Феррозондовый преобразователь угла наклона скважины

(51)5 Е ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИЯ ФвеМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Днепропетровский инженерностроительный институт(56) Авторское свидетельство СССМ 092270, кл, Е 21 В 47/02, 198Авторское свидетельство СССР9 1199917, кл. Е 21 В 47/02, 198(54) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬУГЛА НАКЛОНА СКВАЖИНЫ(57) Изобретение относится к промысловой геофизике и позволяет повысить точность определения. угла наклона скважины за счет уменьшения погрешности от нелинейности преобразования, Преобразователь (П) содержиткорпус 1, в котором установлены наружная рамка 2 и внутренняя рамка 3на которой размещен феррозонд (Ф) 6.1579990 51015 В корпусе 1 жестко закреплены двеосновные взаимно перпендикулярныекатушки (К) 7,8 индуктивности и дведополнительные К 9, 1 О. Магнитныеоси .". 7,8 расположены подуглом 45к оси Ф 6. Магнитные оси К 9, 10 расположены под углом 45 к магнитнымосям К 7,8 и размещены с ними в одной плоскости. В состав П входят также усилители 11, 24 мощности, полосовые фильтры 12, 15, делитель 13частоты, генератор 14, фазовые детекторы 16, 19, интеграторы 17, 20, разделительный конденсатор 18. Кроме тоЪ,1Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено дляопределения угла наклона искривленной скважины. 25Цель изобретения - повышение точности измерения угла наклона за счетуменьшения погрешности от нелинейности преобразования,На чертеже приведена структурнаясхема феррозондового преобразователязугла наклсна скважины.Феррозондовый преобразователь содержит корпус 1 и установленные внем наружную 2 и внутреннюю 3 рамки,.составляющие карданный подвес. Нарамках 2 и 3 закреплены маятники 4и 5. На внутренней рамке З.в ее плоскости и перпендикулярно ее оси вращения размещен феррозонд б. В корпусе 1 в его пазах (не показаны) жестко закреплены две взаимно перпендикулярные основные катушки 7 и 8 индук-,тивности, магнитные оси которых расположены под углом 45 относительноооси чувствителъности феррозонда 6.Кроме того, в корпусе 1 также в пазах жестко закреплены две взаимноперпендикулярные дополнительные катушки 9 и 10 индуктивности, магнит 50ные оси которых расположены под углом45" относительно магнитных осей основных катушек 7 и 8 и размещены с,Ними в одной плоскости. Таким образом, магнитные оси катушек -10 расе 55положены под углом 45 по отношениюодна .к другой, а магнитная ось однойиз этих катушек всегда совпадает сосью чувствительности феррозонда 6 го, П содержит компаратор 21, анало-. го-цифровой преобразователь 22, све-. тодиодные индикаторы 23,.коммутатор 1 25 и блок 26 индикации сектора измерений. С выхода делителя 13 через усилитель 24 низкочастотный ток пооГ чередно подается в К 7-10, возбуждая в них переменное магнитное поле, про- екция вектора которого на ось Ф 6 пропорциональна синусу угла наклона скважины. Напряжение на выходе интегратора 20 прямо пропорционально углу наклона, величину которого считывают с индикаторов 23. 1 ил. при наклонах на угол, равный К - , где К = О, 1, 2, 3 - номер катушки,Обмотка возбуждения феррозонда 6 подключена к выходу первого усилителя 11 мощности, вход которого соединен через паласовой фильтр 12 с первым .выходом делителя 13 частоты. Вход последнего подключен к выходу генератора 14. Сигнальная обмотка феррозонда б подключена через поло- совой фильтр 15, первый фазовый детектор 16, первый интегратор 17, разделительный конденсатор 18, второй фа" зовый детектор 19, второй интегратор 20, компаратор 21, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 22 к входу светодиодных индикаторов 23, кроме этого, выход второго интегратора 20 непосредственно соединен с входом АЦП 22. Второй выход делителя частоты 13 подключен к тактирующему входу первого фазового детектора 16. Третий выход делителя 13 частоты подключен к тактирующему входу второго фазового детектора 19 и к входу второго усилителя 24 мощности, а четвертый выход подключен к управляющим входам коммутатора 25, Выход второго усилителя 24 мощности подключен че- рез коммутатор 25 к катушкам индуктивности. 7-10 и к входу блока 26 индикации сектора измерений.Преобразователь работает следующим образом.1. В наклонной скважине под действием маятника 4 наружная ража 2, поворачиваясь, устанавливает осъ враще1579990 ния внутренней рамки 3 перпендикулярно плоскости наклона скважины. При этом ппоскость внутренней рамки 3, на которой закреплен феррозонд5 б, с помощью маятника 5 сохраняет горизонтальное положение. Основные 7 и 8 и дополнительные 9 и 10 катушки индуктивности жестко закрепленные с корпусом 1, изменяют свое .по О ложение относительно оси чувствительности феррозонда 6 пропорционально синусу угла наклона скважины,в 1 п х "-х,20Как видно из выражения (2), выходное напряжение прямо пропорционально измеряемому углу. 0 360(1) Б = К Н в 1 п(6 -" 1 с 1) С выхода делителя 13 частоты через второй усилитель 24 мощности низкочастотный ток с частотой Гн поочередно подается в катушки 7-10 индуктивности, в которых создается переменное магнитное поле, проекция вектора которого на ось чувствительности феррозонда 6 пропорциональна синусу угла наклона скважины,Высокочастотное напряжение с генератора 14 через делитель 13 частоты, полосовой фильтр 12, первый усилитель 11 мощности питает феррозонд с частотой Г вГр. Выделение второй гармоники выходного сигнала осуществляется полосовым фильтром 15. Детектирование осуществляется первым фазовым детектором 16 тактируемой частотой 2 Гв, Пульсирующее модулированной частотой 1 напряжение сглаживается первым интегратором 17. Постоянная времени последнего выбирается такой, что происходит сглаживание высокочастотного напряжения второй гармоники., но в то же время не подавляется низкочастотное напряжение с част тотой Ея. Затем пульсирующее напряжение с выхода первого интегратора 17 подается через разделительныи кондеФ- сатор 18, второй фазовый детектор 19, тактируемый низкочастотным напряжени-. ем, на второй интегратор 20, на выхо-., де которого устанавливается постоянное напряжение где К - константа преобразования, за.висящая от конструкции датчика, параметров тракта преобразования сигнала, числавитков катушек;Н напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой; 6 - угол наклона; номер катушки индуктивности; о - угол между катушками индуктивности.Рассмотрим такое соотношение 0 и при котором выполняется условие Выберем значение х таким, чтобывыполнялось соотношение: В этом случае, выражение (1) можнопереписать как Выходной сигнал Бдалее подается через АЦП 22 на вход индикаторов 23 и на вход компаратора 21, имеющего опорные напряжения -Б рр и +Пор . Зти напряжения равны по величине напряжению, снимаемому с выхода второго интегратора 20 при отклонении вектора напряженности магнитного поля 1-й катушки индуктивности от оси чувствительности феррозонда соответственно на углы -1/2 и + 1 /2. Если выходное напряжение лежит в пределах -БУ( Ф Б р, то включается компаратор 21, выход которого разрешает работу АЦП 22,В рассматриваемом случае имеют четыре катушки индуктивности, следовательно, угол о определяется из соот- . ношения где п - , количество катушек индуктивности,Погрешность измерения, обусловленная аппроксимацией функции вп 1/2 прямой линией, равна Ь 0 =/2 - в дп ) /2 = р /8 /и в 1 п р /8 - 34 23 .1579990Задаваясь погрешностью ьО, можно,определить необходимое количествокатушек индуктивности,Блок 26 индикации сектора измерений представляют собой п светодиодови особенностей не имеет. щее алгоритм определения арктангенса от результата операции деленияодного сигнала на другой. 5 Формула изобретения Составитель А, Цветков Редактор М Бланар Техред Л. Сердюкова Корректор М. ШарошиЗаказ 1994 Тираж 487 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "11 атент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101 Индикатор 23 представляет собойблок семисегментных светодиодных 10матриц.ЬЦП, 22 может быть выполненна микросхеме К 572 ПВ 2,Предлагаемый преобразователь обладает по сравнению с известным повышенной точностью измерения за счет 15устранения "эоны нечувствительности"простотой конструкции, за счет исключения вычислительного устройства.При увеличении числа дополнительныхкатушек до четырех или шести , чтоне представляет больших трудностей,погрешность от;нелинейности аппроксимации может быть уменьшена до 10 -4 . Введенные дополнительные элемен/ты являются стандартными и незначительно усложняют схему преобразования и при этом позволяют исключитьвычислительное устройство, выполняюФеррозондовый преобразователь угла наклона скважины, содержащий корпус и установленные в нем наружную и внутреннюю рамки, феррозонд, размещенный на внутренней рамке, две жест;. ко закрепленные в корпусе взаимно перпендикулярные основные катушки индуктивности, магнитные оси которых расположены под углом 45 относительно оси чувствительности феррозонда, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения угла наклона за счет уменьшения погрешности от нелинейности преобразования, он снабжен жестко закрепленными в корпусе двумя дополнительными взаимно перпендикулярными катушками индуктивности, магнитные оси которь 1 х распо.- ложены под углом 45 относительно магнитных осей основных катушек и размещены с ними в одной плоскости.