Устройство для измерения угла наклона скважины Советский патент 1981 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к npobaicповой геофизике и может быть использовано в системах управления проводкой наклонно-направленных скважин. Известно устройство, включающее узел регистрации сигналов, магнитомодуляционные датчики индукционный датчик, статор которого жестко закреплен относительно магнито-модуляц оншях датчиков так,- что однои|менйые оси чувствительности обоих датчиков взаимно перпендикулярны f1. Недостатком этого устройства явт ляются большие габариты и низкая точ ность измерения, что затрудняет их применение в системах автоматического управления проводкой наклонно направленных скважин. А также известно устройство для измерения угла наклона скважины, содержащее маятник, укрепленный в карданном- подвесе, феррозонды, ные с генератором {,2. Недостатком, этого устройства являются нелинейные искажения, что сии жает точность. Целью изобретения является повышение точности измерения. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено сумматором и группой цепочек по числу феррозондов, каждая цепочка состоит из последовательно соединенного фильтра и фазоинвертора, входа фильтров каждой из цепочек соединены параллельно и подключены к выходам соответствующего феррозонда, выходы фазоинверторов и феррозонда связаны со входами соответствующего сумматора. На чертеже изображена принципиальная схема данного устройства. Устройство для измерения угла наклона скважины состоит из карданного подвеса, содержащего наружную раму t, центр тяжести которой смещен эксцентричным грузом 2, феррозонда 3, укрепленного на наружной раме I, внутЗГ8ipeHMKBo рамку 4 с маятником 5. На внут ренней рамке 4 укреплен феррозонд 6. Ось чувствительности феррозонда 6перпендикулярна оси вращения внутрен ней. рамки 4 и оси чувствительности феррозонда 3. Маятник 5 удерживает ось чувствительности феррозонда 6 в горизонтальной плоскости. Феррозонда 3 и б соединены соответственно с генераторами 7 и 8, Выходы феррозондов 3 и 6 соединены соответственно с сумматорами 9 и Юн группами П.и 12 параллельно включенным цепочкам. Каждая цепочка состоит из последователь но соединенного 4 1льтра 13 и фазоинвёртора 14, Выходы фазоинверторов 14 4Й групп 11 и 12 связаны со входами соответственно сз маторов 9 и 10 Каждый из фильтров представляет собой усилитель 15, охваченньй частотно-зависимой отрицательной обратной связью в виде двойного Т-образного моста 16. Настройка фильтров 13 J iy, на нужную частоту осуществляется изменением сопротивления в плечах моста, изменение добротности изменением коэффициента обратной связи, а установка требуемого коэффициента передачи - аттенюатором 17. Цепочки фильтр 13.- фазоинвертор 14.. группы 12 аналогичны цепочкам группы 11. Устройство работает следующим образом. При отклонении положения скважины наружная рама 1 грузом 2 непрерывно устанавливается перпендикулярно плоскости наклона скважины, внутренняя рамка 4 маятником 5 - по вертикали. Ось чувствительности феррозонда 6 при этом оказывается лежащей одновременно в горизонтальной плоскости и плоскости наклона, а феррозонда 3 перпендикулярно плоскости наклона. Измерение составляющих магнитного поля Земли феррозондами 3 и 6 достаточно для определения азимутального угла наклона скважины. При возбуждении феррозондов 3 и 6 генераторами 7 и 8 и под действием магнитного поля Земли на выходе феррозондов 3 и 6 из-за их нелинейных свойств появлются напряжения четных гармоник частоты возбуж дения соответственно генераторов 7 и 8, пропорциональные азимутальному углу скважины, и напряжения нечетных гармоник, которые являются помехой. Выходной сигнал феррозонда 3 поступа ,ет на сумматор 9 и на фильтры I3,(4vi настроенные на нечетиме гармоники частоты генератора 7. Нечетные гармоники, выделенные льтpa ш , через фазоинверторы 14 поступают на сумматор 9, где вычитаются из выходного сигнала феррозонда 3. На выходе сумматора 9 образуются только напряжения четных гармоник, пропорциональные азимутальному углу скважины. Для полного вычитания помех в фильтрах 13jij предусмотрен аттенюатор 17, который позволяет изменять коэффициент передачи цепочки: фильтр 13 фазоинвертор 14. Выходной сигнал феррозонда 4 поступает на сумматор 10 и группу 12 цепочек, фильтры которых настроены на нечетные гармоники генератора 8. Работа группы цепочек: фильтры l3-j-fH фазоинвертор сумматора 10 аналогична работе группы 11 и сумматора 9. Повышение точности осуществляется следукщим образом. Изза нелинейности феррозондов 3 и 6 на их выходах присутствуют четные гармоники, пропорциональные азимутальному углу скважины, и высокий уровень нечетных гармоник (помех). Из устройства исключается источ1шк нелинейных искажений - избирательный усилитель второй гармоники. Из выходного сигнала феррозондов 3 и 6 выделяются фильтрами только нечетные гармоники, уровень которых значительно превьш1ает уровень четных гармоник. Поэтому фильтры имеют маленький коэффициент усиления, что увеличивает их динамический диапазон и не вызывает в них нелинейных искажений и также увеличивает устойчивость работы устройства. Кроме того, в сумматорах 9 и 10 из выходного сигнала феррозондов 3 и 6 вычитаются все нечетные гармоники и на выходе устройства присутствует не только вторая гармоника, а сумма четных гармоник, пропорциональшах азимутальному углу скважиш 1, что увеличивает уровень сигнала на выходе устройства. Увеличение уровня сигнала на выходе устройства и уменьшение помех (за счет исключения источника нелинейных искажений) увеличивает отношение сигнал-помеха на выходе устройства, что повышает точность измерения азимутального угла скважин. Использование новых элементов фильтров нечетиых гармоник, фазоииверторов, сумматора выгодно отличает данное устройство от известных