ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗОНД С УПРАВЛЯЕМЫМ РЕЖИМОМ РАБОТЫ, РАЗМЕЩАЕМЫЙ В ГОЛОВКЕ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА

Полезная модель относится к средствам управления режимом работы электронного зонда, размещаемого в головке бурового инструмента при горизонтально направленном бурении и может быть использовано в буровой промышленности, в частности, при горнопроходческих работах, в газо- и нефтедобывающей промышленности, в производстве инженерных скважин, в системе ЖКХ и т.п.
Известен электронный зонд, описанный в п. США №5337002 по кл. G01V 3/11, 3/165 (см. фиг.3 В), з. 09.10.92, oп. 09.08.94.
Известный электронный зонд содержит датчик угла наклона и датчик вращения бурового инструмента, связанные цифровыми выходами с блоком обработки сигнала, подключенным к передающей антенне, причем выход
датчика наклона соединен со входом блока обработки через аналого-цифровой преобразователь, а датчик вращения - непосредственно, при этом блок обработки включает в себя последовательно соединенные мультиплексор, многочастотный генератор сдвоенного тона, амплитудно-модулированный усилитель и выходной усилитель, а ко второму выходу мультиплексора подключены последовательно соединенные таймер и низкочастотный генератор, соединенный выходом со вторым входом выходного усилителя, имеется также источник питания, содержащий батарею, соединенную с импульсным регулятором напряжения.
Особенностью известных из данного и целого ряда других патентов изобретателя John Е. Mercer, является то, что электронный зонд, (также называемый трансмиттер, маяк, пробник), размещаемый в буровой головке, при питании от встроенных батарей должен иметь два режима работы: активный (рабочий) - для передачи информации о положении бурового инструмента - и "спящий" (standby) (когда не ведется передача информации и должна экономиться энергия) - для продления срока службы батарей. Активный режим необходим непосредственно в процессе бурения, все остальное время электронный зонд с питанием от батарей должен функционировать в режиме минимального потребления энергии (standby).
Недостатком известного устройства является то, что данная схема срабатывает только при вращении бурового инструмента, т.е. когда срабатывает датчик вращения, и запускается электронный зонд для передачи информации на поверхность о положении бурового инструмента. При других способах бурения, например, продавливанием, данная схема не работает.
Кроме того, оно имеет весьма сложную схему.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является электронный зонд, описанный в статье автора данной заявки Наговицына А.Л. «Сравнительный анализ эффективности зондов для ГНБ по энергопотреблению» (рис.1) в сборнике «Материалы общероссийской научно-практической конференции по бестраншейным технологиям». 21-22 ноября 2006 г., М., изд. НП «РОБТ» (см. Приложение к заявке) и выбранный в качестве прототипа.
Известный электронный зонд содержит аналоговый датчик угла продольного наклона и датчик поперечного наклона или вращения бурового инструмента, связанные выходами с входами блока обработки сигналов, выполненного на микроконтроллере и подключенного через блок управления антенной к передающей антенне, а также источник напряжения, состоящий из последовательно соединенных батареи питания, импульсного преобразователя напряжения и линейного стабилизатора, подключенного выходом к одному из входов блока обработки, при этом выход импульсного преобразователя соединен со вторым входом блока управления антенной.
Недостатком известного устройства является то, что данная схема срабатывает только при вращении бурового инструмента, т.е. когда срабатывает датчик вращения, и запускается электронный зонд для передачи информации на поверхность о положении бурового инструмента. При других способах бурения, например, продавливанием, данная схема не работает.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей электронного зонда.
Поставленная задача решается тем, что в электронный зонд, содержащий аналоговый датчик угла продольного наклона и датчик поперечного наклона или вращения бурового инструмента, связанные выходами с блоком обработки, подключенным через блок управления антенной к передающей антенне, а также источник напряжения питания, включающий в себя последовательно соединенные батарею и импульсный регулятор напряжения, состоящий из импульсного преобразователя напряжения и линейного стабилизатора напряжения, подключенного выходом к одному из входов блока обработки, при этом выход импульсного преобразователя напряжения соединен со вторым входом блока управления антенной, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, между выходом датчика угла продольного наклона и входом блока обработки сигналов включено дополнительно дифференцирующее звено, представляющее собой аналоговый компаратор с регулируемым порогом напряжения.
Введение дифференцирующего звена между выходом аналогового датчика наклона и входом блока обработки позволяет зонду уловить малейшее изменение угла наклона либо ускорения, например, при прокладке трассы продавливанием (без вращательного движения головки), усилить полученный сигнал и выдать информацию на включение передающей антенны.
Технический результат - обеспечение включения рабочего режима посредством возможности улавливания малейшего изменения положения зонда.
Заявляемый зонд обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него таким существенным признаком как введение дифференцирующего звена между выходом аналогового датчика наклона и входом блока обработки, обеспечивающим достижение заданного результата.
Заявляемое техническое решение может найти широкое применение в горнопроходческих работах, производстве инженерных скважин, в системе ЖКХ и т.п., а потому соответствует критерию «промышленная применимость». Полезная модель иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг.1 - функциональная схема электронного зонда;
- фиг.2 - принципиальная электрическая схема дифференцирующего звена. Заявляемый электронный зонд (фиг.1) содержит последовательно соединенные датчик 1 угла продольного наклона, дифференцирующее звено 2, блок 3 обработки сигнала, блок 4 управления передающей антенной 5, передающую антенну 5, а также датчик 6 поперечного наклона/поворота, соединенный со вторым входом блока 3 обработки непосредственно или через АЦП (на чертеже не показан). Выход датчика 1 также соединен с третьим входом блока 3 непосредственно. Имеется также источник 7 напряжения питания в виде батареи 8 и импульсного регулятора 9 напряжения, состоящего из последовательно соединенных импульсного преобразователя 10 величины напряжения, соединенного со вторым входом блока 4 управления, и линейного стабилизатора 11, подключенного к четвертому входу блока 3 обработки. При этом блок 3 обработки представляет собой микроконтроллер, как правило, снабженный аналого-цифровым преобразователем (на чертеже не показан), а дифференцирующее звено 2 - аналоговый компаратор с регулируемым порогом.
Электронный зонд работает следующим образом. После включения питания электронный зонд находится в режиме минимального потребления тока (режим "standby") от источника 7. Антенна 6 не излучает. При малейшем покачивании зонда незначительно меняется сигнал на выходе датчика 1 угла продольного наклона. Это изменение (градиент) сигнала выделяется дифференцирующим звеном 2, где усиливается до величины, достаточной для включения блока 3 обработки, после чего поступает на вход блока 3 обработки и переключает последний из режима "standby" в рабочий режим. Антенна 6 начинает излучать сигнал, содержащий данные о состоянии электронного зонда. По истечении установленного времени и при условии, что зонд находится в состоянии покоя и на выходе датчика 1 угла продольного наклона нет изменений сигнала и, соответственно, на выходе дифференцирующего звена 2 отсутствует сигнал включения, блок 3 обработки вновь переводит электронный зонд в режим минимального потребления тока, чем способствует повышению экономичности устройства при питании от батареи 8. Импульсный преобразователь 10 служит для преобразования величины напряжения. Линейный стабилизатор 11 предохраняет блок 3 обработки от проникновения в него импульсных помех.
В сравнении с прототипом заявляемый электронный зонд имеет более широкие эксплуатационные возможности. Отсутствует необходимость применения отдельного инерциального ключа для вывода электронного зонда из режима минимального потребления тока, электронный зонд переходит в рабочий режим при любом методе производства скважин: методе бурения или методе продавливания.