АВТОНОМНЫЙ ИНКЛИНОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРАЕКТОРИИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ

МПК: Е 21 В 47/02.
Автономный ннклннометрический прибор для измерения нараметров траектории ствола скважины в процессе бурения.
Полезная модель относится к бурению нефтяных и газовых скважин и предназначена для контроля забойных параметров при бурении и геофизических исследованиях скважины.
Известно глубинное устройство для цифровой регистрации параметров траектории скважины, включающее датчики азимута, зенитного и визирного углов, подключенные к информационным входам коммутатора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен к входу блока памяти, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора и блока памяти, а первый вход блока управления подключен к выходу таймера. При этом процесс измерения совмещается с технологическим процессом подъема колонны бурильных труб для смены долота. Глубинное устройство после окончания очередного долбления сбрасывается внутрь колонны бурильных труб, в нижней части, которого находится немагнитная бурильная труба (немагнитная вставка). В процессе подъема бурильного инструмента на поверхность в момент останова колонны бурильных труб для отвинчивания очередной свечи, глубинным устройством осуществляется измерение и результаты заносятся в блок памяти (величины зенитного угла, азимута и времени). После извлечения прибора из скважины он подключается к наземному устройству, которое считывает зафиксированную в блоке памяти глубинного устройства информацию (АС СССР № 903565, кл. Е 21 В 47/02, .).
Недостатком данного устройства является то, что оно производит измерение только при смене долота (т.е. при подъеме колонны бурильных труб), и не позволяет получать информацию о пространственном положении забоя на длине одной проходки до смены отработавшего долота. Этот
недостаток существенен при бурении пород средней и мягкой твердости с высокой скоростью проходки.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является автономная система для измерения параметров траектории скважины в процессе бурения, содержащая последовательно соединенные датчики, первый коммутатор, АЦП, второй коммутатор, второй выход которого соединен с выходом генератора тестовых команд, блок памяти, выход которого соединен с входом блока приема информации, выход которого соединен с входом блока масштабирования, блок регистрации, блок визуальной индикации и блок управления записью, выход которого соединен с входом первого и второго коммутаторов, таймер и блок памяти (АС СССР № 941558, кл. Е 21 В 47/022, .
1982г.).
Недостатками известной системы являются низкая точность построения траектории скважины, так как измерение производится в точках, а интервал между точками измерения равняется длине свечи, и низкая достоверность измерений, так как параметр в данной точке скважины измеряется один раз и возможно ошибочное измерение.
Задачей полезной модели является упрощение процесса производства, снижения энергопотребления и повышение точности измерений скважинных параметров.
Поставленные цели достигаются тем, что в автономном инклинометрическом приборе для измерения параметров траектории ствола скважины в процессе бурения, содержащем блок питания, блок генератора тактовых импульсов, соединенный с блоком формирования питающих импульсов датчика, блоком запуска силовых вентилей и блоком микропроцессорного устройства, который в свою очередь соединен с блоком измерительных преобразователей, блоком синхронизации и привязки к генератору и блоком запуска силовых вентилей, который соединен с силовыми вентилями, в котором блоки измерительных преобразователей, блок формирования питающих импульсов, блок микропроцессорного
устройства и блок запуска силовых вентилей имеют параллельное соединение с блоком питания, при этом упомянутые блоки выполнены с использованием микросхем, резисторов и конденсаторов в виде SMD компонент, что снижает плотность, значительно упрощает монтаж электрических печатных плат, а также существенно уменьшает энергопотребление и повышает точность измерений.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 представлена функциональная схема автономного инклинометрического прибора.
Автономный инклинометрический прибор (фиг. 1) включает в себя датчик измеритель 1, подключенный к блоку измерительных преобразователей 2, выход которого подключен к блоку микропроцессорного устройства 3, выходы которого подключены к управляющим входам блока запуска 4 силовых вентилей 5, блок генератора тактовых импульсов 8, выходы которого соединены с информационными входами блока формирования питающих импульсов 7, блока микропроцессорного устройства 3 и блока запуска 4 силовых вентилей 5, блок синхронизации и привязки 9 к генератору , выход которого подключен к микропроцессорному устройству 3. Блок запуска 4 силовых вентилей 5, с выхода которого поступают управляющие сигналы на силовые вентили, осуществляет передачу электромагнитного сигнала, путем коммутации переменного напряжения, поступающего с генератора 6 на силовые вентили 5. Блок формирования питающих импульсов 7 формирует сигнал, которым осуществляется запитка датчика измерителя 1, для вывода его в рабочий режим. Питание на элементы схемы подается от блока питания 10, соединенного с генератором 6, а с силовых вентилей 5 запитывается нагрузка 11. При этом для изготовления блоков схемы использовались , с целью упрощения производства, снижения энергопотребления и повышения точности измерения скважинных параметров, микросхемы, резисторы и конденсаторы нового поколения в виде SMD компонент.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. Сигналы, снимаемые с датчика измерителя 1, поступают на блок измерительных преобразователей 2, в котором преобразуются в сигналы с частотно-фазовой модуляцией. Использование новой элементной базы в виде SMD компонент существенно увеличивает точность настройки блока и облегчает сам процесс настройки. С блока 2 сигналы поступают на блок микропроцессорного устройства 3, в котором использование элементной базы в виде SMD компонент позволило значительно снизить энергопотребление, где происходит их обработка и преобразование в навигационные параметры ствола скважины - зенит, азимут и угол установки ютклонителя или азимут отклонителя при вертикальных стволах. Далее в блоке микропроцессорного устройства 3 эти параметры перекодируются в помехозащищенный код и поступают на блок запуска силовых вентилей 4 в виде управляющих сигналов.
Блок генератора тактовых импульсов 8 служит для синхронизации работы всего прибора и вырабатывает соответствующие частоты для блока формирования питающих импульсов 7, который предназначен для запитки обмоток возбуждения датчика измерителя 1. Использование в этой схеме элементной базы в виде SMD компонент уменьшает энергопотребление самой схемы формирования питающих импульсов для датчика 7, при значительном улучшении формы питающих импульсов и снижении собственных щумов схемы, что положительно сказывается на процессе измерения. Сигналы с блока генератора тактовых импульсов 8 также поступают на блок микропроцессорного устройства 3 и блок запуска силовых вентилей 4, который осуществляет управление переключением силовых вентилей 5 во время передачи электромагнитного сигнала на поверхность земли, и в котором использование SMD компонент существенно уменьшило время срабатывания схемы запуска и позволило увеличить срок службы силовых вентилей, за счет использования их в недонапряженном режиме. В качестве нагрузки 11 силовых вентилей 5, для
создания электромагнитного сигнала, используется окружающая ствол скважины порода. С генератора 6 на прибор поступают два однофазных напряжения. Одно используется для создания электромагнитного сигнала и поступает на силовые вентиля 5 и на блок синхронизации и привязки к генератору 9, в котором использование элементной базы в виде SMD компонент позволило повысить электрическую прочность схемы по отношению к генератору и соответственно многократно увеличить срок службы системы. А другое однофазное напряжение поступает на блок питания 10 и используется для питания всей системы. В блоке питания был использован модуль импульсного источника питания промышленного образца с высоким КПД преобразования, что в значительной степени снижает энергопотребление системы, а также существенно уменьшает помехи, лежащие в полосе частот, используемых блоком формирования питающих импульсов 7 и блока измерительных преобразователей 2, что положительно сказывается на точности измерений траектории ствола скважины. Так же использование параллельных соединений блоков 2, 7, 3 и 4 с блоком 10 в достаточной степени снижает их взаимное влияние по цепям питания, что также положительно влияет на точность измеряемых параметров. Сигналы с блока синхронизации и привязки к генератору 9 поступают на блок микропроцессорного устройства 3 и служат для синхронизации управляющих импульсов, поступающих с блока микропроцессорного устройства 3 на блок запуска силовых вентилей 4.
Полезная модель позволяет упростить процесс производства, облегчить монтаж печатных плат, снизить энергопотребление и повысить точность измерений скважинных параметров.