УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКВАЖИННОЙ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ (ВАРИАНТЫ)

УСТРОЙСТВО для СКВАЖИННОЙ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ (ВАРИАНТЫ)
Относится к геоэлектроразведке и может быть использовано при скважинных измерениях, например, методами переходных процессов (МПП), дипольного индуктивного профилирования и индукционного каротажа .
Известна аппаратура метода переходных процессов МПП-4, выпускаемая заводом Геологоразведка, комплектуемая скважинным прибором, включающим датчики электромагнитного поля, датчики угла поворота, входные усилители и источник питания, и наземным пультом управления, соединенным кабелем со скважинным прибором. В качестве источника питания в скважинном приборе использован набор батарей или аккумуляторов.
Скважинная часть этой аппаратуры недостаточно удобна и надежна в эксплуатации из-за того, что требуется периодически подзаряжать аккумуляторы или заменять батареи, а также восстанавливать нарушенные вследствии окисления или других причин контакты, для чего необходимо поднимать на поверхность скважинный прибор и разбирать герметичный корпус. Кроме того, разряд аккумуляторов или батарей в процессе работы требует введения поправок на разряд при измерении угла поворота скважинного прибора и тем самым снижает точность измерения.
Известно скважинное каротажное оборудование со стабилизированной схемой питания по патенту США N 3465239, МПК G01V 3/00, публ. 19б9г., в котором источник постоянного напряжения, расположенный на поверхности земли, включен через последовательно включенные резистивный измерительный элемент, транзисторный управляющий каскад с изменяющимся импедансом и резистор для выборки сигналов с верхним концом соединительного кабеля. В находящемся под землей блоке напряжение на емкостной нагрузке используется для питания генератора, выходное напряжение которого после выпрямлеk//f/M //
МПК6 GOIV 3/00
НИЯ служит в качестве питающего напряжения измерительного устройства , В этом устройстве находящийся под землей генератор является источником помех. Кроме того, для стабилизации питающего напряжения используется обратная связь с транзисторным управляющим каскадом, что приводит к усложнению устройства и, следовательно, к уменьшению надежности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является Преобразователь скважинный МЕ-011-1Д. (Техническое описание и инструкция по эксплуатации АСЕ 1.530.011 ТО), содержащий скважинный прибор, включающий индукционные датчики, датчик угла поворота, входные усилители, коммутатор, дешифратор команд, источник питания, соединенный многожильным кабелем с наземной частью , включающей устройство управления, генератор напряжения и устройство регистрации. Источником питания скважинного прибора служит преобразователь на транзисторах, работающих в ключевом режиме , получающий энергию от генератора напряжения, расположенного на поверхности.
Это устройство лишено недостатков, связанных с размещением в скважинном приборе аккумуляторов или батарей, однако транзисторы, работающие в ключевом режиме, создают сильные помехи, для борьбы с которыми приходится сильно увеличивать габариты источника, и тем не менее при высокочувствительных датчиках электромагнитного
поля помехи не всегда удается исключить. В большинстве случаев такой тип питания не позволяет реализовать номинальную чувствительность измерительного устройства и ограничивает возможности используемых методов. Введение дополнительных устройств для борьбы с помехами приводит к увеличению длины скважинного снаряда, а, следовательно, увеличивает вероятность его заклинивания в скажине при спуско-подъемных операциях. Кроме того, преобразователи напряжения на транзисторах, работающих в ключевом режиме на трансформаторную нагрузку, менее надежны, чем пассивные стабилизируюM/ i//
p
h
щие устройства. При этом для передачи энергии с поверхности требуется использовать дополнительные жилы кабеля, поскольку передача команд управления по тем же жилам, что и энергии невозможна, так как нарушет режим работы преобразователя.
Ставится задача создания устройства для скважинной электроразведки, использующего преимущества системы с источником энергии, расположенным на поверхности (исключение дополнительных спуско-подъемных операций), надежного, не создающего помех при измерениях (т.е. позволяющего реализовать номинальную чувствительность датчиков), имеющего меньшую длину скважинного снаряда.
Задача решается за счет того, что в устройстве для скважинной геоэлектроразведки, содержащем скважинный прибор, включающий датчики измеряемого параметра, датчик угла поворота, входные усилители, коммутатор, дешифратор команд и источник питания, соединенный многожильным кабелем с наземной частью, включающей источник энергии, устройство управления и устройство регистрации, в котором каждый из датчиков измеряемого параметра соединен со входом входного усилителя, выходы входных усилителей и датчика угла поворота соединены с информационными входами коммутатора, вход управления коммутатора соединен с выходом дешифратора команд, вход дешифратора команд соединен первой парой жил кабеля с устройством управления, выход коммутатора соединен второй парой жил кабеля с устройством регистрации, а источник энергии соединен с устройством управления, в наземную часть введен управляемый генератор тока, соединенный с источником энергии, а в качестве источника питания скважинного прибора использован стабилизатор, соединенный третьей парой жил кабеля с управляемым генератором тока, причем стабилизатор содержит группу схем стабилизации положительных напряжений и группу схем стабилизации отрицательных напряжений, шунтирующие каждую из этих групп резисторы, каждая из групп схем стабилизации со своим шунтирующим резистором включена последовательно в цепь источника тока, схемы стабилизации в группе соединены параллельно, место непосредственного соединения групп является искуственной нулевой точкой стабилизатора, схемы стабилизации построены на стабилитронах, шунтированных конденсаторами, а выходы схем стабилизации соединены со входами питания датчиков угла поворота, входных усилителей, коммутатора и дешифратора команд согласно карте питающих напряжений.
В случае отсутствия кабеля с достаточным количеством жил для осуществления связи скважинного снаряда с наземной частью энергия может передаваться по тем же жилам кабеля, что и команды управления . Это можно осуществить, если в устройстве для скважинной геоэлектроразведки, содержащем скважинный прибор, включающий датчики измеряемого параметра, датчик угла поворота, входные усилители, коммутатор, дешифратор команд и источник питания, соединенный многожильным кабелем с наземной частью, включающей устройство управления и источник энергии, в котором каждый из датчиков измеряемого параметра соединен со входом входного усилителя, выходы входных усилителей и датчика угла поворота соединены с информационными входами коммутатора, вход управления коммутатора соединен с выходом дешифратора команд, выход коммутатора соединен первой парой жил кабеля с устройством регистрации, а источник энергии соединен с устройством управления, в наземную часть ввести управляемый генератор тока, соединенный с источником энергии и с устройством управления, в скважинный прибор ввести схему выделения команд, вход которой соединен с источником питания, выход со входом дешифратора команд, а в качестве источника питания скважинного прибора использовать стабилизатор, соединенный второй парой жил кабеля с управляемым генератором тока. При этом стабилизатор содержит группу схем стабилизации положительных напряжений и группу схем стабилизации отрицательных напряжений, шунтирующие каждую из этих групп резисторы, каждая из групп схем стабилиза /
- 4 ции со своим шунтирующим резистором включена последовательно в цепь источника тока, схемы стабилизации в группе соединены параллельно , место непосредственного соединения групп является искуственной нулевой точкой стабилизатора, схемы стабилизации построены на стабилитронах, шунтированных конденсаторами, а выходы схем стабилизации соединены со входами питания датчика угла поворота, входных усилителей, коммутатора, дешифратора команд и схемы выделения команд согласно карте питающих напряжений, схема выделения команд содержит резистор-щунт, два ограничивающих резистора и два оптронных преобразователя, входы оптронных преобразователей подключены параллельно резистору-шунту через ограничивающие резисторы , причем выход первого ограничивающего резистора подключен к первому входу первого оптронного преобразователя и ко второму входу второго оптронного преобразователя, а выход второго ограничивающего резистора подключен ко второму входу первого оптронного преобразоваетеля и к первому входу второго оптронного преобразователя, выходы оптронных преобразователей объединены и соединены со входом дешифратора команд.
Применение в источнике питания скважинного снаряда пассивных стабилизирующих элементов (стабилитронов), включенных параллельно внутри своей группы при последовательном включении групп в цепь источника тока с образованием искусственной нулевой точки, выравнивание токов за счет введения шунтирующих резисторов, а также использование в качестве источника энергии стабилизированного управляемого генератора тока позволяет исключить помехи, создавемые собственным источником питания, при этом надежность работы источника питания возрастает вследствие отказа от ключевых элементов и трансформатора.
- 5 ляет одновременно передавать энергию, необходимую для работы источника питания, и импульсы, передающие управляющую информацию, по одним и тем же жилам кабеля.
На фиг.1 изображена блок-схема устройства для скважинной электроразведки. 1а - с раздельной передачей энергии питания и команд управления; 16 - с передачей энергии питания и команд управления по одним и тем же жилам кабеля.
На фиг,2 изображен конкретный вариант принципиальной схемы питания скважинного прибора устройства с раздельной передачей энергии питания и команд управления.
На фиг.З - конкретный вариант той же схемы с передачей энергии питания и команд управления по одним и тем же жилам кабеля.
Устройство для скважинной геоэлектроразведки (фиг. 1а,б) содержит скважинный прибор 1, включающий датчики 2 измеряемого параметра , датчик 3 угла поворота, входные усилители 4, коммутатор 5, дешифратор команд б и источник питания 7, и наземную часть 8, содержащую устройство управления 9, источник энергии 10, управляемый генератор тока 11 и устройство регистрации 12. Скважинный прибор соединен с наземной частью многожильным кабелем 13.
В варианте устройства с передачей энергии питания и команд управления по одним и тем же жилам кабеля (фиг. 16) скважинный прибор дополнительно содержит схему выделения команд 14.
Каждый из датчиков 2 измеряемого параметра соединен со входом своего усилителя 4, выходы усилителей 4 и датчик 3 угла поворота соединены с информационными входами коммутатора 5. Вход управления коммутатора 5 соединен с выходом дешифратора команд б. Вход дешифратора команд б соединен кабелем 13 с устройством управления 9. Выход коммутатора 5 соединен парой жил кабеля с устройством регистрации 12. Источник питания 7 соединен кабелем 13 с управляемым генератором тока 11. Источник энергии 10 соединен с устройством управления 9 и управляемым генератором тока 11. На
- б чертеже не показаны связи источника питания 7 с питаемыми устройствами : датчиками 2 измеряемого параметра, датчиком 3 угла поворота, входными усилителями 4, коммутатором 5 и дешифратором команд 6.
В варианте устройства с передачей энергии питания и команд управления по одним и тем же жилам кабеля вход схемы выделения команд 14 соединен с источником питания 7, а выход - со входом дешифратора команд б. При этом в наземной части устройство управления 9 связано непосредственно с управляемым генератором тока 11, а связь устройства управления 9 с дешифратором команд б становится ненужной. Связь устройства управления 9 с источником питания 7 используется еще и для передачи команд управления через схему выделения команд 14 на дешифратор б.
Источник питания скважинного прибора 7 (фиг, 2, 3) представляет собой стабилизатор, включающий резисторы 15 - 20, стабилитроны 21 - 24, конденсаторы 25 - 28.
Схема выделения команд 14 (фиг. 3) содержит резисторы 29 34, оптронные преобразователи 35, 36.
В приведенных примерах каждая группа содержит две схемы стабилизации.
Положительный выход источника управляемого генератора тока 11 посредством одной из жил кабеля 13 соединен с резисторами 15 - 17. Второй вывод резистора 16 соединен с катодом стабилитрона 21 и конденсатором 25. Второй вывод резистора 17 соединен с катодом стабилитрона 22 и конденсатором 26. Вторые выводы резистора 15, стабилитронов 21 - 22 и конденсаторов 25 - 26 объединены. Элементы 16, 17, 21, 22, 25, 26 образуют группу схем стабилизации положительных напряжений, а резистор 15 шунтирует эту группу.
.
- 7 конденсатором 27. Второй вывод резистора 19 соединен с анодом стабилитрона 24 и конденсатором 28. Вторые выводы резистора 20, стабилитронов 23 - 24 и конденсаторов 27 - 28 объединены. Элементы 18, 19, 23, 24, 27, 28 образуют группу схем стабилизации отрицательных напряжений, а резистор 20 шунтирует эту группу.
Общая точка элементов 15, 20 - 28 является искусственной нулевой точкой стабилизатора.
Во втором варианте устройства в продолжение одной из жил кабеля вставлен резистор 29, который вместе с резисторами 30 - 34 и оптронными преобразоваетелями 35, 36 образует схему выделения команд 14. Первый вывод резистора 29 соединен с резистором 30, другой вывод которого соединен с катодным входом оптронного преобразователя 35 и анодным входом оптронного преобразователя 36. Второй вывод резистора 29 соединен с резистором 31, другой вывод которого соединен с анодным выводом оптронного преобразователя 35 и катодным выводом оптронного преобразователя 36. Первый вывод резистора 32 соединен с базой транзистора оптронного преобразователя 35, первый вывод резистора 34 соединен с базой транзистора оптронного преобразователя 36, вторые выводы резисторов 32 и 34 объединены с эмиттерами транзисторов оптронных преобразователей 35, 36 и с первым выводом резистора 33. Второй вывод резистора 33 соединен с искусственной нулевой точкой стабилизатора. Общая точка элементов 32 - 36 подключена ко входу дешифратора команд.
Устройство работает следующим образом.
Управляемый генератор тока 11, расположенный на поверхности, обеспечивает прохождение стабилизированного по величине тока от положительного зажима генератора 11 по одной из жил кабеля 13 через группу схем стабилизации положительных напряжений источника
Mi
- 8 питания 7 на искусственную нулевую точку. С общей точки через группу схем стабилизации отрицательных напряжений источника питания 7 ток проходит по другому проводу кабеля 13 на отрицательный зажим генератора 11. Вследствие прохождения тока на стабилитронах каждой из схем стабилизации образуются напряжения, необходимые для работы питаемых устройств скважинного прибора.
Величина тока от источника, необходимая для работы схемы, вычисляется по формуле:/
где l. - ток нагрузки отдельной схемы в группе схем стабилизации положительных (отрицательных) напряжений;
/г
- количество схем стабилизации в группе.
Видно, что, поскольку значения  различны и независимы, вычисленный по этой формуле ток может быть различным для положительной и отрицательной групп схем стабилизации.
Таким образом, для уравнивания тока в положительной и отрицательной группах схем стабилизации необходимо включить в схему шунтирующие резисторы 15 и 20.
В том случае, если необходимый ток нагрузки отдельной схемы стабилизации превышает возможности стабилитрона, то в схему необходимо включить усилитель мощности.
Устройство управления 9 формирует команды управления выбором датчиков, которые от него по двум отдельным жилам кабеля 13 поступают на дешифратор команд 6.
Полезные сигналы с датчиков 2 измеряемого параметра через входные усилители 4 и с датчика 3 угла поворота непосредственно поступают на коммутатор 5. С выхода коммутатора 5 выбранный дешифратором команд б сигнал поступает по третьей паре жил кабеля 13 на устройство регистрации 12.
- 9 1. - А /я/ i(-J i-i Ct/
генератор тока 11 может быть построен, например, в соответствии с принципом действия источников питания постоянного тока Б5-46 ... Б5-50 (Источники питания постоянного тока Б5-46.... Техническое описание и инструкция по эксплуатации 3.233.220 ТО. Машприборинторг, М. с. 9-11).
Во втором варианте при протекании тока на резисторе 29 схемы выделения команд 14 образуется падение напряжения, которое через резисторы 30, 31 поступает на входы оптронных преобразователей 35, 36. Величина резисторов 30, 31 подобрана таким образом, что при протекании номинального тока на выходе преобразователей сигнал отсутствует. При модуляции номинального тока от управляемого генератора тока 11 импульсами сигналов команд от устройства управления 9 на общем выходе оптронных преобразователей появляется импульсный сигнал, который поступает на вход дешифратора команд 6, который в свою очередь управляет работой коммутатора 5. При этом один из оптронных преобразователей служит для выделения сигналов положительной полярности, а другой - сигналов отрицательной полярности.
Был изготовлен макет предлагаемого устройства. Испытания в лабораторных условиях показали, что источник питания, построенный по предлагаемой схеме практически не вносит помех в работу датчиков . Причем длина скважинного снаряда была уменьшена по сравнению с прототипом на 45 см. Целесообразно в скважинном приборе предусматривать оба предложенных варианта. Тогда в зависимости от количества жил имеющегося кабеля (семижильный или трехжильный с броней), используя различные соединительные головки, можно передавать команды управления по тем же жилам кабеля, что и энергия питания, или по разным.
У-, , . .  /г/
- 10 ФОРМУЛА