RU2053358C1 - Well bore position measuring apparatus of measuring complex - Google Patents
Well bore position measuring apparatus of measuring complex Download PDFInfo
- Publication number
- RU2053358C1 RU2053358C1 SU5049840A RU2053358C1 RU 2053358 C1 RU2053358 C1 RU 2053358C1 SU 5049840 A SU5049840 A SU 5049840A RU 2053358 C1 RU2053358 C1 RU 2053358C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- probe
- output
- microprocessor system
- microprocessor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к исследованию буровых скважин и может быть использовано в измерительных комплексах, осуществляющих определение пространственного положения стволов наклонных скважин. The invention relates to the study of boreholes and can be used in measuring systems that determine the spatial position of the shafts of deviated wells.
Известны измерительные комплексы, которые для определения пространственного положения (т.е. текущих координат траектории) ствола буровой скважины используют скважинный зонд с инерциальными чувствительными элементами (ЧЭ) в виде гироскопических и акселерометрических датчиков, позволяющих производить измерения в условиях искажения магнитного поля Земли. Скважинный зонд в процессе спуска или подъема на каротажном кабеле через определенные участки прохождения скважины останавливается и передает наверх показания ЧЭ, по которым определяют пространственную ориентацию (азимут и зенитный угол) ствола скважины в месте измерения. Для нахождения текущих координат ствола скважины относительно ее устья измеряют приращение длины кабеля между остановами зонда и проектируют указанное приращение на направление, определенное зондом. Measuring complexes are known which use a downhole probe with inertial sensing elements (SE) in the form of gyroscopic and accelerometric sensors to determine the spatial position (i.e., the current coordinates of the trajectory) of the borehole of the borehole, allowing measurements to be made under conditions of distortion of the Earth's magnetic field. A downhole probe during descent or ascent on a well-logging cable through certain sections of a well’s passage stops and transmits the CE readings, which determine the spatial orientation (azimuth and zenith angle) of the wellbore at the measurement site. To find the current coordinates of the wellbore relative to its mouth, measure the increment of the cable length between the stops of the probe and design the specified increment in the direction determined by the probe.
Основными требованиями, предъявляемыми к скважинному зонду, помимо обеспечения заданной точности измерений являются сохранение работоспособности в условиях жестких окружающих воздействий, а именно температуры, давления и ударов, а также обеспечение как можно меньшего наружного диаметра зонда. В известных конструкциях скважинного зонда первое требование выполняется путем использования герметичного наружного корпуса в виде стальной толстостенной трубы, выдерживающей высокое наружное давление 700-1600 атм, внутри которой размещен внутренний контейнер с инерциальными ЧЭ и электронными схемами. Для защиты внутреннего контейнера от высоких окружающих температур (200-232оС) между ним и наружным корпусом предусмотрена полость, которая либо заполнена теплоизоляционным материалом, например, силиконовой пенорезиной, либо выполнена полой и откачана для создания вакуумного теплоизолирующего слоя. Кроме того, чтобы температура внутреннего контейнера не нарастала слишком быстро из-за собственного тепловыделения находящихся в нем элементов, внутренний контейнер выполнен с большой тепловой массой (теплоемкостью), созданной за счет металлических масс или сыпучего наполнителя, например, керамического песка. Температура внутреннего контейнера контролируется термодатчиком. Для защиты спускаемого зонда от ударов на его нижнем конце размещен пружинный ударогаситель. На верхнем конце зонда установлен герметичный разъем для подсоединения многожильного кабеля.The main requirements for a borehole probe, in addition to ensuring a given measurement accuracy, are to maintain working capacity under harsh environmental influences, namely temperature, pressure and shock, as well as to ensure the smallest outer diameter of the probe. In well-known designs of a downhole probe, the first requirement is met by using a sealed outer casing in the form of a thick-walled steel pipe withstanding high external pressure of 700-1600 atm, inside of which an inner container with inertial CEs and electronic circuits is placed. For protection of the inner container of high ambient temperatures (200-232 C) between it and the outer casing a cavity which is filled with a thermally insulating material, e.g., silicone foam, or is hollow and evacuated to create a vacuum heat insulating layer. In addition, so that the temperature of the inner container does not increase too quickly due to the heat generated by the elements inside it, the inner container is made with a large heat mass (heat capacity) created due to metal masses or granular filler, for example, ceramic sand. The temperature of the inner container is controlled by a temperature sensor. To protect the descent probe from impacts, a spring shock absorber is placed at its lower end. A sealed connector for connecting a multi-core cable is installed at the upper end of the probe.
Второе требование наиболее эффективно выполняется в известном скважинном зонде, инерциальные ЧЭ которого жестко связаны с корпусом без каких-либо промежуточных механических устройств [1] Двухкомпонентный гироскопический датчик угловой скорости (ДУС) и двухкомпонентный акселерометрический датчик наклона (ДН) расположены таким образом, что их оси чувствительности параллельны друг другу и перпендикулярны продольной оси зонда. При этом азимутальный и зенитный углы, определяющие пространственную ориентацию ствола скважины в месте измерения, получаются из показаний указанных ЧЭ, измеряющих по две компоненты вектора скорости вращения Земли и вектора местного ускорения силы тяжести. Однако известное устройство не позволяет проводить автономную компенсацию собственной скорости дрейфа ДУС каким-либо известным методом, например, измерением информационных сигналов при двух и более азимутальных ориентациях или при двух и более значениях модуля кинетического момента (Назаров Б.И. Черников С.А. Хлебников Г.А. и др. Командно-измерительные приборы. М. Министерство обороны СССР, 1987, с.550), что приводит к большой погрешности измерения азимута. The second requirement is most effectively fulfilled in a well-known probe whose inertial SEs are rigidly connected to the body without any intermediate mechanical devices [1] The two-component gyroscopic angular velocity sensor (DLS) and the two-component accelerometer tilt sensor (DN) are located so that their axes sensitivity parallel to each other and perpendicular to the longitudinal axis of the probe. In this case, the azimuthal and zenith angles that determine the spatial orientation of the wellbore at the measurement site are obtained from the readings of these SEs, measuring two components of the Earth’s rotation velocity vector and the local gravity acceleration vector. However, the known device does not allow autonomous compensation of the intrinsic drift velocity of the TLS by any known method, for example, by measuring information signals at two or more azimuthal orientations or at two or more values of the angular momentum modulus (Nazarov B.I. Chernikov S.A. Khlebnikov G.A. et al. Command and Measuring Instruments, M. Ministry of Defense of the USSR, 1987, p. 550), which leads to a large error in azimuth measurement.
Известно устройство скважинного зонда, в котором предусмотрена возможность автономной компенсации собственной скорости дрейфа гироскопов за счет их расположения на платформе, способной поворачиваться относительно корпуса зонда [2] Указанная компенсация осуществляется посредством измерений горизонтальной составляющей скорости вращения Земли при двух азимутальных ориентациях оси собственного вращения гироскопа близко к направлению на Юг и близко к направлению на Север (так называемое двухступенчатое гирокомпасирование). Помимо платформы с инерциальным ЧЭ известный зонд содержит электронные схемы, обеспечивающие функционирование, первичную обработку результатов измерений и их передачу на поверхность по кабелю. В состав указанной электроники входят источник питания зонда с блоком питания гиромоторов, аналоговые электронные схемы ЧЭ, устройство преобразования и ввода данных, задающий генератор, таймер с источниками частоты и микропроцессорная система с формирователем дискретных сигналов и универсальным асинхронным приемопередатчиком. Зонд также имеет датчик окружающей температуры, показания которого используются на поверхности для коррекции измерений длины кабеля. A device for a downhole probe is known in which it is possible to independently compensate for the gyroscopes drift proper speed due to their location on a platform that can rotate relative to the probe body [2] This compensation is carried out by measuring the horizontal component of the Earth’s rotation speed at two azimuthal orientations of the gyroscope’s own axis of rotation close to direction to the South and close to the direction to the North (the so-called two-stage gyrocompassing). In addition to the platform with inertial SE, the known probe contains electronic circuits that ensure the operation, primary processing of the measurement results and their transmission to the surface by cable. The specified electronics includes a probe power supply with a gyromotor power supply, analogue electronic circuits of the CE, a data conversion and input device, a master oscillator, a timer with frequency sources and a microprocessor system with a digital signal generator and a universal asynchronous transceiver. The probe also has an ambient temperature sensor, the readings of which are used on the surface to correct cable length measurements.
Известные конструкции скважинного зонда имеют следующие недостатки. Known downhole probe designs have the following disadvantages.
Размещение инерциальных ЧЭ на платформе, имеющей свободу вращения вокруг продольной оси зонда, хотя и позволяет осуществлять автономную компенсацию собственной скорости дрейфа, приводит к заметному усложнению конструкции и увеличению габаритов по сравнению с "жесткой" привязкой ЧЭ к корпусу, поскольку предполагает размещение дополнительных механических узлов, двигателя, датчика поворота, устройства управления и т.п. Однако простое "жесткое" расположение ЧЭ без принятия каких-либо специальных мер по компенсации собственной скорости дрейфа ДУС не позволяет получить точного измерения пространственной ориентации ствола скважины. The placement of inertial CEs on a platform with freedom of rotation around the longitudinal axis of the probe, although it allows autonomous compensation of the drift’s own speed, leads to a noticeable complication of the design and increase in dimensions compared to the “rigid” binding of the CE to the body, since it involves the placement of additional mechanical units, engine, rotation sensor, control device, etc. However, the simple "rigid" location of the SE without taking any special measures to compensate for the inherent velocity of the TLS drift does not allow an accurate measurement of the spatial orientation of the wellbore.
Введение микропроцессорной системы, которая имеет сравнительно большое энергопотребление и, следовательно, собственное тепловыделение, приводит к более быстрому "насыщению" тепловой емкости внутреннего контейнера, т.е. к более быстрому достижению внутренним контейнером предельно допустимой для нормальной работы температуры. В результате снижается допустимое время нахождения зонда в скважине. The introduction of a microprocessor system, which has a relatively large power consumption and, therefore, its own heat release, leads to a more rapid "saturation" of the thermal capacity of the inner container, i.e. to a faster achievement by the inner container of the maximum permissible temperature for normal operation. As a result, the permissible time spent by the probe in the well is reduced.
Из-за большой теплоемкости внутреннего контейнера и хорошей теплоизоляции между ним и наружным корпусом время остывания внутреннего контейнера очень велико. В результате по окончании промера скважины, в ходе которого происходит повышение температуры внутреннего контейнера, необходима длительная выдержка зонда перед следующим спуском в скважину с тем, чтобы он успел остыть до исходной температуры. Due to the large heat capacity of the inner container and good thermal insulation between it and the outer case, the cooling time of the inner container is very long. As a result, at the end of the measurement of the well, during which the temperature of the inner container rises, a long exposure of the probe is necessary before the next descent into the well so that it can cool to the original temperature.
Из-за значительного растяжения кабеля под собственным весом трудно уловить начало или конец соприкосновения зонда с забоем скважины при измерении длины кабеля на поверхности, что приводит к ошибке определения координат забоя скважины. Due to the significant stretching of the cable under its own weight, it is difficult to catch the beginning or end of the contact of the probe with the bottom hole when measuring the cable length on the surface, which leads to an error in determining the coordinates of the bottom hole.
Задачей изобретения является создание устройства, свободного от указанных выше недостатков. The objective of the invention is to provide a device free from the above disadvantages.
Для этого в известной конструкции скважинного зонда, содержащей наружный герметичный корпус в виде толстостенной трубы, внутренний теплоемкий контейнер, теплоизоляционный слой между ними, например, в виде вакуума, ударогаситель на нижнем конце зонда, например, в виде подпружиненного наконечника, герметичный разъем для подсоединения многожильного кабеля на верхнем конце зонда, датчики окружающей и внутренней температуры, расположенные неподвижно во внутреннем контейнере инерциальные ЧЭ, образующие двухкомпонентный гироскопический датчик угловой скорости и акселерометрический датчик наклона, источник питания зонда с блоком питания гиромоторов, таймер с делителями частоты, задающий генератор и микропроцессорную систему, включающую устройство преобразования и ввода данных, универсальный приемопередатчик, формирователь дискретных сигналов, микропроцессор, оперативное запоминающее устройство и постоянное запоминающее устройство, объединенные друг с другом посредством шин адресов, команд и данных, причем к информационным входам устройства преобразования и ввода данных подключены выходы гироскопического датчика угловой скорости, акселерометрического датчика наклона и датчиков температуры, выход задающего генератора подключен к тактовому входу микропроцессора и входу таймера с делителями частоты, два выхода которого подключены к тактовым входам источника питания зонда и устройства преобразования и ввода данных, согласно изобретению зонд снабжен размещенными во внутреннем контейнере управляемым делителем частоты, электронным выключателем питания микропроцессорной системы, установленным между наружным герметичным корпусом и внутренним контейнером теплопередающим контактом с приводом его перемещения и датчиком забоя, выполненным в виде размещенного на подпружиненном наконечнике ротора и неподвижно установленного в наружном герметичном корпусе статора, при этом управляемый делитель частоты объединен с микропроцессорной системой посредством шины адресов, команд и данных, его тактовый вход соединен с выходом задающего генератора, а выход подключен к тактовому входу блока питания гиромоторов, первый управляющий вход электронного выключателя микропроцессорной системы подключен к третьему выходу таймера, а второй управляющий вход к одному из выходов формирователя дискретных сигналов. To this end, in the well-known design of the borehole probe containing an outer sealed housing in the form of a thick-walled pipe, an internal heat-resistant container, a heat-insulating layer between them, for example, in the form of a vacuum, a shock absorber at the lower end of the probe, for example, in the form of a spring-loaded tip, a sealed connector for connecting a multicore cable at the upper end of the probe, sensors of ambient and internal temperature, located in motion in the inner container inertial CE, forming a two-component gyroscopic an angular velocity sensor and an accelerometer tilt sensor, a probe power supply with a gyromotor power supply, a timer with frequency dividers, a master oscillator and a microprocessor system including a data conversion and input device, a universal transceiver, discrete signal generator, microprocessor, random access memory and read-only memory combined with each other via address buses, commands and data, moreover, to the information inputs of the conversion and input devices the outputs of the gyroscopic angular velocity sensor, accelerometer tilt sensor and temperature sensors are connected, the output of the master oscillator is connected to the clock input of the microprocessor and the timer input with frequency dividers, two outputs of which are connected to the clock inputs of the probe power source and the data conversion and input device, according to the invention, a probe equipped with a controllable frequency divider located in the inner container, an electronic power switch of the microprocessor system installed I am waiting for the outer sealed enclosure and the inner container with a heat transfer contact with the drive for its movement and the face sensor made in the form of a rotor located on the spring-loaded tip of the stator and fixedly installed in the outer sealed stator housing, while the controlled frequency divider is integrated with the microprocessor system via the address bus, commands and data , its clock input is connected to the output of the master oscillator, and the output is connected to the clock input of the power supply of the gyromotors, the first control input throne switch microprocessor system is connected to the third output of the timer, and the second control input to an output driver of discrete signals.
В конкретной форме выполнения предлагаемого зонда электронный выключатель питания микропроцессорной системы выполнен в виде ключа, триггера, элемента ИЛИ и устройства задержки, при этом управляющий вход ключа подключен к выходу триггера, первый вход триггера является первым управляющим входом электронного выключателя питания, а второй вход триггера подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход элемента ИЛИ является вторым управляющим входом электронного выключателя питания, а второй вход элемента ИЛИ подключен к выходу устройства задержки, вход которого соединен с первым входом триггера. Зонд снабжен размещенным во внутреннем контейнере электронным ключом питания привода теплопередающего контакта, управляющий вход которого подсоединен к одному из выходов формирователя дискретных сигналов, а привод теплопередающего контакта выполнен в виде установленного в наружном герметичном корпусе электромагнита, на подпружиненном якоре которого расположен теплопередающий контакт. Статор датчика забоя выполнен в виде геркона, выход которого подключен к одному из входов устройства преобразования и ввода данных, а ротор датчика забоя выполнен в виде постоянного магнита, установленного относительно геркона с зазором на подпружиненном наконечнике. In a specific embodiment of the proposed probe, the electronic power switch of the microprocessor system is made in the form of a key, a trigger, an OR element, and a delay device, while the key control input is connected to the trigger output, the first trigger input is the first control input of the electronic power switch, and the second trigger input is connected to the output of the OR element, the first input of the OR element is the second control input of the electronic power switch, and the second input of the OR element is connected to the output of the device Arms, the input of which is connected to the first input of the trigger. The probe is equipped with an electronic power supply key for the heat transfer contact drive located in the inner container, the control input of which is connected to one of the outputs of the discrete signal generator, and the heat transfer contact drive is made in the form of an electromagnet installed in the external sealed housing, on the spring-loaded armature of which is the heat transfer contact. The stator of the face sensor is made in the form of a reed switch, the output of which is connected to one of the inputs of the conversion and data input device, and the rotor of the face sensor is made in the form of a permanent magnet mounted relative to the reed switch with a gap on the spring loaded tip.
Жесткое расположение инерциальных ЧЭ на корпусе внутреннего контейнера, который может быть условно разделен на модуль ЧЭ и модуль электроники, позволяет избежать дополнительных устройств, необходимых при расположении ЧЭ на поворотной платформе и, тем самым, упростить конструкцию зонда, сводя его наружный диаметр к минимуму. При этом размещение в модуле электроники управляемого от микропроцессора делителя частоты, подключенного к тактовому входу блока питания гиромоторов, позволяет по заданной программе изменять частоту питания гиромоторов и, тем самым, величину кинетического момента в процессе измерения входной угловой скорости. Измерение входной угловой скорости, например, при двух заданных величинах кинетического момента позволяет получить результат, свободный от погрешности, источником которой является собственная скорость дрейфа гироскопа. Это объясняется тем, что в выходные сигналы ДУС при разных (известных) кинетических моментах входная угловая скорость и собственная скорость дрейфа входят с разными (известными) весами и поэтому легко отделяются друг от друга. Таким образом, одним из достигаемых технических результатов является упрощение конструкции зонда и сведение к минимуму его наружного диаметра с обеспечением точного измерения пространственной ориентации. The rigid arrangement of inertial CEs on the housing of the inner container, which can be conditionally divided into the CE module and the electronics module, allows to avoid additional devices necessary when placing the CE on the rotary platform and, thereby, simplify the probe design, minimizing its outer diameter. At the same time, the placement in the electronics module of a frequency divider controlled by a microprocessor connected to the clock input of the gyromotor power supply unit makes it possible to change the frequency of the gyromotor supply and, thus, the kinetic moment in the process of measuring the input angular velocity according to a given program. Measurement of the input angular velocity, for example, at two given values of the kinetic moment, allows us to obtain a result free of error, the source of which is the intrinsic gyro drift velocity. This is because in the output signals of the TLS at different (known) kinetic moments, the input angular velocity and the intrinsic drift velocity enter with different (known) weights and therefore are easily separated from each other. Thus, one of the technical results achieved is to simplify the design of the probe and minimize its outer diameter to ensure accurate measurement of spatial orientation.
Электронный выключатель питания схем микропроцессорной системы, введенный в состав модуля электроники, позволяет микропроцессору в каждом рабочем цикле, задаваемом таймером, обесточивать себя и часть схем после выполнения всех предписанных операций на оставшуюся часть цикла. В результате снижается средняя потребляемая мощность модуля электроники и, тем самым, собственное тепловыделение внутреннего контейнера зонда. Кроме того, дублированное выключение питания микропроцессора, осуществляемое таймером в конце цикла через устройство задержки в случае сбоя и прекращения нормальной работы микропроцессора, повышает его помехоустойчивость, поскольку в каждом новом цикле микропроцессор нормально включается и инициируется. Следует отметить, что жесткое размещение ЧЭ на корпусе внутреннего контейнера и, тем самым, отказ от дополнительных энергопотребляющих устройств (таких, как поворотный двигатель платформы и устройство его возбуждения) также способствует решению задачи снижения собственного тепловыделения внутреннего контейнера. Таким образом, другим достигаемым техническим результатом является уменьшение собственного перегрева внутреннего контейнера и, тем самым, увеличение допустимого времени пребывания зонда в горячей скважине. The electronic power switch of the microprocessor system circuits, which is part of the electronics module, allows the microprocessor to de-energize itself and part of the circuits in each operating cycle specified by the timer after performing all the prescribed operations for the remainder of the cycle. As a result, the average power consumption of the electronics module is reduced and, therefore, the internal heat emission of the probe’s inner container. In addition, the duplicate power off of the microprocessor, carried out by the timer at the end of the cycle through the delay device in the event of a malfunction and the normal operation of the microprocessor, increases its noise immunity, since the microprocessor is normally turned on and initiated in each new cycle. It should be noted that the rigid placement of the SE on the inner container body and, therefore, the rejection of additional energy-consuming devices (such as the platform rotary engine and its excitation device) also contributes to solving the problem of reducing the internal container heat emission. Thus, another achievable technical result is to reduce the internal overheating of the inner container and, thereby, increase the permissible probe residence time in a hot well.
Размещение подвижного теплопередающего контакта между наружным корпусом и внутренним контейнером зонда позволяет осуществлять эффективный сброс тепла с внутреннего контейнера через наружный корпус в окружающую среду после подъема зонда из горячей скважины. В то же время путем отвода контакта от внутреннего контейнера, например, с помощью электромагнита по команде микропроцессора, восстанавливается надлежащая теплоизоляция внутреннего контейнера в процессе спуска в горячую скважину. Таким образом, еще одним достигаемым техническим результатом является сокращение времени вынужденного простоя зонда между спусками в скважину. Placing a movable heat transfer contact between the outer casing and the inner container of the probe allows for efficient heat removal from the inner container through the outer casing to the environment after the probe is raised from a hot well. At the same time, by removing contact from the inner container, for example, using an electromagnet on the command of the microprocessor, the proper thermal insulation of the inner container is restored during the descent into the hot well. Thus, another achievable technical result is to reduce the time of forced downtime of the probe between the runs in the well.
Введение датчика забоя в состав скважинного зонда позволяет точно фиксировать момент начала или конца соприкосновения зонда с забоем и, тем самым, точно определять на поверхности длину кабеля до забоя скважины. Таким образом, еще одним достигаемым техническим результатом является повышение точности определения координат забоя скважины. The introduction of the bottomhole sensor into the borehole probe allows you to accurately record the start or end point of contact of the probe with the bottom and, thus, accurately determine the cable length on the surface to the bottom of the borehole. Thus, another achievable technical result is to increase the accuracy of determining the coordinates of the bottom hole.
На фиг. 1 показан зонд, продольный разрез; на фиг.2 блок-схема модуля электроники. In FIG. 1 shows a probe, a longitudinal section; figure 2 is a block diagram of an electronics module.
Скважинный зонд содержит наружный герметичный корпус 1 в виде толстостенной трубы из нержавеющей стали и внутренний контейнер 2, между которыми находится теплоизоляционный слой 3, например, в виде вакуумного кожуха. Снизу зонда размещен ударогаситель в виде подпружиненного наконечника 4, а сверху зонда на верхней корпусной крышке 5 установлен герметичный разъем 6 для присоединения многожильного каротажного кабеля. Во внутреннем контейнере и внутри наружного корпуса расположены датчики соответственно внутренней и наружной температуры (не показаны). Между внутренним контейнером и наружным корпусом размещен подвижный теплопередающий контакт 7, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, например, из меди. Контакт 7 имеет возможность отходить от внутреннего контейнера, перемещаясь вдоль наружного корпуса 1, который при этом выполняет роль направляющей движения (на фиг.1 контакт 7 показан в отведенном состоянии). Для управления положением контакта 7 он установлен на подпружиненном якоре 8 электромагнита 9, закрепленного в наружном корпусе 1. На нижнем конце зонда расположен датчик забоя, срабатывающий под действием собственного веса зонда при упоре его наконечника в препятствие. Датчик забоя выполнен на базе геркона 10, закрепленного внутри зонда на нижней корпусной крышке 11, изготовленной из немагнитного материала, например, из немагнитной стали. Ротором датчика забоя является постоянный магнит 12, расположенный на подпружиненном наконечнике 4. The downhole probe comprises an outer sealed housing 1 in the form of a thick-walled stainless steel pipe and an
Внутренний контейнер 2 содержит модуль ЧЭ 13 и модуль электроники 14. В состав модуля ЧЭ входят двухкомпонентный гироскопический ДУС, реализованный двумя однокомпонентными поплавковыми гироблоками 15, оси чувствительности (ОЧ) которых перпендикулярны друг другу и продольной оси зонда, и двухкомпонентный ДН, реализованный двумя однокомпонентными акселерометрами 16, оси чувствительности которых параллельны соответствующим осям гироблоков. Все ЧЭ неподвижно установлены на корпусе 17 модуля ЧЭ. Электронные схемы модуля электроники выполнены на печатных платах 18, расположенных по всей длине модуля электроники. Свободное пространство между платами 18 и корпусом 19 модуля электроники заполнено теплоемким материалом, например, медными сегментами 20. The
В состав модуля электроники 14 входят источник питания зонда 21 с блоком питания гиромоторов 22, задающий кварцевый генератор 23 и таймер с делителями частоты 24, устройство преобразования и ввода данных 25, микропроцессорная система в виде микропроцессора 26, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 27, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 28, формирователя дискретных сигналов 30 и универсального приемопередатчика 29, объединенных друг с другом посредством шины адресов, команд и данных 38, управляемый от микропроцессора делитель частоты 31, блок выключения питания 32 схем микропроцессорной системы, содержащий устройство задержки 33, элемент ИЛИ 34, триггер 35 и электронный ключ 36, электронный ключ 37 выключения питания электромагнита. The
Скважинный зонд работает следующим образом. Downhole probe works as follows.
В процессе спуска или подъема на каротажном кабеле зонд сверху периодически останавливается через определенные отрезки прохождения скважины. После успокоения зонда по команде с наземной ЭВМ производится съем и передача выходных сигналов четырех измерительных каналов (два канала ДУС и два канала ДН), а также выходных сигналов датчиков зонда. При этом аналоговые сигналы с электронных схем ЧЭ и с датчиков зонда поступают в устройство преобразования и ввода данных 25, где они преобразуются аналого-цифровыми преобразователями и после интегрирования на временной базе 5,6 с, задаваемой таймером 24, заносятся в соответствующие регистры. Обработка и манипулирование данными микропроцессором 26, собранным на микросхеме КР1810ВМ86, в том числе передача данных со скоростью 150 бит/с и связь с наземной ЭВМ через универсальный приемопередатчик 29, осуществляются обычным образом в соответствии с современным уровнем развития электроники (универсальный приемопередатчик 29 выполнен на базе микросхемы КР580ВВ51А; формирователь дискретных сигналов 30 представляет собой стандартный параллельный порт вывода, выполненный на микросхеме 1533ИР33). During the descent or ascent on the logging cable, the probe from above periodically stops through certain sections of the well passage. After the probe has been calmed down, on command from a ground computer, the output signals of the four measuring channels (two SDS channels and two DN channels), as well as the output signals of the probe sensors, are removed and transmitted. In this case, the analog signals from the electronic circuits of the SE and from the sensors of the probe enter the conversion and
В каждой точке останова зонда съем и передача выходных сигналов ДУС производится при двух величинах кинетического момента, т.е. при двух значениях частоты питания гиромоторов, которая задается управляемым от микропроцессора делителем частоты 31 (976 Гц и 244 Гц). Указанный делитель собран на счетчиках и регистрах типа 1533ИЕ10 и 1533ИР33 соответственно. Последовательно соединенные счетчики образуют собственно делитель опорной частоты (3 МГц). В конце каждого такта счета делителя, т.е. по сигналу переноса с последнего счетчика производится установка делителя через входы параллельной записи в исходное состояние, зафиксированное в регистрах. Таким образом, длительность такта счета и, тем самым, выходная частота делителя зависит от этого исходного состояния, которое устанавливается микропроцессором 26 через входы регистров. В наземной ЭВМ информация с ДУС обрабатывается таким образом, чтобы устранить погрешность из-за собственной скорости дрейфа гироблоков. Например, пусть m1 есть измерение входной угловой скорости Ω при кинетическом моменте Н1, а m2 при кинетическом моменте Н2. Тогда
m1 k(H
m2 k(H
М вредный момент на оси прецессии гироблока, являющийся источником его собственной скорости дрейфа.At each stopping point of the probe, the TLS output signals are picked up and transmitted at two values of the kinetic moment, i.e. at two values of the power frequency of the gyromotors, which is set by a
m 1 k (H
m 2 k (H
M harmful moment on the axis of the precession of the gyro block, which is the source of its own drift velocity.
Из приведенных уравнений следует, что разность указанных измерений предоставляет информацию о входной угловой скорости без погрешности, обусловленной собственной скоростью дрейфа
m1-m2=k(H1-H2)Ω=Kдус(1-h)Ω, где Кдус k.H1 крутизна ДУС;
h H2/H1 отношение величин кинетического момента или, что то же самое, частот питания гиромоторов.From the above equations it follows that the difference of the indicated measurements provides information on the input angular velocity without error due to the intrinsic drift velocity
m 1 -m 2 = k (H 1 -H 2 ) Ω = K dus (1-h) Ω, where K is dus k . H 1 the steepness of the CRS;
h H 2 / H 1 the ratio of the values of the kinetic moment or, which is the same, the frequency of supply of the gyromotors.
В дальнейшем наземная ЭВМ по полученным измерениям известным образом вычисляет азимутальный и зенитный угол зонда в данной точке ствола скважины (Navigation, Journal of the Institute of Navigation, Vol.30, No 4, 1983-84, p.323). Subsequently, the ground-based computer from the measurements obtained in a known manner calculates the azimuthal and zenith angle of the probe at a given point in the wellbore (Navigation, Journal of the Institute of Navigation, Vol.30, No 4, 1983-84, p.323).
Для снижения внутреннего тепловыделения модуля электроники 14 предусмотрена циклическая работа микропроцессорной системы с выключением питания микропроцессора 26 и ПЗУ 28 на часть цикла, оставшуюся после выполнения всех предписанных операций. В начале цикла длительностью 87 мс, задаваемой таймером 24, по его сигналу триггер 35 устанавливается в единичное положение и замыкает электронный ключ 36, подавая питание на микропроцессор 26 и ПЗУ 28. После этого происходит инициализация и исполнение предписанной программы по считыванию накопившейся входной информации, связи с наземной ЭВМ и управлению устройствами зонда. По окончании указанных действий микропроцессор 26 через формирователь дискретных сигналов 30 и элемент ИЛИ 34 перебрасывает триггер 35 в нулевое положение и размыкает электронный ключ 36, обесточивая себя. На случай сбоев нормальной работы микропроцессора 26, в результате которых в данном цикле он не выдает команды на выключение собственного питания, предусмотрено принудительное выключение питания схем микропроцессорной системы в конце цикла. Для этого задающий сигнал таймера 24 задерживается устройством задержки 33, и примерно через 85 мс через элемент ИЛИ 34 перебрасывает триггер 35 в нулевое положение (если этого не было сделано ранее по команде микропроцессора 26), обесточивая тем самым схемы микропроцессорной системы. По приходу следующего задающего импульса от таймера 24 происходит нормальное включение микропроцессора 26, т.е. его работа восстанавливается. To reduce the internal heat dissipation of the
В нерабочем состоянии зонда и в начале его спуска в скважину электромагнит 9 обесточен и контакт 7 прижимается пружиной якоря 8 к торцу внутреннего контейнера 2, обеспечивая теплопередачу между ним и наружным корпусом 1. По мере спуска зонда окружающая температура нарастает (примерно на 3,5оС каждые 100 м). Значения окружающей и внутренней температуры измеряются соответствующими термодатчиками и передаются на поверхность. При определенном значении окружающей температуры, например, при равенстве окружающей температуры температуре внутреннего контейнера 2, наземная ЭВМ выдает команду на выключение теплопередающего контакта. По этой команде микропроцессор 26 через формирователь дискретных сигналов 30 открывает электронный ключ 37, и на электромагнит 9 подается питание. Подпружиненный якорь 8 втягивается в электромагнит и отводит контакт 7 от внутреннего контейнера 2, обеспечивая его теплоизоляцию от внешнего корпуса 1. Во время подъема зонда окружающая температура падает, и при определенном значении окружающей температуры, например, снова при равенстве окружающей температуры температуре внутреннего контейнера 2, наземная ЭВМ выдает команду на включение теплопередающего контакта. По этой команде микропроцессор 26 через формирователь дискретных сигналов 30 запирает электронный ключ 37, и электромагнит 9 обесточивается.In the idle state at the beginning of the probe and its descent into the
Якорь 8 под действием своей пружины возвращается в исходное состояние, прижимая контакт 7 к торцу внутреннего контейнера 2, обеспечивая тем самым сброс тепла с нагретого внутреннего контейнера через наружный корпус 1 в окружающую среду. The
В свободном состоянии подпружиненного наконечника 4 расстояние между герконом 10 и постоянным магнитом 12 достаточно велико, и контакты геркона разомкнуты. При упоре зонда в забой скважины пружина наконечника 4 сжимается под действием веса зонда, постоянный магнит 12 вместе с наконечником приближается к геркону 10, и контакты последнего замыкаются. При отрыве зонда от забоя подпружиненный наконечник 4 возвращается в исходное состояние, расстояние между постоянным магнитом 12 и герконом 10 вновь увеличивается, и контакты последнего размыкаются. Состояние контактов геркона 10 через устройство преобразования и ввода данных 25 постоянно контролируется микропроцессором 26 и передается на поверхность. Длина кабеля, измеряемая на поверхности в момент изменения состояния геркона 10, соответствует расстоянию до забоя скважины. Определение длины до забоя скважины по сигналу с датчика забоя, а не по изменению натяжения кабеля позволяет повысить точность ее измерения и, тем самым, точность определения координат забоя скважины. In the free state of the spring-loaded tip 4, the distance between the
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5049840 RU2053358C1 (en) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | Well bore position measuring apparatus of measuring complex |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5049840 RU2053358C1 (en) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | Well bore position measuring apparatus of measuring complex |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2053358C1 true RU2053358C1 (en) | 1996-01-27 |
Family
ID=21608085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5049840 RU2053358C1 (en) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | Well bore position measuring apparatus of measuring complex |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2053358C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105937392A (en) * | 2016-06-02 | 2016-09-14 | 陕西华晨石油科技有限公司 | Device and method for finding abnormal temperature points in production well |
| CN107083955A (en) * | 2017-04-21 | 2017-08-22 | 中国地质科学院水文地质环境地质研究所 | A kind of digital underground heat logging system of HTHP |
| RU2649196C1 (en) * | 2014-10-22 | 2018-03-30 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Hardware, containing the mounting plate and the related system and method |
| CN110454086A (en) * | 2019-08-20 | 2019-11-15 | 奥瑞拓能源科技股份有限公司 | A kind of method and device of high angle hole down-the-hole drilling steering |
-
1992
- 1992-06-29 RU SU5049840 patent/RU2053358C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Патент США N 4244116, кл. E 21B 47/02, 1988. 2. Патент США N 4696112, кл. E 21B 47/022, 1987. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2649196C1 (en) * | 2014-10-22 | 2018-03-30 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Hardware, containing the mounting plate and the related system and method |
| CN105937392A (en) * | 2016-06-02 | 2016-09-14 | 陕西华晨石油科技有限公司 | Device and method for finding abnormal temperature points in production well |
| CN107083955A (en) * | 2017-04-21 | 2017-08-22 | 中国地质科学院水文地质环境地质研究所 | A kind of digital underground heat logging system of HTHP |
| CN107083955B (en) * | 2017-04-21 | 2023-07-07 | 中国地质科学院水文地质环境地质研究所 | High-temperature high-pressure digital geothermal logging system |
| CN110454086A (en) * | 2019-08-20 | 2019-11-15 | 奥瑞拓能源科技股份有限公司 | A kind of method and device of high angle hole down-the-hole drilling steering |
| CN110454086B (en) * | 2019-08-20 | 2024-04-30 | 奥瑞拓能源科技股份有限公司 | Method and device for controlling drilling direction of down-the-hole of highly deviated well |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4987684A (en) | Wellbore inertial directional surveying system | |
| US6895678B2 (en) | Borehole navigation system | |
| EP3721055B1 (en) | Continuous trajectory calculation for directional drilling | |
| US7093370B2 (en) | Multi-gimbaled borehole navigation system | |
| Lenschow | The measurement of air velocity and temperature using the NCAR Buffalo aircraft measuring system | |
| US6816788B2 (en) | Inertially-stabilized magnetometer measuring apparatus for use in a borehole rotary environment | |
| US4894923A (en) | Method and apparatus for measurement of azimuth of a borehole while drilling | |
| US6918186B2 (en) | Compact navigation system and method | |
| EP1222361B1 (en) | The method of and apparatus for determining the path of a well bore under drilling conditions | |
| US6778908B2 (en) | Environmentally mitigated navigation system | |
| US2840366A (en) | Accelerometers | |
| CN103808321B (en) | A kind of three-axis integrative inertial measurement unit of optical fiber gyroscope based on light source cold standby and compensation and installation method | |
| EP0172599B1 (en) | Borehole survey method and apparatus | |
| US3926054A (en) | Gravity gradiometer | |
| CN108168550B (en) | High-speed rotating carrier inertia attitude measuring device | |
| US3056303A (en) | Hydraulically and spherically supported inertial reference | |
| CN110823220A (en) | Triaxial integrated fiber optic gyroscope inertia measuring device | |
| RU2053358C1 (en) | Well bore position measuring apparatus of measuring complex | |
| US4384487A (en) | Dynamically restrained inertial reference instrument and reliability sensor | |
| CN109681189A (en) | A kind of hole diameter sector cementing quality and track integrated measuring instrument | |
| RU2720184C1 (en) | Strapdown inertial-satellite system | |
| RU2253838C2 (en) | Method for determining angles of well direction and inclinometer | |
| Winkler et al. | MEMS-based IMU development, calibration and testing for autonomous MAV navigation | |
| RU2128821C1 (en) | Gyroscopic inclinometric system to check drilling parameters | |
| JP2000205978A (en) | Hole diameter variation measuring apparatus and method |