Формирователь геомагнитного репера

СОЮЗ СОВЕТСКИХш,идвъктииРЕСПУБЛИК 69 (Ю 4(51) Е 21 В 47/О агглзкЮЗЙП ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСНОМУ СНИДИТВЪИВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) В.И. Ребров, Е.А. Салов, В.И. Стрелков и А.А. Красильников (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики(56) 1, Авторское свидетельство СССР И 868056, кл. Е 21 В 47/02, 1981.2. Авторское свидетельство СССР В 863846, кл, Е 21 В 47/02, 1981.3. Авторское свидетельство СССР У 679796, кл. Е 21 В 47/022, 1978.4. Авторское свидетельство СССР В 981598, кл. Е 2 В 47/02, 1982. (54)(57) 1. ФОРМИРОВАТЕЛЬ ГЕОМАГНИТНОГО РЕПЕРА, содержащий Феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой возбуждения датчика, датчик положения, электромеханический преобразователь угол - Фаза, вал которого соединен с валом электродвигателя, входные обмотки - с сигнальными обмотками Феррозондового датчика, а выходные обмотки -с входом частотно-избирательного усилителя, о т л и ч а ю щ и й с я ,тем, что, с целью увеличения точнос.ти измерения и упрощения конструкции, он снабжен импульсным Формирователем репера, включающимнуль-орган со стробированием, пиковьй детектор, триггер и импульсный усилитель, причем выход частотно-избирательного усилителя соединен синформационным входом нуль-органа, выход генератора по удвоенной часзрте соединен с входом стробирования нуль-органа, выход нуль-органа соединен с нервьв входом триггера и через пиковый детектор-с вторым входом триггера, авыход триггера соединен с входом импульсного усилителя.2. Формирователь по п. 1 о т л ич а ю щ и й с я тем, что электромеханический преобразователь угол- фаза выполнен в-виде бесконтактного синусно-косинусного преобразователя, на валу которого установлен датчик положения, а выход датчика положения электрически соединен с Уго 1 щм входом импульсного усилителя,1137Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано,в акустическихтелевизорах, инклинометрах, пластовых наклономерах.5Известны инклинометры и наклономеры, содержащие феррозондовые датчики магнитного меридиана, например инклинометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде вращающегося одноэлементного феррозонда. Феррозонд в этом инклинометре горизонтируется с помощью карданова подвеса, а вращение на него передается с помощью дополнительного карданова соединения 1) .Однако данный инклинометр имеет высокую степень сложности исполнения механических узлов для передачи вращения на феррозонд и требует высокого класса точности изготовления. Кроме того, нестабильность фазы измерительного аналогового сигнала, возникающая в каротажном кабеле, и нестабильность этого, сигнала, возникающая в результате неравномерности передачи угловой скорости через кардановосоединение на чувствительный элемент, существенно снижают точность измерений.Известен феррозондовый преобразо 30 ватель азимута, в котором в качестве канала связи используются две жилы каротажного кабеля. В скважинном приборе этого преобразователя размещены четыре попарно ортогональных , З 5 ферро 1 онда, причем феррозонды каждой пары запитываются от двух генераторов с близкими частотами. Сигнальные обмотки феррозондов каждой пары подключены к входам двух параллельных ка налов, содержащих последовательно соединенные усилитель-сумматор, избирательный усилитель, амплитудный детектор и усилитель мощности, к выходу которого через отдельную жилу каротажного кабеля подключен индикатор, измеряющий одну составляющую магнитную поля Земли в функции синуса и в функции косинуса азимута ориентации скважинного,прибора, Повыше ние чувствительности в данном преобразователе получено за счет увеличения частоты напряжения возбуждения феррозондов и размещения генераторов их питания в скважинном приборе 21, 55Этот преобразователь имеет сложную конструкцию скважинного прибора, в состав которого включены четыре 191 2феррозонда, два генератора и два отдельных канала преобразования аналоговых сигналов с избирательными усилителями, При изменении температуры в скважине параметры электронных устройств и сопротивление жил кабеля изменяются по разным законам, особенно это относится к избирательным усилителям. Поэтому возникают не. допустимо большие погрешности измерения амплитудных составляющих азимутаКроме того, в связи с отсутствием передачи на поверхность какого- либо опорного сигнала, аппаратура наземной части (индикатор) представляется достаточно сложной, включающей в себя обратные преобразователи агсзп с и агссоз ъ, что также ведет к появлению новых дополнительных погрешностей.Известен преобразователь азимута, содержащий два ортогональных феррозонда и питающий их генератор, фа- . зовращатель, сумматор, преобразователь фаза - временной интервал и два канала преобразования, содержащих последовательно соединенные по информационному сигналу выходную обмотку феррозонда, электронный аналоговый ключ, пиковый детектор и модулятор. Информационные сигналы, амплитуда которых пропорциональна синусу и косинусу азимута, представляющие собой разнополярные импульсы, на выходных обмотках феррозондов при перемагничивании сердечника стробируются в каждом канале с помощью электронных аналоговых ключей, фиксируются на период с помощью пиковых детекторов и преобразуются модуляторами в синусо- и косинусоидальные напряжения, а выходной сигнал сумматора, фаза которого пропорциональна азимуту, преобразуется во временной интервал, пропорциональный азимуту 3,Указанный преобразователь характеризуется сложностью реализации в скважинном приборе, так как включает в себя большое количество таких достаточно сложных. узлов, как модуляторы, фаэовращатели, преобразователи фаза - временной интервал и др,.Вследствие наличия двух каналов преобразования аналогового сигнала возникают недопустимобольшие погреш. ности от изменения температуры скважинного прибора. Причиной этого яв30 31.1371ляется различный характер измененияпередаточных характеристик аналоговых ключей, пиковых детекторов, фазовращателей,Питание феррозондов осуществляется переменным напряжением ненорми 5рованной формы, поэтому в амплитудепиковых сигналов содержатся нечетные гармоники частоты возбуждения,вносящие дополнительную погрешностьв результат измерения,Известен также Формировательгеомагнитного репера, содержащийферрозондовый датчик и генератор,выход которого соединен с обмоткой,15возбуждения датчика, датчик положения, электромеханический преобразователь . гол - фаза, вал которого соединен с валом электродвигателя, входные обмотки - с сигнальными обмотками феррозондового датчика, а выходные обмотки - с входом частотно-избирательного усилителя 4 .Однако фильтрация огибающей фильтром НИ и передаче аналоговых измерительного и опорного сигналов по ка 25ротажному кабелю приводит к появлению дополнительных динамической истатической погрешностей, а такжедополнительных погрешностей, возникающих от изменения температурыскважинного прибора, что снижаетточность измерения. В частности,при передаче измерительного сигналаиз скважинного прибора линия связи(каротажный кабель) вносит дополнительный Фазовый сдвиг, величина которого зависит от параметров жил каротажного кабеля и изменения их подвоздействием температуры.Целью изобретения является увеличение точности измерения и упрощениеконструкции.Указанная цель достигается тем,что Формирователь геомагнитного репера, содержащий феррозондовый датчик и генератор, выход которого соединен с обмоткой возбуждения датчика, датчик положения, электромеханический преобразователь угол - Фаза,вал которого соединен с валом электродвигателя, входные обмотки - с сигнальными обмотками феррозондовогодатчика, а выходные обмотки - с входом частотно-избирательного усилителя, снабжен импульсным формирователем фепера, включающим нуль-орган состробированием, пиковый. детектор,триггер и импульсный усилитель, при 91 4чем выход частотно-избирательногоусилителя соединен с информационнымвходом нуль-органа, выход генераторапо удвоенной частоте соединен с входом стробирования нуль-органа, выход нуль-органа соединен с первымвходом триггера и через пиковыйдетектор - с вторым входом триггера,а выход триггера соединен с входомю пульсного усилителя.Кроме того, электромеханическийпреобразователь угол- фаза выполненв виде бесконтактного синусно-косинусного преобразователя, на валу которого установлен датчик положения,а выход датчика положения электри.чески соединен с вторым входом импульсного усилителя.Датчик положения (например, нулевого положения вала относителЬно какой-либо точки на корпусе скважинно-.го прибора) вырабатывает импульс заранее определенной длительности иполярности,На чертеже представлена блок-схема предлагаемого формирователя. геомагнитного репера.формирователь геомагнитного реперасостоит из феррозондового датчика 1,который закреплен на корпусе скважинного прибора с помощью карданова подвеса и горизонтируется маятником(карданов подвес и маятник на чертеже не показаны), бесконтактного синусно-косинусного трансформатора 2,частотно-избирательного усилителя 3,импульсного Формирователя 4 репера,импульсного генератора 5 частот Ии 2 ц, датчика 6 положения, электродвигателя 7 и линии связи 8 (каротаж.ный кабель). Датчик 6 положения расположен на вале бесконтактного синусно-косинусного трансформатора 2, авалы электродвигателя 7 и БСКТ 2 механически соединены.Сигнальные обмотки 9 феррозондового датчйка 1 соединены с входнымиобмотка БСКТ 2, а обмотки 10 возбуждения - с выходом генератора 5по частоте сд. Выходная обмотка бесконтактного синусно-косинусного трансформатора 2 через, частотно-избирательный усилитель 3 соединена с информационным входом импульсного формирователя 4 репера, в составе которого содержится нуль-орган 11 со стробированием, выход которого напрямуюи через пиковый детектор 12 соединенс входами триггера 13, а выход триг 3 1137гера 13 - с входом импульсного усилителя 14. Кроме того, вход строби-рования нуль-органа 11 соединен почастоте 2 Я с выходом генератора 5,а выход датчика 6 положения - с вторьцч входом импульсного усилителя 14,выход усилителя 14 нагружен на линиюсвязи 8,Формирователь геомагнитного репера работает следующим образом. ОГенератор 5 возбуждает в обмотках 10 датчика 1 электрическое поле,перемагничивающее сердечники феррозондов с частотой 2. При этом в сигнальных обмотках 9 возбуждается ЭДСвторой гармоники 2 9, величина и фаза которой зависят от углового положения оси чувствительности феррозондового датчика 1 относительно магнитного меридиана. Информационный сиг- щнал 2 ц через бесконтактный синуснокосинусный трансформатор 2 и частотно-избирательный усилитель 3 поступает на информационный вход нуль-орга-на 11. Бесконтактный синусно-косинусный трансформатор 2 работает в режиме непрерывного вращения при помощиэлектродвигателя 7, при этом на выходной обмотке БСКТ возникают биениясигнала частоты 2 Ы с частотой 1 огибающей, равной частоте вращения вала бесконтактного синусно-косинусного трансформатора. фаза огибающейЯ зависит от углового положения феррозондового датчика 1 относительномагнитного меридиана, а фаза заполняющей частоты 2 Я изменяется скачком на 180 при переходе, оси чувстОвительности системы феррозондовыйдатчик - бесконтактный синусно-косинусный трансформатор через северноеи южное направления магнитного меридиана, причем эти же магниты соответствуют переходу огибающей через нуль,На вход стробирования нуль-органа 11с генератора 5 поступает сигналстробирования частотой 2 Я с постоянной фазой, в результате на выходе нуль-органа при переходе огибающей через нуль формируется серияпрямоугольных импульсов частотой 2 ц.Так как фаза заполняющей частоты2(11 с выхода бесконтактного синуснокосинусного трансформатора 2 изменяется на 180 через каждые 1/2 обоОрота вала, то и длительность этойсерии соответствует по времени 1/2оборота вала бесконтактного синуснокосинусного трансформатора 2. В ре 191зультате этого исключается неоднозначность определения северного направления магнитного меридиана, В момент перехода огибающей через нуль первый из серии импульсов с выхода нуль-органа 11 заряжает (разряжает) пиковый детектор 12 и перебрасывает триггер 13, примененный с целью увеличения помехоустойчивости, Выход триггера 13 соединен с входом импульсного усилителя 14, на выходе которого, согласованном по волновому сопротивлению с линией связи 8 (каротажный кабель), и образуется импульс геомагнитного репера определенной длительности и полярности, Кроме того, на второй вход импульсного усилителя 14 поступает импульс от датчика 6 положения. Датчик 6 может быть любого типа, в том числе контактный, индукционный и т.д. Временной интервал между импульсом положения и импульсом магнитного репера при необходимости может быть использован в качестве величины, эквивалентной азимуту ориентации скважинного прибора.В зависимости от конкретных требований к выходным сигналам и парамет. рам устройства питание электродвигателя 7 может быть организовано асинхронным или синхронным с частотой я напряжением или постоянным током.Статистическая погрешность устройства (исключая погрешности феррозонда и бесконтактного синусно-косинус- ного трансформатора в случае синхронного питания электродвигателя) определяется только уровнем квантования измеряемой величины, равным отношению удвоенной частоты 2 ы питания феррозонда к частоте Я вращения бесконтактного синусно-косинусного трансформатора, а динамические погрешности пренебрежимо малы, так как определяются стабильностью порога срабатывания нуль-органа, его быстродействием и длительностью фронтов импульсов, а вышеназванные характеристики нуль-органов современной элементной базы очень высоки. Кроме того, статическая погрешность в этом случае имеет характер систематический и может быть легко скомпенсирована и уменьшена до уровня случайной составляющей поворотом оси чувствительности системы бесконтактного синусно-косинусного тран1137191 Составитель И. Карбачинская Бандура Техред Т,Фвнта КорреРеда Н. Корол Заказ 10484/22ВНИИ Тираж 5 ПИ .Государственн по делам изобретен 13035, Москва, Ж, одписно го комитета СССий и открытий аушская наб., д 5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна сформатора относительно корпуса скважинного прибора,Исключение фазового детектора с фильтрацией измерительного сигнала н передачи аналоговых величин по каротажному кабелю и применение в устройстве импульсного формирователя репера увеличивает точность отметки репера, надежность, помехоустойчивость и упрощает конструкцию. I Описываемый формирователь геомагнитного репера применен в аппаратуре скважинного акустического телевизорадля привязки начала развертки изображения стенки скважины к северномунаправлению магнитного меридиана.Это позволило упростить решение рядагеологической и технологических задач в бурящихся скважинах. Например,определение элементов залеганияпластов производится без сложных 10 громоздких вычислений, характерныхдля обработки результатов измеренийаппаратурой пластового наклономераНИД.