего cvmsf ронного детектора через второй избирательный усилитель, выход второго феррозон-г да соединен с первым входом четвертого синтфонног о детектора через третий избирательный усилитель, а со вторыми входами первого и второго синхронных детектс сж через пятый вабкрательный усилитель, генератор соединен с соленоидом, и через аттенюаторы с феррозоидами. На чертеже представлена прин1шпиаль ная схема предлагаемого устройства. . Устройство содержит внутреннюю рамку 1 с маятником 2, наружную рамку 3, центр тяжест.И смииен эксцентричным грузгол 4, соленоида 5 и дололнительный феррозонд 6, которые жестко укреплены на наружной рамке 3. На вну-р ренней рамке 1 в центре соленоида 5 закреплены два феррозонда 7 и 8, оси чувствительности которых взаимно перпен дикулярны, причем ось чувствительности феррозонда 8 перпендикул на оси вращения внутренней рамки 1 и оси чувс твительности феррозонда 6. Маятник 2 удерживает ось чувствительности феррозонда 7 перпендикулярно горизонтальной плоскости. На выходе феррозондов 6,8 включены избирательные усилители 9 удвоенной частоты генератора 10, а феррозондов 7,8 - избирательные усилители 11 и 12, настроенные на утроенную частоту генератора 1О. На выходы феррозонда 7 включен также избирательный усилитель 13 удвоенной частоты генератора 10, а феррозонда 6 - избирательный усилитель 14, настроенный на утроенную частоту генератора 1О. Избиратель ные усилители 9 усиливают напряжения удвоенной частоть генфатора 1О пропорциональные азимутальному углу, а избирательные усилители 11,12 - напряжения утроенной частоты генератора 10, пропорциональные зенитному углу скважины. Для лучшего соотношения сигнал/ помеха эти напряжения выделяются синхронными- детекторами 15-18. Избиратель ные усилители 11, 12 усиливают составляющие выходных напряжений феррозондов 7,6 в виде удвоенной и утроенной частоты генератора 10, которые использ ются как опорные напряжения соответс-рвенно сйнзфонных детекторов 15, 16 и 17, 18. 1 бирательные усилители 11, 1 используются также для кфрекдии фазы опорных напряжений. Частотно-избиратель ная часть усилителей 11, 12 представля ет собой фильтры LQ или RC , полностью подобные фильтрам соответственн избирательных усилителей 9, 1О. В резу тате фазочастотные характеристики кзбир тельных усилителей II, 12 аналогичны фазочастотным характеристикам соотетственно избирательных усилителей 9, 10. Генератор 1О соединен с соленоидом 5 непосредственно, а с феррозонд.ами 68 соответственно через аттенюаторы 1921. Аттенюаторы 19-21 позволяют выставить нужный ток возбуждения феррозондов 8 и обеспечивают необходимую электромагнитную связь между феррозондами 6-8 и соленоидом 5. Ось чувствительности феррозонда 8 при этом оказывается лежащей одновременно в горизонтальной плоскости и плоскости наклона, а феррозонда 7 - только в плоскости наклона и перпендикулярно горизонтальной плоскости, а феррозонда 6 - перпендикулярно . плоскости наклона. Измерение составляющих магнитного поля землп феррозонда - ми 6,8 и составляющих магнитного поля соленоидами 7,8 достаточно для определении соответственно азимутального и зенитного углов. Генератор 10 частоты F возбуждает соленоид 5 и через аттенюаторы 19-21 соответственно феррозонды 6 - 8. На выходе феррозондов 68 под действием магнитного поля земли наводится ЭДС в виде удвоеннойчастоты 2 F генерат-ора 10, которая выделяется и усиливается избирательными усилителями 9, 11. После усиления напряжения удвоенной частоты 2 F феррозондов 6,8 йодается на первые входы, а феррозонда. 7 - на вторые входы синхронных детекторов 13, 14. При отклонении скважины от азимутального угла по южение феррозондов 6,8 изменяется, а феррозонда 7 не изменяется относительно магнитного поля земли и на выходе синхронных детекторов 13, 14 образуются постоянные знакопеременнь1е напряжения, знак и величина которых зависят от азимутального угла. Феррозонды 6-8 находятся также в пфеменном магнитном поле частоты соленоида 5. За счет элект рсялагнитной связи между солеиовдом 5 и феррозондами 6-8, величина которой изменяется так аттенюат(ами , что в феррозондах 6-8 образуются колебания с частотой 3 F , которые выделяются и усилив а1Ьтся избирательными усилителями 11, 14. После усиления напряжение утроенной частоты 3 F ффрозондов 7,8 подается на первые входы, а феррозонда 6 на вторые входы синхронных детекторов 17, 18. При отклонении скважины от зенитного угла, полоясение феррозондов 7,8 изменяется, а 585 феррозонда б не изменяете}} относитепьно переменного магнитного поля coneнov да 5, и на выходе синхронных детекторе 17, 18 образуются постоянные знакопеременные напряжения, знак и вепичина которых зависят от зенитного угла., В С1шажине на npjK6op действуют -вибра НИН, возникающие при бурении. Для демнферирования колебаний феррозондов 7,8 относительно соленоида 5 прибор заливают вязкой жидкостью. Прибф вмеоте с феррозондами 6-8 совершает кол&бання только относительно магнитного поля Земли. Псжышенне разрешающей способности инклинометра осуществляется следующим образом. Частота возбуждения ссленовда 5 берется выше, чем верхняя граничная частота вибраций, в результате частотные спектры переменного маг нитиorb поля соленоида 5 и вибраций не перекрываются. Колебанк$1ми корпуса при бора вместе с феррозондами относительно магнитного поля Земли в феррозондах дополнительно модулируется сигнал удвое ной частоты 2F . Этот сигнал при одновр менном измерении азимутального и зенит ного углов на выходе феррозондов 7,8 на ладывается на сигнал утроенной частоты 3F , Избирательные усилители 11, наст роенные на частоту 3 F , позволяют допол нительно промодулирОЕЯнный сигнал с частотой 2 F и усиливают только сигнал утроенной частоты 3F , пропорциональны зенитному углу, который затем выделяется синхронными детекторами 17, 18. Повышение стабильности чувствительности осуществляется следующим образом При изменении температуры окружакущей среды изменяется частота генератора 10 и происходит сдвиг фазы выходных напряжений феррозондсж &-8, пропорциональных азимутальнс у и зенитному углам, в . избирательных усилителях, 9,11 и благодаря наличию избирательных усилителей 13, 14 - аналогичный сдвиг опорных напряжений, снимаемых с выхода феррозондов 6,7. Так как опорные напряжения снимаются с выхода феррозондов 6,7, то при изменении параметров феррозонде от та пературы опорные напряж&ния и напряжения, пропорциональные аз -мутальному и зенитному углам, в ферро-. зондах получают допстшитеяьно одинаковые фазсмзые сдвиги. При этом относитель ный сдвиг фаз на сиюсронных детекторах 15, 16 W 17, 18, а следовательно, и их коэффициенты передачи, и коэффициент передачи всего инклинометра остаются неизменными. 0 Использованиеаттенюаторов, избирательных усилителей, феррозонда, жесткое крепление феррозонда вместе с соленоидом на наружной рамке карданного подвеса выгодно отличает феррозонд(ый инклинометр, так как позволяет повысить виброустойчивость и температурную стабильность инклинометра. В результате п(ышается разрешающая способность, стабильность чувс-тнтельвостн, точность измерения при малых зенитных углах и расширяется диапазон измерения зенитных углов. Испытания описываемого устройства показывает, что разрешающая способность увеличивается до 0,5., а стабил1гность чувствительности до 2 %. Извест ные же инклинсметры имеют разрешак щую способность 4 - 6 , а стабильность чувствительности 11 %. Формула изобретения Феррозондовый инклинометр, содержащий внутреннюю и наружную карданные рамки, маятник, груз, два феррозонда, соленоид, генератор, отличающийс я тем, что, с целью повышения разрез шающей способност-й и стабильности чувст вительности, он снабжен установленным на наружной раме дополнительным феррозондом, шестью кзбхфательнымн усилителями, четырьмя синхронными детекторами и тремя аттенюаторами, при этом выход дополнительного феррозонда соединен с первым избирательным усилителем непосредственно, а со вторыми входами третьего и четвертого ринтфонных детекторов через первый взбсфательный литель, первого феррозонда связан с первым входом третьего снн онного дётвктора через избирательный усилитель, выход второго феррозонда соединен с первым входом четвфтого синхронного детектчэра через третий кэбирательшдй усилитель, причем со вторыми входами первого и второго синхронных детекторов через пятый избирательный усилитель соединен с соленоидом и через аттенюатора с феррозондами. Источники информации, 1фннятые во внимание при экспфтвзе 1.Авторское свидетельство СССР № 24О815, кл. Е 21 В 47/02, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР № 492649, кл. Е 21 В 47/О2, 1974 (прототип).