Способ скважинного исследования в процессе бурения

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Е 21 В 45 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ПАТЕНТY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 2693354! 22-03 (22) 04. 12. 78 (31) 05. 12. 77 (32) 857677 (33) US (46) 07.07.86. Бюл. Р 25 (71) Серж А. Щербатской (US) (72) Серж А. Щербатской (US) (53) 622.4 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 652319, кл. E 21 В 45/00, 1977. (54) (57) СПОСОБ СКВАЖИННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ путем использования системы циркуляции жидкости и жидкостного насоса, генерирующеro внутри системы периодические изменения давления, включающий измерения выбранного параметра у основания колонны бурильных труб

„.SU„„1 43633 АЗ и генерирование в системе изменений давления, воспроизводящих значения измеряемого параметра, о т л ичающий с я тем, что, с целью повышения точности измерения и снижения энергетических затрат, формируют первые электриче=кие сигналы ! состоящие из комбинации приращения и периодического изменения давления, смещают во времени первичные сигналы на величину, равную периоду изменений давления, и регистрируют смещенный сигнал, затем из величины первичных сигналов вычитают величину смещенных сигналов, а по полученной разнице судят о результирующем сигнале, который преобразуют в цифровые сигналы, а по полученной величине определяют величину измеряемого параметра.

1243633

Изобретение относится к исследованию скважин, в частности, касается систем, оборудования и методов, использующих пульсации бурового раствора для телеметрии с целью передачи на поверхность земли сигналов, представляющих собой один или несколько параметров, измеряемых на забое.

Цель изобретения — повышение точности измерения и снижение энергетических затрат.

На фиг.1 схематично изображена установка для вращательного бурения, оборудованная устройствами для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 — генератор отрицательных импульсов давления раствора, клапан которого находится в открытом положении, на фиг.3 — то же, в закрытом положении, на фиг.4 — генератор отрицательных импульсов давления раствора с контрольно-измерительной и воспринимающей частями, который установлен в колонне бурильных труб возле буровой головки, на фиг.5 — то же, выполненный в пропорциональных размерах, на фиг.6 датчик радиоактивного типа и взаимодействующее с ним контрольноизмерительное оборудование, на фиг.7 — датчик температуры и взаимодействующий с ним контрольно-измерительный прибор,„" на фиг.8— блок-схема оборудования для управления работой клапана генератора отрицательного импульса давления раствора, на фиг. 9 — конструкция автономного источника энергии, располагающегося в скважине, первый вариант, на фиг.10 — то же, второй вариант; на фиг.11 — наземное оборудование, где замеряемым параметром скважины является радиоактивность, на фиг.12 — несколько волн, импульсов и временных зависимостей„ которые поясняют реализацию предлагаемого способа; на фиг.13 и 14 блок-схемы, показывающие два разных элемента вычитателя сигналов; на фиг.15 — блок-схема наземного оборудования, второй вариант, на фиг.16 — блок-схема наземного оборудования другого типа; на фиг.17 то же, второй вариант; на фиг.18— блок-схема другой конструкции генератора синхронизирующего импульса.

Буровая установка 1 (фиг.1) содержит насос 2 для циркуляции бурового раствора, соединенный с отводной трубой 3, стояк 4, гибкий шланг

5 высокого давления, вертлюг 6 и колонну бурильных труб 7, содержа5 щую обычную бурильную трубу и удлинители", и струйное долото 8. Внутри удлинителя 9 и на некотором расстоянии от долота 8 размещен генератор 10 импульсов отрицательного давления раствора, а также воспринимающий и контрольно-измерительный блок 11.

Генератор импульсов 10 отрицательного давления раствора вырабатывает серию программных импульсов, каждый из которых состоит из мгновенных уменьшений давления раствора. В одном случае достигается с помощью средств, включающих клапан, 20 который мгновенно открывает сообщение между внутренней полостью удлннителя 9 и наружным пространством вокруг него, т.е. клапан контролирует канал, проходящий между внутренней полостью удлинителя 9 и затрубным пространством 12, образованным наружной поверхностью удлинителя и скважиной.

Наземное оборудование 13 соеди30 нено с преобразователем 14 давления, который соединен со стояком 4 (или же, если требуется, то преобразователь 14 может соединяться с неподвижной частью вертлюга 6).

Импульсный генератор 10 (фиг.2 и 3) содержит впускную 15, выпускную 16 и компенсирующую 17 камеры.

Впускная камера 15 гидравлически соединена через впускной канал 18 с

4О внутренней полостью удлинителя 9 и через канал 19 с выпускной камерой 16. Гидравлический поток через канал 19 контролируется за счет взаимодействия клапана 20 со своим сецлом 21. Выпускная камера I6 гид1 равлически соединена через выпускной канал 22 с затрубным пространством

12. В выпускном канале 22 установлены первое 23 и второе 24 компенсирующие отверстия. Камера 25, расположенная между отверстиями 23 и 24, гидравлически соединена через трубопровод 26 с компенсирующей камерой 17. Впускная камера 15 сообщается с компенсирующей камерой

17 через цилиндр 27, в котором ус тановлен компенсирующий поршень 28, соединенный с клапаном 20 с помощью

1243633

10

f5

25

55 вала 29. Кроме того, клапан 20 соединен с помощью вала 30 (фиг.4 и 5) с приводом 31.

Клапан 20 (фиг.3) импульсного генератора 10 находится в закрытом положении. Заштрихованная часть обозначает высокое давление, а чистая часть — низкое (величины давлений; высокое, низкое и среднее, являются относительными давлениями, т.е. разницей между давлением в выбранном месте и давлением затрубного пространства, которое рассматривается, равным нулю, тогда как действительное или реальное давление равно этой величине плюс гидростатический напор, который может быть равен 703, 1 кr/см и больше).

Эффективная площадь клапана 20 делается несколько больше, чем эффективная площадь поршня 28 со стороны вала, поэтому, когда клапан 20 закрыт или почти закрыт, то усилие, действующее на вал 29 направлено в сторону, обозначенную стрелкой (фиг.3), и может быть равно

1000 х (-о), где — эффективная площадь клапана 20, а — о — эффективная г1лощадь компенсирующего поршня 28 со стороны вала.

На фиг.2 клапан 20 показан в открытом положении, т.е. обеспечивающем прохождение потока раствора из впускной камеры 15 в выпускную камеру 16 и через выпускной канал

22 в затрубное пространство 12. . Первое 23 и второе 24 компенсирующие отверстия имеют заранее установленное ограничение для потока раствора и каждое иэ них обеспечивает перепад давлений. Следовательно, давление внутри камеры 17 может принимать любое значение от максимального внутри камеры 16 до минимального на выходе из выпускного канала 22, которое соответствует давлению внутри затрубного пространства 12. Первое 23 и второе 24 компенсирующие отверстия имеют заранее установленное ограничение для потока раствора и каждое из них обеспечивает перепад давлений. Следовательно, давление внутри камеры 17 может принимать любое значение от максимального внутри камеры 16 до ,минимального на выходе из выпускного канала 22, которое соответствует давлению внутри затрубного пространства 12.

Когда клапан открыт для прохождения потока, то раствор встречает на своем пути два ограничения отверстие 23 и отверстие 24, в результате чего величина давления в камере 25 имеет промежуточную величину между высоким давлением и низким давлением, существующим на выходе выпускного канала 22. Это промежуточное давление обозначено пунктирной зоной (фиг. 2) . Промежуточное давление образуется в камере

25 между отверстиями 23 и 24 и простирается через трубопровод 26 до компенсирующей камеры 17. Следовательно, давление в этой компенсирующей камере 17 может регулироваться до любой приемлемой величины от высокого давления в выпускной камере 16 до низкого давления на выходе выпускного клапана 22.

Таким образом, пропорциональное выполнение размеров отверстий 23 и 24 обеспечивает регулирование давления в компенсирующей камере 17 и, следовательно, усилия, действующего на компенсирующий поршень 28. Если размер отверстия 24 такой же, как у отверстия 23, тогда давление в камере 25 и компенсирующей камере 17 имеет среднюю величину межцу давлением в выпускной камере 16 и затрубным пространством t2. Когда размер отверстия 24 делается больше, чем отверстие 23, то давление в компенсирующей камере 17 относительно уменьшается, а когда отверстие 24 имеет размер меньше, чем у отверстия 23, то давление в компенсирующей камере 17 относительно увеличивается. Так, например, если отверстие 24 выполнено меньше по сравнению с отверстием 23,то давление в камере 17 высокое и поэтому усилие, действующее на головку порш" ня 28, больше и оно стремится закрыть клапан 20. С другой стороны, если отверстие 24 является большим по сравнению с отверстием 23, то цавление в камере 17 низкое. В результате чего клапан 20 остается открытым. Таким образом, усилие, действующее на головку поршня 28, может регулироваться в широких пределах, тем самым обеспечивая сред" ства для регулирования работы клапана 20.

Важно отметить, что усилие, стремящееся закрыть клапан 20 (фиг.3), 1243633!

О и усилие, стремящееся открыть клапан 20 (фиг.2), определяются первым, и вторым независимыми параметрами, т.е. усилие, стремящееся закрыть клапан, вытекает из разности эффективных площадей клапана 20 и компенсирующего поршня 28 со стороны вала или штока, тогда как усилие, стремящееся открыть клапан, вытекает из относительных размеров отверстий

23 и 24. Путем соответствующего регулирования этих параметров клапан 20 может открываться или закрываться под действием механического усилия небольшой величины.

Клапан 20 имеет двойное действие, т,е. он переключается из открытого положения в закрытое и наоборот.

Другими словами, первый указанный параметр выбирается таким образом, что, когда клапан находится в положении между почти закрытом и полностью закрытом, то прикладывается и поддерживается господствующее усилие заданной величины и в направлении клапан "Закрыт", а второй указанный независимый параметр выбирается таким образом, что когца клапан находится в положении между почти открытом и полностью открытом, то прикладывается и поддерживается доминирующее усилие заданной величины в направлении клапан "Огкрыт".

Таким образом, импульсный генератор 10 отрицательного давления раствора использует существующую энергию, получаемую от давления бурового раствора так, что существенно уменьшает-величину внешней энергии, необходимой для работы клапана 20 и, кроме того, для сообщения клапану 20 двойного или рычажного действия.

Втулка 32 (фиг.4), имеющая наружный диаметр 171,5 мм и длину

0,9 м, удерживает с помощью рычагов или перфорированных опорных элемен-! тов (не показаны) внутренний корпус 33. В последнем размещен импульсный генератор 10, а к основанию корпуса 33 прикреплены блоки

34 и 35 контрольно-измерительной аппаратуры, а также блок 36 датчика ° Буровой раствор из внутренней полости удлинителя 9 проходит вокруг корпуса 33 в направлении:, указан15

3.>

4i

50 ном стрелками. Фильтр 37 предотвращает попадание твердых частиц в корпус. Кпапан 20 показан приводящимся в действие приводом 31. Когда клапан 20 открыт (фиг.2), то часть бурового раствора перепускается в затрубное пространство 12. Изогнутыми стрелками показано направление этого перепуска раствора. Давление, под действием которого раствор подаеч ся в затрубное пространство 12, является давлением, существующим на струях долота 8. Когда клапан 20 закрывается, то перепуск в затрубное пространство 12 тоже закрывается.

Плавающий поршень 38 отделяет камеру 17 от заполненной маслом камеры 39. Приводящее в действие устройство расположено в заполненной маслом камере 40. Уравновешиванпций канал 41 соединяет камеру

39 с ."амерой 40. Таким образом, в соч тании с плавающим поршнем 38 и каналом 26 в камерах 17, 39 и 40 поддерживается такое же давление, как: и в камере 25. Канал 41 (фиг.4) частично показан пунктирными линиями. Блок 35 диаметром 60,3 мм устанавливается в стандартный удлинитель, имеющий длину 4,57 м, наружный диаметр 171,5 мм и внутренний диаметр 82,6 мм. Узел 11 снабжен специальными центрирующими рычагами 42„ которые прочно входят в переводник с муфтами на обоих концах

43. Рычаги 42 служат для центрирования узла 11, обеспечивая при этом свсбодное прохождение бурового раствора.

Приходящее в действие устройство

31 (фиг.5) содержит два электрических: соленоида, установленных один ,прстив другого. Обмотка 44 верхнего соленоица служит, для создания на егс як:оре 45 направленного вверх усилия, тогда как обмотка 46 нижнего соленоида служит для создания на его якоре 47 направленного вниз усилия. Якоря 45 и 47 свободно прикреплены к механическому рычагу 48, который в свою очередь соединен с валом 30, в результате чего достигается эффект "молотка", т.е. когда обмотка соленоида возбужцается, то ее якорь перемещается на короткое расстояние прежде, чем он начнет вы124363.3

50 бирать нагрузку вала 30 в виде удара молотка. Tahoe действие "молотка" имеет положительный эффект при открытии и закрывании клапана 20.

Отверстия 23 и 24 выполняются с меньшими площадями проходных сечений, чем у канала 19, в результате чего скорость потока бурового раствора через уплотняющие поверхности клапана 20 и его седло 21 значительно уменьшена по сравнению со скоростью потока раствора через отверстия 23 и 24, тем самым йзнос концентрируется на отверстиях 23 и

24, которые изготавливаются из изHoc0cT oéêoãî материала (например, карбида бора) и которые BbIIIQJIHHlQTcH легко заменяющимися на своем месте.

Таким образом, эти небольшие не подвергающиеся эрозии отверстия 23 и 24 делают генератор 10 импульсов отрицательного давления раствора полностью безопасным, т.е. не имеет значения, что случится с клапаном 20 (например, он застрянет в открытом положении), то количество бурового раствора, которое пойдет через отверстия 23 и 24, не оказывает существенного отрицательного воздействия на процесс бурения. Другим преимуществом сменных отверстий 23 и 24 является то, что они могут лучше соответствовать изменяющимся весам и вязкостям бурового раствора.

Поскольку генератор 10 импульсов подвержен сильным вибрациям,то его конструкция должна обеспечивать стабильность клапана 20 в обоих его положениях, т.е. открытом или закрытом. Требуемая стабильность обеспечивается с помощью гидравлического упора или двойного действия клапана 20.

Вертикальное ускорение, возникающее в процессе бурения, является более сильным в верхнем направлении, чем в нижнем. Когда зубья буровой головки встречают твердую породу,то буровая головка и удлинители 9 смещаются вверх, т.е. приобретают направленное вверх ускорение, но как только буровая головка поднимется( и выйдет из контакта с породой, то сразу же возникает небольшое усилие, отличное от ускорения, обусловленное силой тяжести, под действием которого буровая головка и удлинители на5 !

О

35 правляются вниз. Следовательно, направленное вверх ускорение может составлять несколько сот g, тогда как направленное вниз ускорение только порядка 1 g. Поэтому клапан 20 должен быть выполнен так, что, когда он находится в закрытом положении, он удерживается в закрытом положении направленным вверх ускорением,т.е. улучшает его посадку в седле, а в открытом положении — под действием направленного вниз ускорения (которое -принимается небольшим). Это достигнуто в конструкции, показанной на фиг. 4 и 5.

В генераторе 10 импульсов отрицательного давления бурового раствора в качестве типичных могут рассматриваться следующие размеры: отверстие 23 диаметром 12,7 мм, UT верстие 24 диаметром 7,8 мм, ход клапана 20 — 3,18 мм, диаметр поршня

28 — 9,7 мм, диаметр клапана 20 на его посадочном месте 10,9 мм, угол седла 21 относительно оси перемещения клапана 60, диаметр отверстия в седле 21 или канала 19 — 9,5 мм, диаметр вала 29 клапана — 4,75 мм.

Также схематично изображена специального типа батарея 49 (фиг.9), которая может использоваться для питания оборудования, находящегося в скважине. Это батарея с расплавленной солью, например, сернистого лития — алюминия и железа. Эти батареи хорошо подходят для работы при высоких температурах.

Имеется устройство, которое включает батарею до того, как она помещается в горячую среду нефтяной скважины, и поддерживает ее в заряженном состоянии в процессе использования. На фиг.3 обозначены нагревательные элементы 50, обеспечивающие небольшой нагрев батареи 49, рубашка 51, содержащая тепловую изоляцию. Сначала внешнее напряжение (H| показано) прикладывается к клемме 52 (в то время, когда прибор находится на поверхности и перед его нагружением в скважину). Под действием этого напряжения включаются нагревательные элементы 50, которые расплавляют электролит батареи. Кроме того, батарея 49 заряжается при при1ложении напряжения к клемме 52 перед погружением прибора в нефтяную сква1243633

10 жину. Когда батарея достигает своего обычного рабочего температурного диапазона, то цепь к нагревательному элементу 50 размыкается с помощью термостатического выключателя

53, который замыкается в периоды", когда батареи требуется допопнительное тепло. При скважинном исследовании в процессе бурения вибрация инструмента приводит к тому, что устройство 54 вырабатывает зарядный ток. В качестве устройства 54 могут применяться небольшая турбинка, при-. водящаяся в действие потоком бурового раствора, или электрический генератор для поддержания батареи в заряженном состоянии, поскольку требуется только около одного ватта непрерывной зарядной мощности.

В другом варианте (фиг.10) специальной батареи, которая может использоваться для приведения в действие размещенного в скважине оборудования устройства для реализации способа, используются элементы 55 иэ сернистого лития. Большое количество отдельных элементов 55 соединено последовательно между заземляющим зажимом 56 и положительной клеммой

57. Каждый элемент предпочтительно снабжать крышкой для понижения давления или вентиляционным отверсгием

58. Элементы 55 помещены в бак 59, который может выдерживать давления, значительно превосходящие те, которые создаются электролитом элемсптов

55, В бак 59 наливается ыщкость

60, обладающая теми же или почти те-. ми же характеристиками давления и температуры, что и электролит,т.е. жидкость 60 создает давление пара (под воздействием высоких температур), которое по существу равно давлению пара электролита в элемен;ах

55. В простейшем случае жидкость 60 может быть водой, так как бак 59 является герметичным и обладает псвышенной стойкостью к давлению,поэтому жидкость 60 (в данном примере вода) никогда не закипит не зависимо от температуры. Происхоцит повышение давления пара в пространстве над жидкостью 60 и довольно до большой величины, чтобы оно находилось в равновесии с давлением пара, создаваемым горячей жидкостью 60.

Э".от >ке принцип может быть испсльзовan и для случая, когда элементы являются сернисто-литиевого типа, а жицкость 60 может быть сернистым ангидридом. Пары сернистого ангидрида, образуемые элементами 55, Bc .eãäà находятся в равновесии по давле.нию с баком 5 9, так как сер1О ниста-ангидридная жидкость в этом вспомогательном баке 59 всегда соэдает,цавление, равное тому, что соз,цаегся элементами 55.

Другой особенностью устройства, !

5 реанизующегс способ, является то, гго время, в течение которого клапан

20 поддерживается открытьг1, не зависиг от величины требуемой энергии.

Эн егия требуется только на то,чтобы

20 о,выть клапан 20.

Датчик (фиг.6) природных гаммаизлучений (счетчик-Гейгсра) с взаимодействующей с ним электрической це:т .и которая является цепью анало:".>вого типа, и температурный датчик (фиг. t) „который является датчиком цифрового типа, могут подсоединяться к входнои клемме прибора, и=-,обракенного на фиг.8.

3Q (,чет:ик Lейгера 61 снабжен обычFlblI источником Высокого напряжения

Н1,"„ вырабатьгзает импульсы и соединен через конденсатор 62 с усилителем 63, который вырабатывает на

3. > св->.åì выходе импульсы соответствующие импульсам счетчика 61. Цепь 64 масптаба 1024 вырабатывает один выходной имгульс на каждые 1024 импульсов счетчика Гейгера, а его выход представлен в виде импульсов, имеющих разделение ", Чем выше интенсивность гамма-излучения,тем вьшe -чn.и с.т оoтTа a HимMпульсов на выходе пепи 64 масштаба 1024 и меньше время „, |

Температура определяется термистором 65, г.е. полупроводником, сон>эотивление которого изменяется с температурой (он снабжен соответст50 вующим источником питания. который не показан). Выходом термистора 65 является напряжение постоянного тока, тропорциональное температуре.

Усилитель 66 усиливает это напряже55 иие и передает его на преэбразовагель 67 из аналоговой формы в цифров;ра, который в свою очередь генерирует серию двоичных байт одну за

7 243633

25

В конструкции электронной логической и силовой электрической цепи (фиг.8) в качестве констант выбраны t„ = 500 r С2 = 20 мс. В процессе работы, когда единичный импульс другой, каждая из которых представляет число, пропорциональное замеренной температуре. Выходы усилителей 68 и 69 мощности используются для управления возбуждением обмоток

44 и 46 противоположно соединенных соленоидов для приведения в действие клапана 20. Когда обмотка 44 возбуждается, то якорь 45 соленоида 10 движется вверх, толкая вверх вал 30, под действием которого клапан 20 открывается. Когда возбуждается обмотка 46, якорь 47 соленоида движется вниз, толкая вал 30 вниз, в результате чего клапан 20 ° закрывается.

В датчиках устройства величина измеряемого параметра скважины представляется электрическими импульсами. Последовательность импульсов 20 представляет собой код (двоичный или другой) и эта последовательность характеризует величину измеряемого параметра. Каждый единичный сигнал этого кода обрабатывается с целью приведения в действие клапана 20.

На фиг.8 обозначен один такой импульс 70, который является продолжительным по времени, всего несколько микросекунд. Этот импульс 70 по- З0 дается на электрическую цепь, содержащуюся в блоке 71 Последний содержит однозарядный одновибратор, соответствующие преобразующие выпрямляющие цепи и обеспечивает (в ответ на один входной импульс) два

- выходных импульса, разделенных по времени величиной „ (первый импульс обычно совпадает по времени с входным импульсом, а второй им- 40 пульс появляется позже на величину времени, равную 4,), как показано импульсами 72 и 73. Электрические импульсы 72 и 73 прикладываются соответственно на цепь, содержащуюся 45 в блоках 74 и 75. Эти две цепи являются аналогичными и носят название цепей удлинения сигналов. Каждый входной импульс удлиняется для получения выходных импульсов 76 и

77. Эти импульсы соответственно подаются на усилители 68 и 69 мощности.

70 поступает на вход 78, усилитель

68 включается на 20 мс, а затем выключается. После этого, спустя

500 мс, усилитель 69 также включается на 20 мс. Таким образом, клапан

20 находится в открытом состоянии в течение 500 мс и при этом не требу-. ется никакой энергии в этот период времени, чтобы перевести клапан 20 в открытое или закрытое положение.

Преобразователь 14 давления,соединенный со стояком 4, преобразует изменение давления бурового раствора в стояке в изменяющееся электрическое напряжение. Это напряжение представляет собой смесь двух составляющих сигналов: полезного, содержа— щего информацию сигнала, и сигнала помех. Несущий информацию сигнал является непрерывным рядом импульсов отрицательного давления статора,образованных в результате внезапного открытия и закрытия клапана 20. Сигнал помех представляет собой относительно слабые и периодические изменения давления, обусловленные ходами насоса 2 бурового раствора. Эти сигналы насоса бурового раствора затемняют полезную информацию.

Выделение полезного сигнала производится с помощью разделителя 79 сигналов, который соединяется с выходной клеммой 80 преобразователя

14 давления. Разделитель сигналов устраняет влияние помех и создает на своей выходной клемме 81 последовательные импульсы, из которых может быть получена информация, касающаяся измеряемого параметра скважины.

Управление разделителем 79 сиг-. налов осуществляется заранее заданным образом с помощью последовательных сиихронизирующих импульсов, поступающих от импульсного генератора 82 и прикладываемых к управляющим клеммам 83 и 84. Импульсный генератор 82 приводится в действие механически с помощью насоса 2 бурового раствора с целью получения соответствующего числа синхронизирующих импульсов за оборот насоса.

С этой целью предусмотрен привод с цепной передачей 85.

Несущий информацию сигнал, получаемый из разделителя 79 сигналов, представлен в виде импульсов, посту14

13

1243633 пающих от срабатывания клапана 20 генератора 10. Релевантная информация обеспечивается временными интервалами, разделяющими импульсы.Преобразователь 86 время-амплитуда,соединенный с выходной клеммой 81 разделителя сигналов, преобразует импульсы, полученные от срабатывания клапана 20 генератора 10, в сигналы, имеющие величины, представляющие интервалы между ними.

Сигналы, получаемые от преобразователя 86 подаются на входную клем" му 87 цени 88 сопряжения. Последняя создает выходные напряжения, которые являются обрат««ь«ми величинами входных напряжений. Так, если напряжение

rte;ttt шой M прикладывается к входпой клемме 87 цепи 88 сопряжения,то выходное напряжение получается равEtbL 1/М. Полученнь(е сигналы записываются на ленте самописца 89. Лента самописца 89 перемещается в соответствии с изменяющейся глубиной датчика 11 с помощью датчика 90 глубины.

Лнализируют различные сигналы (фиг.12). Пусть

P(t) = S(t) + N(t), (1) где S (t ) — полезный несущий информацию сигнал, образованный импульсами Р„, Р, и

Р» вь(ровненныии вдоль временной оси t (фиг.12, ось Л).

Время поступления этих импульсов, которые соответствуют временам срабатывания клапана 20 генератора 10, составляет соответственно 1 и t> Временными интервалгми,разделяющими эти импульсы, являются

3 о> 2 с, 1 рые являются показателем интенсивности радиоактивного измерения. Если эти временные интервалы являются большими, то интенсивность относительно слабая и наоборот, если интервалы маленькие, то интенсивность высокая. Сигнал помех, создаваемый насосом 2 бурового раствора, представлен периодической, но необязательно синусоидальной функцией

И(1), имеющей период Т (фиг.12, ось А). Длина периода зависит от скорости вращения насоса.

Разделитель 79 сигналов работает поэтапно.

На первом этапе смещают вход

F(t ) на величину Т для получения

F(t-Т) = S(t — Т) + N(t — Т), (2) где S (t -Т) и N (t-Ò) — смещенный по1О лезный сигнал и смещенный сигнал помех соответственно.

Оба сигнала показаны на оси B (фиг.12.). Сигнал S(t -Т) представ(а) (св) (а7 ляется импульсами Р,, F2 «i P Eo—

15 торые получены путем смещения на величину Т. соответствующих импульсов Р„, Р, и Р, (фигв12, ось А).

Сигнал N(t -Ò) показан точно совпадающим с N(>). Это обусловлено пе20 риодичностью сигнала. Таким образом (3)

На втором этапе вычитают из пер25 воначальной входной функции Г(1) смещенную входную функцию F(t-Т) и получают

M(t) = Р(1) — Г(1-Т). (4)

Принимая во внимание равенства (1)(3),, получают

M(t) = S(t) — S(t — r), (5)

-5 Таким образом, сигнал помех устранен и не появляется больше в

M(t,? .

Как показано на оси С (фиг.12)

M(t ) . состоит из импульсов, поступающих парами. Каждая пара состоит из отрицательного и положительного

««мп>льсов, разделенных один от другого временным интервалом T. Таким образом, наблюдают пару, состоящую

15 из Рь и P (ь) за которой следует ы* I 1 ь другая пара, состоящая из P u

f. 1ç )

P, затем следующая пара, состоящая из Р и Р и тд. (Ъ)

Ь 3

На третьем этапе смещают M(t)

50 на время Т с тем, чтобы получить

M(t-T). Таким образом, вся последовательность импульсов (фиг.12,ось

С) смещается вдоль переменной оси на величиту Т. чтобы появиться на

55 оси Д (фпг.12). Расположение импульсов в виде пар сохранено на оси i, (фиг.12). Однако каждая пара, ««апример, P„ и Р„ смещена от15

16

1243633

45

55 носительно пары Р(и Р(на вели— и чину Т. Arras. логично, пара P(" и (ь)

Р ) смещена относительно пары P (ь)

2 и P() на величину Т и т.д.

)1а четвертом этапе производится сравнение смещенных импульсов (фиг.12, ось Л)с теми, что изображены на оси С (фиг.12). Установлено, что часть импульсов (ось Д) совпадает по времени с некоторыми импульсами на оси С. Моменты, в которые произошло совпадение,записаны на оси F, в виде импульсов P (dl (д)

Р(з) и Р . Таким образом

Р, совпадает с P„ P, (д) (о) (с). (д) (Ь) (с).

P совпадает с P и Р,; (с)) (М (с)

P совпадает с P ç H P 3

Промежутками времени, когда появляются импульсы Р(, P(и Р (ЯвлЯютсЯ с +Т с1 +Т и +Т, Импульсы Р, Р (и Р(соответствуют импульсам Р„, Р, и Р» показанным на оси А. Следовательно, импульсы на оси Е также представляют эту функцию, которая теперь

$(с-T), так как она смещена на Т.

Очевидно, что импульсы на оси Е обеспечивают получение информации, которую пытаются получить. Временной интервал между P () и Р() составляет )„, а временной интервал между Р и Р(— Ъ и т.д. Велид) (8)

2 3 1 .чины 1„) характеризуют радиацию, замеряемую датчиком гамма-излучения.

Приведенные этапы можно применять для характеристики разделителя 79 сигналов, в частности элементов 91 и 92 (фиг. 13 и 14)

Элемент 91 получает на свою входную клемму 80, которая является такой же, как у разделителя 79 сигналов, сигнал F(t ). Этот сигнал передается через усилитель 93 на входную клемму 94 цепи 95 задержки.

Последняя задерживает F(t) на Т, тем самым образуя на своей выходной клемме 96 сигнал Г(т - Т). Этот сигнал является суммой двух составляющих сигналов S(t-Т) и N(t-Ò), которые показаны на оси В (фиг.).

Сигнал F(t-Т) подается к одной из входной клемм 96 вычитателя 97.

На вторую входную клемму 98 вычитателя непосредственно поступает

5 !

О

t5

40 сигнал F(t), который подается с клеммы 80 по проводу 99. Таким образом, на выходной клемме 100 вычитателя 97 получают разность сигналов (ось С, фиг.12).

Цепь 95 задержки снабжена клеммой 83 управления, на которую поступает сигнал, контролирующий задержку Т.

Важно, чтобы длина задержки Т была бы такой же, как период колебаний давления раствора, создаваемых насосом 2 раствора.

Величина задержки Т контролируется синхронизирующими импульсами, поступающими от импульсного генера— тора 82 (фиг.11), подаваемых по проводу 101 на клемму 83 управления. Задержка Т является такой же, как период колебания давления раствора, образующегося при последовательных ходах насоса 2. Следовательно, частота синхронизирующих импульсов должна контролироваться вращением насоса.

Предположим, что насос совершает N„ õîäîâ в секунду. Тогда Т

1/N„ Импульсный генератор 82 вырабатывает импульсы с относительно большой скоростью N которая является кратной NÄ. Таким образом, И2 =KN1, где К вЂ” постоянная, равная

512. Следовательно, если насос совершает один ход в секунду, то им— пульсный генератор должен вырабатывать 512 импульсов в сек. Очевидно, что скорость пульсации насоса 2 изменяется со временем и, следовательно,N изменяется таким образом,что задержка, создаваемая цепью 95 задержки, всегда равна одному периоду колебаний давления раствора, создаваемых насосом 2.

Первый и второй этапы осуществляются элементом 91 разделителя

79 сигналов. Входной сигнал F(t), представленный его составляющими, преобразован в выходной сигнал М(), который появляется в виде последовательных пар импульсов и показан на оси С (фиг.12), остальные этапы осуществляются с помощью элемента 92 разделителя 79 сигналов.

Сигнал М(1) поступает через проводник 102 на цепь 103 задержки (фиг.14). Последняя аналогична цепи

95 задержки. На ее клемму 84 управления поступает такой же сигнал

17 весь процесс оной форме гнал î= прения подается

0 из аналогоа ВЬIХОДНОИ т с

1 т>

1 т управления, который подается на к.Лемму 83 управления цепи задержки, Сттедовательно, величина задержки, создаваемой цепью 103 задержки., составляет Т, а сигнал, появляющийся на выходе, равен N(t-T).3òoò выходной сигнал передается через усилитель 104 на одну входную клемму 105 схемы И 106. Б это же время незадержанный сигнал М(1} подается через прогодник 107 и усилитель

108 на другую входную клемму 109 схемы И 106. Эти дна входных сигнала II(t ) и N(t-Т}, которые подаются на. схему И 106 показаны на. осях A и Д соответственно. Отмечалось, что некоторые импульсы покао H С, появлЯ1отсЯ Одно

Временно с импульсами на оси Д.

Фтпульсьт которые пояВлятотся Одно временно образуются на выхоце схемы И I06 и обозначены как I>„"

Г к Г Эти созпадающие импуг(ь, (д1 . (8 I сьт являются выходными импульсами элемента 92 и следовательно разделителЯ /9 сигналоВ.

Таким образом, с помощью элемепта 92 ВЫПОЛНявтСЯ трЕтИй И - Åò:Âep(Ьт>т зтатть1. Иреобразовьттвают сигнал, I (} в сигнал S(-Т) . Последний дает веЛИЧИНЫ,, т,1>т „ ПРЕДСтанГГЯЮЩИ требуемуто информацию. Следует понтo.— риться, .ТО сигнал 8(1-Т) представлен последовательными импульсами.

Эги импульсы передакггся íà IipeoGpa=-огатель 86 время-амплитуда для

Выделения из него выходных сигпалон различной величины, например )т, которые предстанлякт времен? т «»

НЬ1Е ИнтЕРНаЛЬ1 МЕЖДУ ПОСТУ(ТЛЕНИЕМ импульсов. Эти импульсы в свою очередь подаются на цепь 88 сопряжения дпя их преобразова.ния в другие сиг— тталы сопряжения, имеющие величины

1/т>т > 1/" „и 1/;1, соотнетстьенlio.

Эти сигналы сопряжения записываются самописцем 89. Беличины 1)М,, 1:!l„ и Ii тт пРедставлЯют собой интен-.ивность радиоактивности формаций, замеренной датчиком на различ-ной глубине в скважине.

Описаны инструментальнь1е средства для осутцествления логических

= .апОВ> начиная От фунтции F(} до тт«ттнЕцкт.т Б (Т-T) . ЭТИ ЭТаПЫ ОСp щЕСТ:В.пе ти путем представления этих

0::óIl".öèé н аналоговой (нецифровой) фор . =. Если требуется

:ож; т выражать в 1(иир (фк1 . „5) . Выходной си .",бра зователя 14 данле на преобразователь 11 т:0 -1 формы н цифровую, сигнал от преобразователя поступает тп1 1!БМ 1 1 1 . 011(=тЗации Выгтолняются элементами 112-1,б находящимися в

:.. .,Б 1 ;11. Синхронизирующке сигналы (г; импульсного ..енератора 8" вводятв ЦБ11 i 1 1 с. ттельто УпРавл"-:JHß задержками в соответствии со ко(тост.т>ю 1-.а-..or,-:.. Операции. Отмечен;ь е пункт,трным прямоугольь-.иком .фиг« 15} выполняются математичесв последова тел.>ности> на.томинаюië. Й ОПОК- —.:. >,.ту, БЫХОЦ;-.=11! --ЕЛИЧИНа

1 1 пос уi!ает В преобразова-„eJio 1 I 7 кз пифроной формы В анало-1 .»г>,о, а .Выходная ве;(ичина которого !

àïðàâëÿcòñ!i на са l (описец 89 вазе :. QL оборудовании другогQ

ГИГ1= (фит,16 1 измерЯют температуру .1т 1" Е 1-(, ХОждЕт(кя тта>ТЧИКа . Э И дан:.- ыз,, поступающие на разделитель, 9. П:. Еттс "- Вт-Е1П,1 I> ПИД)рОВОй ":,01! >j.

> (фт.(г. 7 ), - аз цел,11 ель 7 9 СИI-нало: >та ф:г. 16 а алоги=1ен предстанг .=- Иотту

l1«ф:: —.. 1 I, О :.,пако преобразона : ...;:.:; — 86

1т Г1 а1тттт, 111 1", ОД и ПС. Пт> 8 т Онтрт«ят, -,::„-Я «а>1е..:< н,т - а поеобразова BJII> 103 .:з цифровой формы B аналоговую.БыХЗД11ЬI(> С111 На!II>! ОТ С СОТНЕ ТСТВ ттЮЩЕ ГО (пуг1. сного генератора г(одаются на

::.(етттьту 10" упоанления разделителя

7 -- (1! 1 на110=« °!

П = НС (= Г,та(т уцрбно В;!! fr i Ятi Тт- тттЕ— .:,;-т..-.1-1еско(1 сoeöè((!3 ;-ие с на -0 Ом 2 (ттив ° т; Г(РКВОД С ЦЕПНОЙ . ePeiia о- 11 ° 5 ) ттл ПОЛУЧЕНИЯ КМПулЬСОВ >

"..:Jc(3:!.;îöè÷I-!õ для разделителя 79 ..i lI;1i.,Joâ, могут испог(ьзоваться дру.!.е редства,, а именно генераторы (3пнхронизиру1ощего импульса (фиг.18).

IIII êлемму IО1 разттелителя 79

CÖrII;.JIOÇ ПОСТ тпатат ИМПУЛЬСЫ СО СКОростью 51", импульсов за оборот на(.О(а,, ПО:.1ЯТНО „Чт(т Э Та СКОРОт Т дог(ж(1» бьп ь жестко синхронизирована (1 ...(311,;(ми ";..àñîñа. Бсе времена,,; бозI ие являются "реальньм времене: а

ПЕПССРЕДСтВЕННО ОтНОСЯтСЯ К т(КОРОСт:!. несо(а 2, а точнее Т. :, .- tJ II так далее, должны ныража ься не

I 7

1243633

15

25

35 (i) = K) % „„(i)1 (7) 40 где (8) (9) 45

50 ф Р1 q> (л) (10) 55 в секундах или минутах, а в "галлонах раствора". Когда говорится, что на клемме 101 имеет место 512 импульсов за ход насоса, то это означает, что на клемме 101 имеются импульсы напряжения, имеющего частоту, равную 512 гармоник частоты хода насоса.

Элемент 126 (фиг.18) является

УСО или генератор колебаний, управляемый напряжением, который на своем выходе образует электрические импульсы, частота которых контролируется напряжением постоянного тока, прикладываемого к его входной клемме 81. Элемент 118 является двоичным делителем или счетчиком, который делит частоты импульсов, поданных на его входную клемму 127 и образует выходные импульсы на своей выходной клемме 128, частота которых равна 1/512 частоты входных импульсов. Элемент 119 является фазовым компаратором, который сравнивает два входа (один от выходной клеммы 128 делителя и один с выходпой клеммы преобразователя 14 давления) и образует на своей выходной клемме 120 напряжение, которое явля- . ется нулевым напряжением постоянного тока, когда оба входа 128 и 92 точно равны по фазе, а также создает положительное напряжение, когда вход 128 опережает по фазе вход

93 и отрицательное напряжение,ког.да вход 128 отстает по фазе от.входа 93. Батарея 121 обеспечивает правильное смещение генератора.

Цепь 122 известна под названием замкнутая по фазе" цепь. Допустим, что частота импульса насоса (частота хода насоса) составляет 1 Гц и генератор обеспечивает 512 Гц. Тогда на выходе делителя 118 создается точно 1 Гц. Следовательно, 1 Гц от делителя 118 и 1 Гц от преобразователя 14 давления точно совпадают по частоте и фазе, а выходная вели,чина компаратора на клемме 120 составляет ноль вольт и генератор 126, когда он правильно смещен с помощью батареи 121, вырабатывает точно 512 импульсов за ход.

Допустим, что насос 2 ускоряется.

Тогда частота на клемме 129 больше, чем 1 Гц, т.е. равна 1+ ь t"ö. Компаратор 119 образует на клемме 120! выход, который не равен- нулю, а например, + А,В, и это небольшое приращение напряжения прикладывается к клемме 81 генератора 126 и увеличивает его частоту до тех пор, пока номинальное (5 12 импульсов в сек) увеличивается до величины t так,что f /512=1+ ь.

Таким образом, частота на клемме

101 всегда точно следует за частотой насоса 2 и всегда кратна 512.

Устройство на фиг.17 может быть использовано для получения синхронизирующих импульсов и основано на автокорреляции.

Входная клемма 123 (фиг.17) коррелятора 124 питается от выхода преобразователя 14 давления и получает функцию Г((), состоящую периодический сигнал N(4), и функцию S(t), которая может рассматриваться как произвольная функция. Выходной параметр от преобразователя 14 давления подается также на входную клемму 80 разделителя 79 сигналов. Коррелятор 124 предназначен для того, чтобы создавать на своих выходных клеммах автокорреляционную функцию

F(t)> которая равна Pi (t)-(S(t) 4(1)ИS(t i ° М(t+ ) j, (6) где полоса в приведенном выражении указывает на усреднение по соответствующему периоду времени. Функция может быть выражена как

Функция Р (О достигает нуля при некоторой величине Г .= „а эа величину 1, принимают

Поскольку Р„„(1 ) является периодической, то функция Р () тоже периодическая и имеет период P(i)

Эта функция, получаемая на выходе коррелятора 124 подается на умножитель 125 импульсов, который образует последовательность синхрониэи21

22

1243633 рующих импульсов, аналогичных создаваемым генератором 82,подаваемых на входную клемму 101 разделителя 79 сигналов. Импульсный умножитель 125 умножает частоту входных импульсов с помощью замкнутого по фазе контура, аналогично показанному (фиг.18) или с помощью других обычных средств.

1243633

17

17

1У

16

Л7

Л

12

4,У

f 263633

1243633

roc ф

1243633

- sr 8

gE

1243633

1243б33

Составитель В. Сидоров

Редактор Н. Бобкова Техред Н.Бонкало Корректор Е, Сирохман

Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4430

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4