Устройство для определения координат траектории скважины Советский патент 1982 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к бурению скважин, в частности наклонно-направленному бурению.

Известно устройство для определения координат траектории скважины, содержащее инклинометрические датчики, выходы которых подключены к регистратору, на котором фиксируется азимут, зенитный угол и наклонная глубина в виде непрерывных кривых 1.

Недостаток этого устройства заключается в том, что для определения .координат траектории скважины необходимо полученную графическую информа-. цию пересчитать вручную, что является трудоемким и длительным процессом. При эа-ом возникают значительние погрешности, связанные с ручной обработкот данных.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения координат траектории скважины, содержащее блок синусно-косинусного пре.обраэователя, блок умножения, соответствующие выходы которого.подключены к первым входам накапливсиощих сумматоров координат 2J .

В данном устройстве происходит вычисление приращений координат в моменты времени, соответствующие

заданному интервалу дискретизации по глубине д S. Вычисление приращений декартовых координат происходит по соотношениям:

ДХ AS.sin( in ;

дУ д S -sin ui; ,-; :

дг д s-cos(t-, где oti - зенитный угол.

Pi - азимут в -той точке тра10ектории скважины. Полученные приращения..координат суммируются на соотЬетструнадих накапливающих сумматорахj в результате чего на их выходах получаются значе15ния координат, которые могут быть зафиксированы на цифровом регистраторе:

20

ЛХ: i f- «Ц ДУ; -, ZjcIlAZ.;. i-1

К недостаткам этого устройства следует отнести реализацию тригонсметри25ческих зависимостей на синусно-косинусных вращающихся трансформаторах (СКВТ), которые являются прецезионными дорогостояпцими механическими элемент ми со сложньми кинематическими

30 .связями. Вращающиеся трансформаторы требуют точного электрического сопряжения обмоток и имеют неконтролируеNbifl уход параметров во время эксплуатаЦии З . Вследствие вышеуказан ЕЮ го СКВТ обладают недостаточной надежностью, точно стью и быстродействием преобразования.Время преобразования важно для разрабатываемых инклинометров с непрерывной регистрацией при малых шагах измерений. Кроме того, наличие двух функциональных преобразователей (синусного и косинусного) в блоке синусно-косинусного преобразователя усложняет устройство и, следовательно, уменьшарт надежность его работы. % Цель изобретения - повышение надежности определения координат траек тории скважины путем применения одного синусно-функдионального преобразо вателя. Для достижения указанной цели устройство снабжено регистром зенитного угла, регистром азимута, регист ром интервала диcкpeтизal,, двумя коммутаторами, блоком преобразования кода и блоком формирования знаков пр Ращения координат, причем выходы регистра зенитного угла и регистра ази мута соединены соответственно с первым и вторым входами первого коммута тора, первые выходы которого подключ ны к информационным входам блока пре образования кода, выход кот.орого сое динен со входом блока синусно-косину ного преобразователя, управляющий вход - со вторым выходом первого ком мутатора и входом блока формирования знаков приращения координат, другой вход которого подключен к третьему выходу первого коммутатора, а выходы - ко вторым входам накапливакщих сумматоров координат, выходы регистра интервала дискретизации связаны с первым входом блока умножения, вто рые входы которого подключены к выхо дам второго коммутатора, вход которо го соединен с выходом блока синуснокосинусного преобразователя. Крбме того, блок умножения содержит первый, второй, третий и четвертый умножители и регистр, причем пер вые входы умножителей являются вторы ми входами блока, первый вход блока является feTopfco/i входом третьего умно жителя и зторъал входом четвертого умножителя, выход которого через регистр подключен ко вторым входам пер вого и второго умножителя, выходы первого, второго и третьего умножите лей являются выходами блока. На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого ycтpoйcтвa на фиг. 2логическая схема управления работой реверсивного счетчика блока преобразования кода; на фиг. 3 - логическая схема блока формирования знако.в приращения координат, Устройство содержит регистр 1 зенитного угла, регистр 2 а.зимута, регистр 3 интервала дискретизации , первый коммутатор 4, блок 5 преобразования кода, блок 6 синусно-косинусного преобразователя, второй коммутатор 7, блок 8 умножения, накапливающий сумматор 9 координаты X, накапливающий сумматор 10 координаты У, накапливающий сумматор 11 координат Z, блок 12 формирования знаков приращения координат, первый умножитель 13, второй умножитель 14, третий умножитель 15, четвертый умножитель 16, регистр 17, элемент НЕ 18, элемент И 19, элемент II 20, элемент .ИЛИ 21, эле- мент И 22 , элемент И 23 , элемент ИЛИ 24, Полусумматор 25,; триггер 26 знака since , триггер 27 знака s i п/3 , триггер 28 знака cos ,элемент И 29, элемент И 30, триггер 31 знака координаты X, триггер 32 знака координаты У, триггер 33 знака координаты Z . Устройство работает следуквдим образом. В моменты времени, когда счетчик проходки отсчитает заданный интервал дискретизации по глубине Д5, код интервала дискретизации заносится в регистр 3 интервала дискретизации, а значения кодов с .инклинйметричёских датчиков заносятся соответственно в регистр 4 зенитного угла 1 и азимута 2 (фиг. 1). Регистры зенитного угла 1 и азимута 2 п-разрядные. Содержимое младших разрядов SQ - 30-2 А, разряд aj соответствует 90°, разряд а 180 . Вычисление функциональных зависимостей sin и cos производится только для значений углов 0-90°, которые представлены младшими разрядами а,, - - Значения старших разрядов используются для формирования знаков приращения координат и управления работой реверсивного счетчика блока 5 преобразования кода. Команда на сложение подается с выхода схемы ИЛИ 21 при условии совпадения логических единиц либо на входах схемы И 19, либо на входах схемы И 20. - ; . Команда на вычитание подается с выхода схемы ИЛИ 24 при условии совпадения логических единиц либо на входах схемы И 22, либо на входах схемы И 23. Сигналы Вычисление sin, Вычисление сов могут быть либо логической единицей, либо логическим нулем. В устройстве применяется один вид функционального преобразователя синусный преобразователь, что позволяет сократить число функциональных элементов. Знак sin определяется разрядом а (1 соответствует отрицательному зна ку, О - положительному знаку функции) , знак cos - логическим уравнением сложения по модулю два. Зп & n-i В первой четверти результат сложения. О, во второй 1, в третьей 1, в четвертой 0. Единица соответствует отрицательному знаку функции, ноль - положитепьному, Первый такт работы устройства включает в себя вычисление s i п fc и запоминание произведения AS- since в регистре 17 блока 8 умножения. Младшие разряды а - а, регис ра 1 зенитного угла,- через первый коммутатор 4 поступают на информаци ные входы блока 5 преобразования ко а на управляющий вход блока поступа ет разряд ар .Одновременно разряди Эр и а п. кода регистра 1 зенитного угла подаются на входы бл ка формирования знаков приращения координат. В блоке 5 преобразования кода, представляющем собой .реверсив (ный счетчик со схемой управления, происходит преобразование параллель ного двоичного кода в число-импуль ный, причем работа счетчика на сложение или на вычитание определяется значением разряда а. (фиг. 2 ). С выхода блока 5 преобразования кода число-импульсный код поступает на вход блока б синусно-косинусного преобразователя, который представля ет собой управляемый делитель часто ты, реализующий кусочно- ступенчатую аппроксимацию функции sin X |4|. С выхода блока 6 синусно-косинусного преобразователя число-импульсный код через второй коммутатор 7 поступает на соответствующий второй вх;од блока 8 умножителя, т.е. на первый вход четвертого умножителя 16 блока 8 умножения. Блок 8 умножения состоит из четырех умножителей и регистра. Умножители представляют собой счетчики с переменным коэффициентОм деления (двоичные умножители). на первые входы которых поступает число-импульсный код, а на вторые входы - параллельный двоичный код. На второй вход четвертого умножителя 16 подается код из регистра 3 интервала дискретизации. Результат умножения Д S S i п об заносится в регистр 17 блока 8 умножения. Второй такт работы устройства включает в себя вычисление cosсб и приращения координаты Д Z. При этом выход блока 6 синуснокосинусного преобразователя подключается через второй коммутатор на соответствующий второй вход блока 8 умножения, т.е. на первый вход треть го умножителя 15, на второй вход которого поступает код с регистра 3 интервала дискретизации. С выхода третьего умножителя число-импульсный код поступает на первый вход накапливающего сумматора 11 координат 2,. Третий такт работы устойства включает в себя вычисление sin|3 и приращение координаты лХ. Параллельный двоичный код из регистра 2 азиг(ута через первый коммутатор 4 подается на информационные входы блока 5 преобразования кода, причем разряды а и а, подключаются аналогично описанному выше. С выхода блока б синусно-косинусного.: преобразователя число-импульсный код через второй коммутатор 7 подается на соответствующий второй вход блока 8 умножения, т.е. на первый вход первого умножителя 13, на второй вход которого поступает код с регистра 17 блока 8 умножения. С выхода первого умножителя число-импульсный код выдается на первый вход накапливающего сумматора 9 координаты X. Четвёртый такт работы включает в себя вычисление cos/3 и приращение (координаты ДУ. . Преобразование кодов происходит аналогично. Таким образом, накапливающие сумматоры 9 , 10 и 11 координат, отображают положение оси скважины в декартовой системе координат. ; В случае перемены знака приращения какой-либо из координатблок 12 формирования знаков приращения координат по входу 2 переключает накапливаквдий сумматор соответствующей координаты из режима суммирования в режим вычитания. Блок 12 формирования, знаков приращения координат работает следугацим образом (фиг. 3). В первом такте работы устройства на триггере 26 знака sinpi запоминается знак функции sinpi. в зависимости от разряда а. Триггер устанавливается в единицу, если знак функции положителен, в ноль - если знак функции отрицателен. Во втором такте на триггере 33 запоминается значение знака cos Qi в зависимости от результата сложения по модулю два Ъ полусумматоре 25 разрядов а и а, Значение единицы 1 на прямом выходе триггера 33 соответствует режиму сложения в накапливающем сумматоре коор динаты Z, значение единицы на инверсном выходе триггера 33 соответствует режиму вычитания координаты Z. В третьем такте работы триггер -27 знака sin.p запоминает значение знака функции sIn/J . На схеме И 29 происходит логическое умножение, в результате чего триггер 31 знака координаты X устанавливается в единицу/ если произведение sinoi sin/3 положительно, либо в ноль, если оно отрицательно. Триггер 31 управляет режиMOM работы накапливающего сумматора 9 координаты X. Единица на прямом выходе триггера 31 соответствует режиму сложения, на инверсном - режиму вычитания. В четвертом такте работы устройст ва на триггере 28 знака сбз/Рэапоми нается знак функции cos в зависи мости от результата сложения по моду лю два в полусумматоре 25. На схеме И 30 происходит логическое умножение, Б результате чего триггер 32 знгиса координаты У устанавливается единицу, если произведение sin л х X cos 1 положительно, и в ноль, если оно отрицательно. Триггер 32 управляет режимом работы накгшливающего сумматора 10 координаты У. Единица на прямом вьрсоде триггера 32 соответствует режи1х1у сложения, на инверс ном - режиму вычитания. Применение предлагаемого устрой ства позволит повысить надежность определения паргццетров траектории скважины и создаст удобства в работ оператора. Формула изобретения 1. Устройство для определения координат траектории скважины, содержащее блок синусно-косинусного преобразователя, блок умножения, выходы которого подключены к первым входам накапливающих сумматоров координат, 1отличаюи1ееся тем, что, с целью повышения точности и надежности работы устройства, оно снабже но регистром зенитного угла, регист ром азимута, регистром интервала дискретизации, двумя коммутаторами, блоком преобразования кода и блоком формирования знаков приращения координат, причём выходы регистра зенитного угла И регистра азимута соедине ны соответственно с первшли и вторыг входами первого к мутатора, первые выходы которого подключены к информационным входам блока преобразования кода, выход которого соединен со входом блока синусно-косинусного преобразователя, управляющий вход - со вторым выходом первого коммутатора и входом блока формирования знаков приращения координат, другой вход которого подключен к третьему выходу первого коммутатора, а выходы - ко вторым входам накапливающих сумматоров координат, выходы регистра интервала дискретизации связаны с первым входом блока умножения, вторые входы которого подключены к выходам второго коммутатора, вход которого соединен с выходом блока синусно-косинусного преобразователя. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающе вся- теп, что бЛок умножения содержит первый, второй, третий четвертый умножители и регистр, причем первые входы умножителей являют-ся вторыми входами блока, первый вход блока является вторым входом третьего умножителя и вторым входом четвертого умножителя, выход которого через регистр подключен ко вторым входам первого и второго умножителя, выходы первого, второго и третьего умножителей являются выходами блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Куликовский Л.Ф., Ушмаев В.И. Информационно-измерительные системы для управления процессом бурения. М., Недра, 1972, с. 80-81. 2.Баканов М.В. и др. Информационные микромаииины следящих и счетнорешающих систем (вращакииеся трансформаторы, сельсины). М., Советское радио, 1977. 3.Браго В.Н.Методы и устройства цифрового преобразования информации в измерительных системах нефтяной промышленности. М., Недра, 1976, с. 53. .

a

Г-

IS

21

20

(Риг. 2

On

ff в-

25

OjM

n

(Ptfe.J

3t LI

29

32

30

JJ

LJ