SU1134708A1 - Способ передачи информации от скважинной к наземной части геофизической аппаратуры - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ОТ СКВАЖИННОЙ К НАЗЕМНОЙ ЧАСТИ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ , включающий подачу напр жени  питани  от наземной части аппаратуры к скважинной, формирование сигналов управлени  режимами работы, временное разделение каналов, преобразование информации в ц ифровую форму и передачу ее в последовательном коде по геофизическому кабелю синхронизацию по каналам и циклам, преобразование в наземной части в параллельный код, обработку и регистрацию, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и помехозащищенности передачи информации, напр жение питани  формируют в виде следующих через равные промежутки времени положительных и отрицательных импульсов, в которых циклически повтор ют паузу длительностью, кратной длительности положительного и отрицательного импульсов, причем измерение, передачу и прием информации осуществл ют во врем  следовани  плоской вершины импульсов питающего напр жени , при этом измерение, передачу и прием информации по каналам синхронизируют по фронтам импульсов напр жени  питани , а по циклам - по паузе в питаюш,ем напр жении. 2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  передачи информации в виде аналогового сигнала, длительность паузы в питающем напр жении уста (Л навливают не менее длительности измер емого аналогового сигнала, передачу которого осуществл ют во врем  следовани  указанной паузы. 3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что, с целью установлени  диалогового режима работы . аппаратуры, формируют сигнал дл  блокировки одного или нескольсо 4 ких каналов, выдел   этот интервал дл  передачи или приема кода управлени .

Description

Изобретение относитс  к геофизическим исследовани м скважин и может быть использовано при проведении многойараметровых измерений комплексом методов за одну спускоподъемную операцию с передачей результатов в цифровой форме по геофизическому кабелю на поверхность дл  последующей обработки и регистрации. Известен способ передачи информации от скважинного прибора к наземной аппаратуре , при котором информацию передают с помощью врем импульсной модул ции (ВИМ), а информационный параметр опре дел ют временным сдвигом информационного импульса относительно фазы питающего скважинный прибор переменного синусоидального напр жени  1. Недостатком такого способа  вл етс  нестабильность работы аппаратуры, св занна  с тем, что к информационному сдвигу добавл етс  дополнительный сдвиг, обусловленный конечной скоростью распространени  сигнала по каротажному кабелю. При изменении параметров кабел  в процессе работы, что особенно про вл етс  Б глубоких скважинах с высокой забойной температурой, измен етс  и этот дополнительный сдвиг информационного импульса. Известен также способ, реализованный в телеизмерительной системе передачи геофизических данных, позвол ющий произво дить обмен данными между наземным пультом и целым р дом приемно-передающих скважинных модулей посредством каротажного кабел . Скважинное оборудование содержит , в частности, магистраль, к которой параллельно подсоедин етс  один или несколько скважинных модулей посредством одинакового интерфейса, оснащенных датчиками дл  измерени  определенных физических характеристик пластов, пересеченных скважиной. Скважинное оборудование содержит также средства синхронной/асинхронной передачи информации в цифров ой форме в режиме запрос-ответ (диалоговый режим) при этом формирование адреса (номера) канала и управление .приемом-передачей данных осуществл ют от микропроцессоров, устанавливаемых в скважинном и наземном модемах (модул тор-демодул тор), работу которых синхронизируют с помощью специального слова синхронизации. Описанный способ позвол ет передавать по кабелю информацию с большой надежностью, при этом передача информации осуществл етс  на основе КИМ 2, Однако такой способ обмена информацией оправдан лишь в системах, содержащих источники информации с различным быстродействием и уровнем приоритета и требую щих общего высокого быстродействи  всей системы в целом, например в автоматиэированных системах управлени  технологичесними процессами (АСУ-ТП) или в ЭВМ, где источники информации располагаютс  на поверхности и рассто ние между ними, как правило, не превышает нескольких дес тк метров. Применение же такого способа в геофизических приборах, источниками информации в которых  вл ютс  датчики физических полей, обладающие равным уровнем приоритета и по принципу своей работы всегда готовые к выдаче ипфор.мации ,  вл етс  неоправданным и избыточным. При этом следует учитывать, что скважинна  и наземна  части геофизической аппарату ы удалены друг от друга на рассто ние до 10 км, в св зи с тем синхронизаци  работы обеих частей аппаратуры с помощью специального слова, передаваемого по кабелю , снижает пропускную способность линии св зи (кабель) из-за передачи большого объема с/ ужебной информации. Кроме того, дл  реализации указанного способа требуетс  разработка комплекса программ, качественный высокочастотный каротажный кабель, а необходимость установки в скважинных приборах микропроцессора и, следовательно, соответствующих электронных схем, обеспечивающих его функционирование , чрезмерно усложн ет аппаратуру ,снижает ее надежность и эксплуатационные характеристики. Цель изобретени  - повышение точности и помехозащищенности передачи информации . Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу передачи информации от скважинной к наземной части геофизической аппаратуры, включающему подачу напр жени  питани  от наземной части аппаратуры к скважинной, формирование сиг„алов управлени  режимами работы, временное разделение каналов, преобразование информации в цифровую форму и передачу ее в последовательном коде по геофизическому кабелю, синхронизацию по каналам „ „о циклам, преобразование в наземной параллельный код, обработку и регистрацию , напр жение питани  формируют в виде следующих через равные промежутки времени положительных и отрицательных импульсов, в которых циклически повтор ют паузу длительностью, кратной длительности положительного и отрицательного импульсов причем измерение, передачу и прием информации осуществл ют во врем  сле : овани  плоской вершины импульсов питающего напр жени , при этом измерение, передачу и прием информации по каналам синхронизируют по фронтам импульсов напр жени  питани , аПО циклам - по паузе в питающем напр жении. Кроме того, с целью обеспечени  передачи информации в виде аналогового сигнала длительность паузы в питающем напр жекии устанавливают не менее длительности измер емого аналогового сигнала, передачу которого осуществл ют во врем  следовани  указанной паузы. С целью установлени  диалогового режима работы аппаратуры формируют сигнал блокировки одного или нескольких каналов, выдел   этот интервал дл  передачи или приема кода управлени . Питание скважинных приборов напр жением в виде положительных и отрииат&аьных импульсов (меандр) требует дл  передачи одинаковой мощности в 1,41 раза меньще амплитуды, чем при питании синусоидальным напр жением. В результате, при питании напр жением в виде меандра обеспечиваетс  возможность передачи по кабелю необходимой мощности, не превышаюплей допустимого значени  амплитуды напр жени  на входе каротажного кабел , что важно при выполнении скважинных приборов .в виде агрегатированных блоков, ка основе которых собирают агрегатированные комплексы . Кроме того, питание скважинных приборов .меандром позвол ет производить измерение , прием и передачу информации во врем  прохождени  плоской вершины .меандра , т. е. практически при посто нном токе, при этом отпадает необходимость в использовании таких узлов-, как фазочувствительный детектор, схемы выборки-хранени  и, следовательно, упрощаетс  электронна  схема и конструкци  скважинных приборов . С целью повь.шени  помехозащищенности и точности аппаратуры измерение, прием и передачу цифровой информации осуществл ют в окне меандра, отступив от его фронтов на врем , обуслоЕ5ленное их завалом при прохождении через каротажный . Согласно полученным экспериментальным данным завал фронтов меандра частотой 300 Гц на уровне 0,5 и длине кабел  5000 м не превышает 50/S. Передачу по каротажному кабелю как результатов измерений от скважинных приборов , так и кода управлени  от назе.мной части осуществл ют в последовательном двоичном коде на основе КИМ. Дл  предотвращени  зар да кабел  используетс  сигнал с фазовым кодированием (бипол рный сигнал). В каждом цикле питающего напр жени  предусмотрена пауза, необходима  дл  синхронизации аппаратуры по циклу, при этом с целью передачи в каждом цикле информации в виде быстропере.менного аналогово го сигнала, например акустического, формируют длительность указанной паузы не менее длительности измер емого сигнала, из.мерение и передачу которого осуществл ют во врем  следовани  указанной паузы. С целью обеспечени  диалогового реж ма работы аппаратуры в наземной и скважинной част х формируют сигналы блокировки , которыми входные устройства наземной и скважинной частей аппаратуры перевод т из режима прием-передача в режим передача-прием. Дл  увеличени  количества каналов передачи без из.менени  параметров электронной схемы аппаратуры, например увеличени  частоты питающего напр жени , в специально выделе1 ном канале каждого цикла фор .мируют сигнал номера цикла, в соответствии с которым информацию передают в нечетных циклах от первого до п источника, а по четным циклам - от (п+1) до 2п источника . На фиг. 1 изображена блок-схема наземной части геофизической аппаратуры; на фиг. 2 - блок-схе.мьг скважи шых приборов (модулей), реализующих метод плотностного гамма-гамма каротажа плюс каверномер (ГГК-П -г каверномер) и акустический метод; на фиг. 3 - эпюры напр жени  питани  и передаваемых сигналов. Наземна  часть аппаратуры содержит устройство 1 формировани  питающего напр жени  скважинных приборов (модулей), устройство 2 выделени  инфор.мационного сигнала, устройство 3 передачи кода управлени  и устройство 4 выделени  аналогового сигнала, соединенные через трансформаторы Т1 и Т2 с трехжильным каротажны.м кабелем к входу которого подключены агрегатированные скважинные модули и устройство 5 синхронизации и формировани  адреса. К адресной щине 6 и щине 7 данных подключены устройство 8 вывода и регистрации информации , поступающей от скважинных модулей и устройство 9 ввода команд, обеспечивающее управление режимами работы аппаратуры . Наземна  часть аппаратуры содержит также устройство 10 сопр жени  со стандартной магистралью МЭК iro ГОСТ 26.00380 , к которой может быть подключена бортова  ЭВМ II, а также источник 12 питани , обеспечивающий питание исполнительных устройств скважинных модулей. Скважинна  часть аппаратуры состоит .из р да агрегатированных модулей, конструктивно ii информационно совместимых двух с друго.м, каждый из которых реализует один или несколько методов ГИС и на базе которых собирают агрегатированные комплексы дл  проведени  одновременных многопараметровых измерений за одну спусконодъе .мную операцию. Измерительные датчики скважинных модулей  вл ютс  источника .ми трех видов сигналов, обеспечивающих проведение всех известных видов ГИС: дискретного (от датчиков перемещени  рычагов каверно.мера) и быстропеременного аналогового (акустического сигнала). Скважинный модуль ГГК-П -+- каверномер (фиг. 2) содержит детектор 13 ионизирующих излучений, преобразователь 14 неэлектрических величин в электрические сигналы, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15, устройство 16 синхронизации и формиро вани  адреса, устройство 17 передачи информации и согласовани  с кабелем и устройство 18 вьСаелени  кода управлени , причем устройства 6, 17 и 18 через трансформаторы ТЗ и Т4 соединены с входом каротажного кабел , соедин ющим скважинные модули между собой и с наземной частью аппаратуры; дешифратор 19 адреса и кода управлени , исполнительное устройство 20, управл ющее раскрытием/закрытием рычагов, реле 21, подключающее исполнительное устройство 20 к третьей жиле кабел . Выходы устройств 16 синхронизации и 18 выделени  кода управлени  соединены с адресной шиной 22, а вход устройства 17 соединен посредством шины 23 данных с выходами АЦП 15 и преобразовател  14. Адресна  щина 22 дополнена управл ющей линией 24. Кроме того, скважинный модуль ГГК-П + каверномер включает измерительный датчик 25 аналогового сигнала (каверномера ), аналоговый ключ 26 и устройство 27 питани , соединенное через трансформатор ТЗ с каротажным кабелем. Скважинный модуль акустического каротажа содержит акустический излучатель 28, приемник 29 акустического сигнала, усилитель 30 с регулируемым коэффициентом усилени , устройство 31 синхронизации и формировани  адреса, устройство 32 выделени  кода управлени , устройство 33 передачи информации и согласовани  с кабелем, дешифратор 34 адреса и кода управлени , адресную щину 35 с управл ющей линией 36 и устройство 37 питани . При этом устройства 31, 32, 33 и блок 37 питани  через трансформаторы Т5, Т6 и Т7 соединены с кабелем. Адресна  шина 35 соединена с выходами устройств 31 синхронизации и формировани  адреса и 32 выделени  кода управлени . Устройства 3 и 17 передачи, устройства 16 и 31 синхронизации, устройство 2 выделени  сигнала и устройства 18 и 32 выделени  кода управлени , дешифраторы 19 и 34, устройства 27 и 37 питани  .и согласующие трансформаторы Т2-Т6 идентичны и  вл ютс  унифицированными дл  всей аппаратуры. Аппаратура работает следующим обУстройство 1 формирует импульсы питающего напр жени  пр моугольной формы со следующими через равные промежутки 50 времени положительными и отрицательными перепадами (меандр), в которых циклически повтор етс  пауза длительностью, кратной длительности меандра (фиг. За). Эти импульсы по кабелю поступают на устройства 16 и 31 ск ажинных модулей и устройство 5 55 наземной части, в которых осуществл етс , по фронтам импульсов питающего напр жени , синхронизаци  работы аппаратуры по такту (каналам) и циклу (совокупности каналов) путем последовательного выставлени  на адресных щинах 6, 22 и 35 номеров (адресов) каналов. При этом в устройствах 27 и 37 передаваемое по кабелю питающее напр жение преобразуетс  в выпр мленное стабилизированное напр жение посто нного тока, необходимое дл  работы электронной схемы соответствующего скваживного модул . Сигналы от дете стора 13 ионизирующих излучений поступают на преобразователь 14, где преобразуютс  в параллельный двоичный код, и по приходе на шину 22 адреса номера канала, выбранного дл  передачи информации от детектора 13, дешифратор 19 выдел ет сигнал разрешени , по которому информаци  поступает в параллельном коде на шину 23 данных, а затем в устройство 17 передачи и согласовани  с кабелем, где преобразуетс  в последовательный двоичный код и передаетс  в кабель в виде, представленном на фиг. 36. Устройство 2 выделени  информационных сигналов принимает эту информацию, преобразует в параллельный двоичный код и по приходе на шину 6 номера выбранного канала выдел ет ее на щину 7 данных. При этом устройство 8 вывода и регистрации информации осуществл ет , в соответствии с номером выбранного канала (адресом), регистрацию инфор.мации с шины 7 данных. Аналоговый сигнал от измерительного датчика 25 поступает на вход АЦП 15 через ключ 26, который открываетс  сигналом, формируемым дешифратором 19 по приходе на шину 22 адреса Номера канала, выбраннего дл  передачи информации от датчика 25. С выхода АЦП 15 информаци  в параллельном коде -поступает на шину 23 данных,, а затем в устройство 17, где преобразуетс  в последовательный двоичный код и передаетс  в кабель в виде, представленном на фиг. 35. Прием, вывод и регистраци  в наземной части аппаратуры информации от датчика 25 производитс  аналогично схеме прохожден„  дискретных сигналов от детектора 13. С целью повышени  точности и помехозащищенности измерение, преобразование, прием и передачу информации осуществл ют во врем  следовани  плоской вершины импульсов питающего напр жени  с отступлением от фронтов не менее чем на (фиг. Зв). Акустические сигналы от приемника 29, которые не преобразуютс  в цифровую форму , передаютс  . в кабель во врем  следовани  паузы в питающем напр жении, длительность которой устанавливаетс  не менее длительности передаваемого аналогового сигнала.

Дл  запуска излучател  28 и срабатывани  устройства 33 передачи и согласовани  с кабелем, которое в остальное врем  цикла находитс  в высокоимпедансном (отключенном ) состо нии, дешифратор 34 выдает сигнал разрешени  по приходе на шину 35 адреса номера канала, соответствующего паузе. Акустический сигнал принимаетс  приемником 29, усиливаетс  устройством 30 и через устройство 33 поступает на врем  паузы на вход кабел  (фиг. Зг). В наземной части аппаратуры указанный акустический сигнал регистрируетс  устройством 4 во врем  паузы в питающем напр жении, при этом в остальное врем  цикла устройство 4 находитс  в высокоимпедансном (отключенном ) состо нии.

С целью повыщени  точности и помехозащищенности измерений запуск излучател  28 и устройства 33 производитс  с отступлением от фронтов паузы не менее чем на (фиг; Зг).

Передача кода управлени  от наземной к скважинной части аппаратуры (диалоговый режим) обеспечиваетс  следующим образом .

Устройство 5 формирует в выбранном дл  передачи кода управлени  канале сигнал разрешени  передачи, поступающий на устройство 3, и одновременно сигнал блокировки , который поступает в устройство 2 и запрещает прием и передачу информации на шину 7 данных от скважинных модулей. При этом указанный сигнал блокировки подключает к шине 7 данных устройство 9, которое передает на нее заданный оператором код управлени . С щины 7 данных код управлени  поступает в устройство 3, которое преобразует его в последовательный код и в таком виде передает в кабель (фиг. 36).

Устройства 16 и 31 синхронно с устройством 5 фор.мируют аналогичные сигналы блокировки, которые поступают в устройства 17 и 33 и запрещают передачу информации от скважинных модулей в кабель. Одновременно эти же сигналы дают разрещение на прием кода управлени  устройствами 18 и 32 и его выдачу в парал.тельном коде на шины 22 и 35 адреса, при этом устройства 16 и 31 выставл ют на управл ющих лини х 24 и 36 сигналы, идентифицирующие наличие кода управлени  на адресных щинак 22 и 35.

С дешифратора 19 сигнал разрешени  (управлени ) подаетс  на реле 21, с помощью которого осуществл етс  подключение третьей жилы кабел  к исполнительному устройству 20 (например к двигателю устройства раскрыти /закрыти  рычагов). По указанной жиле от наземного источника 12 питани  исполнительных устройств подаетс  соответствующее напр жени  питани  (подключаетс  соответствующий выход источника питани ).

Аналогично происходит изменение коэффициента усилени  усилител  30 в модуле акустического каротажа при подаче соответствующего кода управлени , только в этом случае по сигналу от дешифратора 34 происходит не коммутаци  третьей жилы кабел , а переключение реле, которое измен ет коэффициент усилени  усилител  30. 0 Устройство 10 сопр жени  обеспечивает обмен информацией, в том числе передачу кода управлени  по стандартной магистрали МЭК от бортовой ЭВМ каротажной лаборатсзрии , благодар  чему может быть обеспечена работа аппаратуры, реализующей предлагаемь Й способ, в программно-управл емом режиме.

Если количества каналов одного цикла недостаточно дл  передачи информации от скважинного модул , то .в данном модулу

0 по команде управлени  подключают источники информации под номерами от 1 до п к каналам передачи в первом цикле, а источники под номерами от (п + 1) до 2п подключают к каналам передачи во втором цикле (фиг. За). В этом случае скважинный модуль, в котором передача информации осуществл етс  за два цикла, формирует номер цикла и передает его по специально выдел емому каналу.

Таким образом, без изменени  аппаратуры может быть увеличено количество опрашиваемых источников информации (скважинных модулей) и, соответственно, каналов передачи на величину, кратную количеству каналов в цикле. При этом снижаетс  только частота их опроса.

При сравнительно несложной аппаратурной реализации и простом межмодульном интерфейсе предлагаемый способ обеспечивает достаточно высокую точность измерени  высокую помехозащищенность, диалоговый

режим и автоматизацию процесса подготовки и проведени  ГИС. Таким образом, способ позвол ет реализовать с простым межмодульным интерфейсом (три жилы кабел ) скважинную аппаратуру по агрегатно-блочному принципу, а питание напр жением в виде меандра и возможность увеличени  числа каналов без изменени  аппаратуры позвол ет собирать агрегатированные комплекты , состо щие из достаточно больщого количества скважинных модулей.

Q Система скважинных приборов, реализующа  предлагаемый способ,  вл етс  открытой и допускает наращивание за счет включени  вновь разрабатываемых агрегатированных приборов без изменени  разработанной ранее аппаратуры.

5 Экономический эффект от внедрени  изобретени  достигаетс  путем обеспечени  одновременных многопара.метровых измерений за одну спускоподъемную операцию

комплексными и комбинированными приборами , собранными на базе агрегатированных модулей, а также благодар  повыилению производительности труда за счет возможности автоматизации процесса подготовки

и прозедени  ГИС с использованием бортовой ЭВМ. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрени  одного агрегатированного комплекса, реализующего предлагаемый способ, составл ет 59,8 тыс. руб.

Фие.2

Tsfxm

ffaysa

..J

П

J

oum

VlnT-JHRrrt/foffopi aifuof/i/cre

OMOffd oe) cjToSa

сррон/пы меандра.

Анустическии

сигнал

чм

Vlnf-iIMM r-VbTVl/ln

а

l

500Ji,,

LVLСинуросиена

ЦпР/ ауза

Claims (3)

1. СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ОТ СКВАЖИННОЙ К НАЗЕМНОЙ ЧАСТИ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ, включающий подачу напряжения питания от наземной части аппаратуры к скважинной, формирование сигналов управления режимами работы, временное разделение каналов, преобразование информации в цифровую форму и передачу ее в последовательном коде по геофизическому кабелю синхронизацию по каналам и циклам, преобразование в наземной части в параллельный код, обработку и регистрацию, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехозащищенности передачи информации, напряжение питания формируют в виде следующих через равные промежутки времени положительных и отрицательных импульсов, в которых циклически повторяют паузу длительностью, кратной длительности положительного и отрицательного импульсов, причем измерение, передачу и прием информации осуществляют во время следования 'плоской вершины импульсов питающего напряжения, при этом измерение, передачу и прием информации по каналам синхронизируют по фронтам импульсов напряжения питания, а по циклам — по паузе в питающем напряжении.

2. Способ по π. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения передачи инфор- _о мации в виде аналогового сигнала, длитель- © ность паузы в питающем напряжении устанавливают не менее длительности измеряемого аналогового сигнала, передачу которого осуществляют во время следования указанной паузы.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью установления диалогового режима работы . аппаратуры, формируют сигнал для блокировки одного или нескольких каналов, выделяя этот интервал для передачи или приема кода управления.

SU ,.„1134708