Устройство для ориентации сейсмоприемников в скважине

(В 0 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ/В.В. Воевода и А.М. Веретельников (71) Сибирское особое конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Нефтегеофизика" (53) 550.83(088.8)(56) .1. Авторское свидетельство ССС Р 920605, кл. С 01 ч 1/40, 1980 (прототип). 54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИЕЙСМОПРИЕМНИКОВ В СКВАЖИНЕ по.ЯОА авт. св. Ю 920605, о т л и ча юш е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, старший разряд датчика угол-код соединен с блоком определения и преобразования рассогласования через схему ИСКЛЮЧИОЩЕЕ ИЛИ, другой входкоторой дополнительно соединен содним из выходов блока определенияи преобразования рассогласования,а к выходам усилителя подключеныдва компаратора, стробируюшие входы которых соединены с электромагнитом арретира гироскопа и каротажным кабелем, а выходы - через триггер с двунаправленным ключом.Изобретение относится к сейсмическим исследованиям и предназначено для получения ориентированных в пространстве сейсмических записей в скважинах.5По основному авт. св. В 920605 известно устройство для ориентации в скважине сейсмоприемников много точечного ориентируемого скважинного трехкомпонентного зонда, содержащее гироскоп, на внутренней рамке 10 которого закреплен датчик гироскопа усилитель, блок сейсмоприемииков, жестко связанный с наружной рамкой гироскопа и помещенный в контейнер; ось вращения которого связана с ро тором датчика угол-код, другой конец которого через редуктор сое:динен с исполнительным двигателем, блок определения .и преобразования рассогласования и двунаправленный ключ, при этом датчик угол-код соединен с блоком определения и преобразования рассогласования, выходы которого .соединены с первой парой входов двунаправленного ключа, вторая пара входов которого соединена с выходами усилителя, вход последнего подключен к датчику гироскопа, два выхода двунаправленного ключа соединены с исполнительным двигателем. ЭОПеред. спуском в скважину скважинный прибор по метке на охранном кожухе ориентируется на устье скважины в направлении Север-бг, которое считается нулевой точкой отсче та азимута, Затем на пульте управле-, ния скважинными прибором устанавливается нулевое значение угла поворота относительно нулевой точки отсчета азимута. Таким образом, контейнер 40 с сейсмоприемниками сориентирован в направлении Север-Юг. После разгона гиромотора и включения электромаг нита арретира внутренние, рамки гироскопа освобождаются от фиксаторов арретирующего механизма, гироскоп становится свободным, и система . ориентации входит в режим слежения.При спуске в скважину скважинный йрибор начинает вращаться. Одновременно начинает поворачиваться контейнер с сейсмоприемниками, но сигнал ра.ссогласования с выхода датчика гироскопа воздействует на испол" нительный двигатель, который поворачивает контейнер с сейсмоприемника55 ми в направлении, противоположном вращению корпуса скважинного прибора до тех пор, пока сигнал рассогласования с датчика гироскопа не умень. шится, а система не войдет в зону 60 нечувствительности. Таким образом, контейнер с сейсмоприемниками удерживается в направлении Север-Рг 1,Однако механическая, система передачи, которая связывает исполнительный двигатель через редуктор оконтейнером с сейсмоприемниками,как и всякая механическая, в част"ности зубчатая система передачи,имеет люфт, угол которого большезоны нечувствительности датчика гироскопа. Поэтому, когда исполнительный двигатель возвращает контейнерс сейсмоприемниками в нулевое положение, .контейнер по инерции вледст,вие наличия люфта проскакивает зонунечувствительности датчика гироскопа и с выхода датчика гироскопа появляется сигнал рассогласования обратной полярности, который воздействуя на исполнительный двигатель,поворачивает контейнер в обратнуюсторону. Таким образом, контейнерс сейсмоприемниками и жестко связанный с ыим гироскоп совершают постоянные колебательные движения относительно нулевой точки отсчета азимута. Кроме того, отрицательное действие механического люфта сказываемся и при принудительной ориентацииблока сейсмоприемников, когда гироскоп эаарретированЕсли необходимо повернутЬ блок сейсмоприемннковна 3000, то по инерции, за счет .люфта, блок сейсмоприемников проходит нулевую точку отсчета азимута,и коды с датчика угол - код небудут равны, заданным пропорциональным углу 300 кодам, и блок с сейсмоприемниками начнет снова поворачиваться до того момента, покакоды сравняются, система входит внеуправляемый режим.Опыт работы с макетом многоточечного ориентируемого скважинного трехкомпонентного,зонда ИОСТпоказывает., что при таком способеслежения угла в процессе работылюфт увеличивается, сильнее изнашиваются механические узлы системыориентации (т.е. редуктор, гироскоп,электромотор, подшипники), вследст.вие чего увеличивается потребляемая мощность, снижается точность,.увеличивается уровень помех, вызванных постоянными переключениями впитакщих цепях,Цель изобретения - повышениенадежности устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для ориента"ции сейсмоприемников в скважине старший разряд датчикаугол - код соединен с блоком определения и преобразования рассогласования черезсхему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, другой входкоторой дополнительно соединен содним из выХодов блока определенияи преобразования рассогласования,а к выходам усилителя подключеныдва компаратора, стробирующие вхо- .ды которых одновременно соединеныс электромагнитом арретира и каро10 тажным кабелем, а выходы - черезтриггер с двунаправленным ключом,На чертеже изображена схемаустройства для ориентации сейсмоприемников в скважине.Устройство содержит гироскоп 1,на внутренней рамке которого, вращакяяейся в азимутальной плоскости,закреплен датчик 2 гироскопа. Токосъемники датчика 2 гироскопа закреплены на корпусе гироскопа 1;внутренние рамки которого застопорены с помошью Фиксаторов арретирующего механизма, приводимых в действие электромагнитом. Наружная рамкакорпус) гироскопа 1 жестко связана 15с блоком 3 сейсмоприемников, содержащим три ортогонально расположенных сейсмоприемника Х. У, 3 . Блок .3 сейсмоприемников установлен вконтейнер, ось вращения которогосвязана с одним концом ротора датчика 4 угол - код, другой конец роторачерез редуктор 5 соединен с исполнительным двигателем б, датчик 2гироскопа соединен с исполнительнымдвигателем 6 через усилитель 7 и двунаправленный ключ 8, другие входыкоторого соединены с выходом датчика4 угол - код через блок 9 определения и преобразования рассогласованияпоследний может содержать три цифровые компаратора 10 (СС 1), 11 (СС 2),и12 (ССЗ), арифметическое логическоеустройство АЛУ) 13 и цифроаналоговыйпреобразователь (ЦАП) 14, соединенные с выходом датчика 4 угол - код 35и картотажным кабелем, через .логические схемы И 15, ИЛИ 16 и 17, НЕ18 и 19 и ключ 20 - с двунаправленным ключом 8. Старший разряд датчика4 угол - код дополнительно соединенс блоком 9 определения и преобразования рассогласования через схемуИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ 21, другой вход которой,дополнительно соединен с однимиз выходов блока 9 огределения.ипреобразования рассогласования. К 45выходам усилителя 7 подключены входыкомпараторов 22 и 23, стробирукщиевходы которых соединены с электромагнитом арретира гироскопа 1 и каротажным кабелем, а выходы - с входамй 50триггера 24, выход которого соединенс управляющим входом двунаправлен"ного ключа 8,1Устройство работает следующим,образом.При предварительной регулировкеустройства например, в процессеизготовления) определяют максимально возможное напряжение рассогласования на выходе усилителя 7, появляю 60щееся при повороте гироскопа на уголравный +З,ОО, и устанавливаю навходах компаратора 22 опорные наспряжения 0 оп, иОя, равные ему поамплитуде, но противоположной поляр ности. Перед спуском скважинный прибор ориентируют в направлении СеверЮг, включают. систему ориентации,определяют нулевую точку отсчета азимута и на пульте управления устанавливают нулевое значение углаповорота. При этом гироскоп эаарретирован и начальной установкой с выхода компаратора 22 триггер 24 эапрешает подачу через двунаправленныйключ 8 на исполнительный двигательб напряжения рассогласования с датчика 2 гироскопа через усилитель 7мощности.После разгона гиромотора и включения электромагнита арретира внутренние рамки гироскопа 1 освобождают,ся от фиксаторов арретирукшего меха"низма и гироскоп 1 приобретает тристепени свободы, т.е. становитсясвободным, Ось вращения гиромотораза счет кинематического момента сохраняет свою ориентацию в пространстве неизменной, и ее направлениестановится начальной точкой отсчетаазимута,При спуске скважинный прибор, авместе с ним гироскоп 1 и блок 3сейсмоприемников начинают поворачиваться. Напряжение рассогласования свыхода усилителя 7 мощности возрастает до тех пор, пока не станетравнымОдц илиОоэ , в зависимостиот того, в какую сторону вращаетсягироскоп 1 с блоком 3 сейсмоприемников. Как только напряжение рассогласования станет равным бдному иэ опорных напряжений, компаратор 22 устанавливает триггер 24 в другое (например, единичное) состояние и потенциал с выхода триггера 24 разрешит подачу напряжения рассогласования с усилителя 7 через двунаправленный ключ В на исполнительный двигатель 6. Сигнал рассогласования даетвозможность поворачивать исполнительный двигатель 6 до тех пор, поканапряжение .рассогласования не станетравным нулю. Тогда выходное напряжение с компаратора 23 через триггер24 запретит прохождение напряжениярассогласования на исполнительныйдвигатель б, и гироскоп 1 с блоком3 сейсмоприемников будут снова поворачиваться до тех пор, пока напряжение рассогласования с усилителя 7Ьошиости снова не станет равным одно-.му иэ опорных. напряжений.Ооэ имадТаким образом, вместо постоянных со;вершаемых колебательных движений:контейнер с сейсмоприемниками и жестко связанный с ним гироскоп будутсовершать односторонние доворотыдо нулевого положения только в моменты, когда напряжение рассогласования на выходе усилителя 7 достигает максимального значения.Принудительная ориентация блока3 сейсмоприемников осуществляется с.10530 39 согласования. поступает непрерывноменяющийся код обратной связи. Таким образом, сравнение кодов происходит непрерывно, и высокий потенциалпоявляется на выходе схемы ИЛИ 16 навремя, определяемое временем сравнения младших разрядов. Это обеспечивает пошаговый режим работы исполнительного двигателя б, что позволяет преодолеть его инерционность,1 О путем реверсирования на время, соответствующее времени существованиямладшего разряда,При всех результатах сравнениякодов углов поворота, меньших 360на выходе схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21прйсутствует высокий потенциал, который разрешает прохождение управляющих импульсов через схему ИЛИ 16блока 9 определения и преобразованиярассогласования и заставляет вращаться исполнительный двигатель б.В случае, когда угол поворота блока 3 сейсмоприемников равен Зббна выходе схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21,соединенном с выходом цифрового компаратора 10 СС 1), появляется высокий потенциал, равный потенциалу надругом ее входе, и на схему ИЛИ 16подается низкий потенциал, изменяющий состояние на ее выходе, кото 30 рое изменяет полярность напряжения,подаваемого на исполнительный двигатель б. Последний реверсируется,- . гасится инерция, и двигатель входитв управляемый режим35 Таким образом, точность принудительной ориентации сохраняется оченьвысокой (ф 1 младшего разряда), аточность отслеживания .нулевой точкиазимута существенно повышается эа.счет исключения постоянных колебатель.- ных движений системы ориентации.о-. Повышается долговечность механических узлов системы, в частности редук.тора 5, гироскопа 1 и исполнительногодвигателя 6, за счет снижения кине 45 матической нагрузки. Уменьшаетсяизнос механических узлов устройстваи повышается точность их работы(уменьшаются люфты) Поскольку исполнительный двигатель б включает 50 ся значительно реже, уменьшаетсяпотребляемая мощность и снижаетсяуррвень помех, вызываемых частымипереключениями двигателя. Совокупность указанных преимуществ предла 55 гаемого устройства, обеспечивает позышение его надежности в целом Заказ 88 бб/44 Тираж 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул Проектная, 4 помощью датчика 4 угол - код, блок 9 определения и преобразования рассогласования, двунаправленного ключа 8, исполнительного двигателя б и схемы ИСКЛЮЧАОЦЕЕ ИЛИ 21.При выключении электромагнита арретира на двунаправленный ключ 8 поступает управляющий сигнал, который разрешает подачу напряжения на исполнительный двигатель б от бло ка 9 определения и преобразования рассоглаСования. Код команды (код А для старших разрядов и код ц для младших разрядов), пропорциональный заданному углу поворота блока 3 сей смоприемников, поступает с поверхности по,каротажному кабелю на один иэ входов блока 9 определения и преобразования рассогласования, на входы цифровых компараторов 10 (СС 1) 11 СС 2) и 12 ССЗ) которого с выхода датчика 4 угол - код подается код обратной связи (код В для старших разрядов и код Ь для младший разрядов),.а на вход схемы ИЛИ 16 через схему ИСКЛЮЧАМХЦЕЕ ИЛИ 21 подается код дополнительного старшего разряда датчика 4 угол - код, пропорциональный углу 360 . цифровые компараторы 10 СС 1) и 11 (СС 2) осуществляют сравнение кодов стар.ших разрядов входной команды (код А) с соответствующими разрядами кодов обратной связи (код В). Сравнение младших разрядов производится цифровым компаратором 12 (ССЗ). В том случае, если сравнение старших разрядов дает результат А=В, а сравнение младших разрядов - ОЬ, или сравнение только старших разрядов дает результат АВ, на выходе схемы ИЛИ 16 появляется высокий потен. циал (логиЧеская "1"), При любых других результатах сравнения на вых де схемы ИЛИ 16 появляется низкий . потенциал (логический "О"), ПОтенциал с выхода схемы ИЛИ 16 подается на ключ 20, определяя полярность аналогового напряжения, поступающего на ключ 20 с АП 14, преобразующего разность кодов ( а -Ъ), вычисленную АЛУ. 13 в эквивалентный аналоговый сигнал. Поступающее с блока 9 определения и преобразования рассогласования напряжение заставляет вращаться вал исполнительного двигателя б, при повороте которого с датчика 4 угол в : код в блок 9 определения и преобразования рас.Составитель И,Редактор М. Ткач Техред М,Тепер Журавлева Корректор,Ю. Макаренко