Устройство для ориентации сейсмоприемников в скважине Советский патент 1982 года по МПК G01V1/52 

(5А) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ В СКВАЖИНЕ

1

Изобретение относится к устройствам для сейсмических исследований и предназначено для получения ориентированных в пространстве сейсмических записей в скважинах.

Из вест но уст ройс т во для ори ентации сейсмоприемников в скважине, содержащее гироскоп, на внутренней рамке которого, вращающейся в азимутальной плоскости, закреплен датчик гироскопа, а токосъемники датчика закреплены на корпусе гироскопа. Внутренние рамки гироскопа застопорены с помощью фиксаторов аррети ного механизма, приводимых в действие электромагнитом. Наружная рамка (корпус) гироскопа жестко связана с блоком сейсмоприемников, содержащим три ортогонально расположенных сейсмоприемника и установленным в контейнер, ось вращения которого связана с одним концом ротора скважинного сельсина, а другой конец.ротора через редуктор соединен с исполнйтельным двигателем. Датчик гироскопа через усилитель мощности подключен к исполнительному двига- . телю. В этом устройстве для принудительной ориентации блока сейсмоприемников используется сельсинная система, состоящая из скважинного и наземного сельсинов, которые ооединены между собой тремя жилами кабеля, причем наземный сельсин явtoляется сельсином-датчиком и приводится в движение электродвигателем tl3

Недостатком устройства является невысокая точность (±15) передачи

IS угла при принудительной ориентации сейсмоприемников, связанная главныь; образом с скручиванием трехжилькогс; кабеля при спуско-подъемных операциях, обуславливающим индукционное

30 токовое взаимодействие между жилами кабеля, соединяющими статорные обмотки сельсинов , и жилами, по которым подается напряжение питания. 39 Наиболее близким к предлагаемому является устройство для ориентации сейсмоприемников в скважине, содержащее гироскоп, на внутренней раме которого закреплен датчик гироскопа, соединенный с усилителем, контейнер блока сейсмоприемников, ось вращения которого через редуктор соединена с исполнительным двигателем и датчик угол-код, содержащее ротор и статор, соединенный с исполнительным двигателем через после довательно соединенные блок определения и преобразования рассогласования и двунаправленный ключ zj. Недостатками описываемого уст-, ройства являются прецессия гироскопа, называемая дрейфом или уходом гироскопа и связанная с его остаточ ным небалансом и трением в опорах подвеса и непрерывное изменение положения главной оси гироскопа относительно его корпуса и земных предметов за счет суточного вращения Земли. Кроме того, в связи с тем, что гироскоп, датчик гироскопа, блок сейсмоприемников и датчик угол код жестко связаны между собой, автономное введение поправки в положе ние оси гироскопа в зависимости от текущего значения его дре19фа не представляется возможным. Цель изобретения - повышение точ ности передачи угла при принудитель ной ориентации сейсмоприемников Цель достигается тем, что в уст ройство для ориентации сейсмоприемников в скважине, содержащее гиро скоп , на внутренней рамке которого закреплен датчик гироскопа, соединенный с усилителем, контейнер блока сейсмоприемников, ось вращения кото рого через редуктор соедине(а с исполнительным двигателем, и датчик угол-код, содержащий ротор и статор соединенный с исполнительным двигателем через последовательно включен ные блок определения и преобразования рассогласования и двунаправленный ключ, дополнительно введены вто рой редуктор и второй исполнительный двигатель, причем ротор датчика угол код жестко связан с контейнером бло сейсмоприемников, а ось вращения гироскопа одним концом жестко связан со статором датчика угол-код, а дру гим через дополнительные редуктор и исполнительный двигатель - с выходом усилителя. В таком исполнении устройства реализуются возможности для сохранения заданного положения оси гироскопа в течение всего времени каротажа за счет осуществления независимой принудительной ориентации сейсмоприемников путем непосредственного ввода азимута заданного угла. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройствр содержит гироскоп 1, на внутренней рамке которого, вращающейся в азимутальной плоскости, закреплен датчик 2 гироскопа;. Внутренние рамки гироскопа застопорены с помощью арретирного механизма, приводимого в движение электромагнитом. Блок 3 сейсмоприемников помещен в контейнер, жестко связанный с ротором датчика 4 у гол-код, статор которого жестко связан с осью вращения наружной рамки (корпуса) гироскопа 1. Ось вращения контейнера блока 3 сейсмоприемников через редуктор 5 связана с исполнительным двигателем 6. Датчик гироскопа соединен с усилителем 7t а выход датчика k уголкод через ключ 8 и €лок 9 определения и преобразования рассогласования соединен с исполнительным двигателем 6 и каротажным кабелем..Другой конец оси вращения наружной рамки гиг роскопа 1 через второй редуктор 10 соединен со вторым исполнительным двигателем П. Устройство работает следующим образом. Ось вращения гиромотора ориентируют в направлении Север-Юг. После разгона гиромотора и включения электромагнита арретира внутренние рамки гироскопа 1 освобождаются от фиксаторов арретирного механизма, и гироскоп 1 приобретает три степени свободы, т.е. становится свободным гироскопом. Ось вращения гиромотора за счет кинетического момента сохраняет свою ориентацию в пространстве неизменной, и ее направление становится начальной точкой отсчета азимута. При подаче напряжения питания с выхода датчика 2 | ир©скопа снимается напряжение, пропорциональное азимутальному углу поворота корпуса гироскопа 1. Пределы изменения угла поворота (tBCP ) фиксируемые. При переходе через нулевые значения угла поворота направление на выходе датчика гироскопа переходит через нуль и изменя5 ет свою фазу на 180. Напряжение ра согласования с датчика 2 гироскопа поступает через усилитель 7 на второй исполнительный двигатель 11. Вт рой исполнительный двигатель 11 нов рачивает корпус гироскопа 1 до тех пор, пока сигнал рассогласования с выхода датчика 2 гироскопа не умень шается и система не войдет в зону нечувствительности. При повороте корпуса гироскопа 1 в обратную сторону напряжение на выходе датчика 2 гироскопа увеличивается и меняет свою фазу на . Усиленный сигнал рассогласования при этом реверсирует второй исполнительный двигатель 11 и поворачивает корпус гироскопа в обратную сторону. Таким образом осуществляется слежение и сохранение направления оси вращения гироскопа в пространстве, а следователь но, и начальной точки отсчета азимута. Гироскоп должен сохранять направление оси вращения во время спуска и подъема скважинного прибора. Во время регистрации сейсмических сигналов скважинный прибор при-жат к стенке скважины и надобность в работе гироскопа отпадает. Кроме того, работа гироскопа во время регистрации нежелательна, вследствие того, что гиромотор искажает сейсмический сигнал, поэтому во вре мя регистрации гироскоп арретируют. Для контроля за уходом гироскопа во время его работы при выключении арретира на ключ 8 подается управляющий сигнал, который размыкает его. Тогда контейнер блока 3 сейсмо приемников и ось (ротор) датчика k угол-код неподвижны относительно корпура скважинного прибора, а ось врагщения гиромотора - ориентирювана в пространстве относительно направления Север-Юг. При уходе гироскопа его наружная рамка начинает поворачиваться вместе с корпусом (статором) датчика у гол-код и по выходному коду датчика угол-код можно, ко тролировать дрейф гироскопа. При ос тановке скважинного прибора и прижатии его к стенке скважины гироско арретируют, и на ключ 8 подают сигнал, который замыкает его. После этого осуществляют принудительную ориентацию блока 3 сейсмоприемников , .учетом поправки на уход гироскопа . 51 Принудительную ориентацию блока 3 сейсмоприемников осуществляют с . помощью датчика Ц угол-код., исполнительного двигателя 6 и блока 9 определения и преобразования рассоглаг сования, содержащего например, цифровые компараторы (СС1 , СС2 и ССЗ) арифметическо-логическое устройство (АЛУ), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и схемы И, ИЛИ, НЕ., В исходном нулевом состоянии блок 3 сейсмоприемников ориентируют относительно направления оси вращения гироскопа 1, ё затем на входе блока 9 определения и преобразования рассогласования устанавливают нулевой код команды. На другой вход блока поступает нулевой код обратной связи с выхода датчика 4 угол-код. Блок 9 определения и преобразования рассогласования осуществляет сравнение кода команды и кода обратной связи. Поскольку коды равны, напряжение на выходе блока 9 определения и преобразования рассогласования равно нулю и блок 3 сейсмоприемников удерживается в положении, соответствующем начальной точке отсчета азимута. Для поворота блока 3 сейсмоприемников на заданный азимут относительно начальной точки от счета с поверхности на блок 9 определения и преобразования рассогласования подают код команды, пропорциональный заданному углу поворота. Блок 9 определения и преобразования рассогласования сравнивает код команды с кодом обратной связи. Поскольку коды не равны, на выходе блока 9 появляется пропорциональное заданному глу поворота напряжение, которое поступает на исполнительный двигатель 6. Двигатель начинает вращаться и через редуктор 5 поворачивает на заданный угол блок 3 сейсмоприемников и ось (ротор) датчика k угол-код, статор (корпус) которого постоянно удерживается в положении, соответствующем нулевой точке отсчета азимутас помощью гироскопа 1, датчика 2 гироскопа , усилителя 7 и второго исполнительного двигателя 11. Когда выходной код датчика у гол-код (код обратной связи) становится равным коду команды, напряжение на выходе блока 9 определения и преобразования рассогласования становится равным нулю, и двигатель 6 останавливается. Для возвращения блока 3 сей смоприемников в исходное (нулевое) состояние или поворота его на любой заданный угол в пределах от О до ЗбО,- необходимо изменить код команды. Таким образом осуществляется принудительная ориентация блока сей смоприемников. В предлагаемом устройстве исключаются затраты времени на возвращенйе оси гироскопа при переходе на новую точку измерения и операцию вычисления угла поворота блока сейсмоЬриемников в зависимости от заданного азимута и реального положения снаряда на точке, уменьшаются погрешности передачи угла, поскольку она осуществляется в условиях минимального дрейфа гироскопа при стабильном положении его оси и упрощается аппаратура в целом. Формула изобретения Устройство для ориентации сейсмо приемников в скважине, содержащее гироскоп, на внутренней рамке которого закреплен датчик гироскопа, соединенный с усилителем, контейнер блока сейсмоприемников, ось вращени которого через редуктор соединена 1 с исполнительным двигателем, и датчик угол-код, содержащий ротор и статор, соединенный с исполнительным двигателем через последовательно включенные блок определения и преобразования рассогласования и двунаправленный ключ, отличающееся тем, что, с целью повышения точности ориентации путем повышения точности передачи угла, в него дополнительно введены второй редуктор и второй исполнительный двигатель, причем ротор датчика угол-код жестко связан, с к нтейнером блока сейсмоприемников, а ось вращения гироскопа одним концом жестко связана со статором датчика уголкод, а другим через дополнительные редуктор и исполнительный двигатель с выходом усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Отчет тематической партии № 12/77 по теме Усовершенствование методики и техники трехкомпонентных наблюдений. Сибирской геофизической экспедиции Миннефтепрома, Новосибирск, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2956 75/18-25, кл. G 01 V 1АО, 1980 (прототип).