Многоканальное телеизмерительное устройство для комплексных геофизических исследований скважин
Я. Е. БЕЛЕНЬКИЙ, В. Н. МИХАЙЛОВСКИЙ, А. Н. СВЕНСОН
В последние годы в связи с широким внедрением новых видов геофизических исследований нефтяных и газовых скважин (БКЗ, радиометрия, измерение диаметра и др.), несмотря на внедрение автоматических станций, значительно возросло время задалживания скважин для производства этих работ.
Необходимость ускорения проводки скважин потребовала создания аппаратуры с автоматической записью для одновременного измерения за один спуск кабеля в скважину нескольких параметров.
В Институте машиноведения и автоматики АН УССР разработано многоканальное телеизмерительное устройство с временным разделением каналов, позволяющее одновременно производить измерение восьми значений КС (БКЗ или другой комплекс) и ПС на обычном одножильном кабеле КОБД.
Временное разделение каналов в данной системе, т.е. уплотнение всех каналов в один кабель, осуществляется быстродействующими схемными электронными коммутаторами, которые переключают измерительные цепи с частотой 20 гц. Такая частота повторения измерений позволяет производить каротаж со скоростью до 3 км/час.
Для устранения влияния изменения параметров кабеля на погрешность измерения применена частотная модуляция. При этом сопротивление утечки кабеля может уменьшаться до 5-10 ком. Вся аппаратура питается от сети переменного тока промышленной частоты. Питание глубинного прибора осуществляется с поверхности переменным током (400 гц). Величина тока питания зондов и всей схемы поддерживается постоянной при помощи системы автоматического регулирования, несмотря на изменение параметров кабеля, сопротивления пород и напряжения сети в широких пределах.
Разработанная аппаратура состоит из глубинного прибора, приемника, генератора питания и фоторегистратора. Многоканальный фоторегистратор разработан конструкторским бюро нефтяной промышленности.
Глубинный прибор. Блок-схема глубинного прибора приведена на рис. 1. Выходные напряжения восьми пар зондов КС при помощи трансформаторов 1 и усилителей 2 приводятся примерно к одному уровню порядка 1,5 в. Для предотвращения существенного превышения этого уровня служат ограничители 3. Далее телеизмеряемые напряжения поступают на входные цепи электронного коммутатора 4, который состоит из генератора селекторных (отпирающих) импульсов, выполненного по схеме самовозбуждающегося многофазного мультивибратора [3], и цепочки временных селекторов, поочередно отпираемых селекторными импульсами.
Каждый селектор включается на время, равное двум периодам переменного измеряемого напряжения. На выходе коммутатора образуется циклическая последовательность отрезков синусоид, относящихся к различным каналам. Таким образом, электронный коммутатор подключают поочередно ко входу частотного модулятора выходы восьми каналов КС. Кроме того, на дневную поверхность передаются данные о положении реле-переключателя диапазонов, токе питания электрода А и величины ПС.
Блок частотного модулятора состоит из предварительного усилителя 5 и самовозбуждающегося генератора 6, в колебательный контур которого включена катушка с пермаллоевым сердечником. Индуктивность катушки, а, следовательно, и частота колебаний генератора практически линейно зависят от амплитуды тока подмагничивания сердечника, пропорционального входному напряжению. Частотно-модулированные колебания усиливаются выходным усилителем 7 и подаются в линию связи. Электронная схема передатчика питается от кенотронного выпрямителя 8.
Приемник (рис. 2). Частотно-модулированный сигнал отфильтровывается фильтром 1 от тока питания 400 гц и усиливается четырехкаскадным усилителем 2 с ограничением амплитуды. Частотная дискриминация осуществляется периодическим конденсаторным дискриминатором 3, с выхода которого информационный видеосигнал поступает на общеканальный усилитель 4. Коммутатор приемника состоит из многофазного мультивибратора и блока ждущих мультивибраторов 6, поочередно запускаемых импульсами многофазного мультивибратора, и блока электронных ключей 7. Электронные ключи представляют собой нормально запертые триоды, нагрузкой которых являются параллельно включенные конденсатор и разрядное сопротивление. Под воздействием селекторного импульса триод отпирается и конденсатор заряжается до максимального значения отрезка синусоиды, относящейся к данному каналу. В промежутке между двумя импульсами конденсатор сохраняет измеряемую величину.
Выходные напряжения информационных каналов после канальных фильтров 8 подаются на многоканальный фоторегистратор 9. Выход канала положения переключателя чувствительности подается на прибор-указатель Пр. Выход канала тока питания подается на систему автоматического регулирования генератора 11.
Синхронизация коммутаторов приемника и передатчика осуществляется при помощи строб-импульсов, возникающих при переключении каналов передатчика. Для правильного синфазирования один из каналов обоих коммутаторов включается на время в полтора раза больше нормального. При этом устойчивая работа многофазного мультивибратора приемника возможна только при совпадении синхронизирующих строб-импульсов со всеми моментами опрокидывания отдельных релаксационных элементов мультивибратора, т.е. при синфазировании расширенных каналов. Такой способ синхронизации позволяет исключить канал передачи и выделения маркерного импульса и устранить «мертвое время» между отдельными циклами (тактами) работы коммутаторов. Синхронизирующие строб-импульсы выделяются из информационного сигнала резонансным фильтром и формируются блоком синхронизации 5.
Генератор. Генератор служит для питания всей аппаратуры. Он состоит из кенотронного и газотронного выпрямителей и генератора напряжения 400 гц для питания передатчика и электрода А.
Ток питания передатчика и электрода А автоматически поддерживается постоянным при помощи системы телерегулирования. Для этого выходное напряжение канала телепередачи тока питания зонда после выпрямления подается на схему сравнения 11, где сравнивается с опорным напряжением постоянного тока, образующимся на стабиловольте. Разность между сравниваемыми напряжениями подается на электронный регулятор выходного напряжения 400 гц. Система автоматического регулирования поддерживает ток питания электрода A и передатчика с точностью ±1%. Регулируемое напряжение усиливается мощным выходным каскадом генератора.
Сигнал ПС по центральной жиле кабеля через переключатель реле масштабов подается на фильтр ПС, а затем на фоторегистратор. В момент переключения реле цепь ПС размыкается и конденсатор большой емкости разряжается на линию, посылая импульс постоянного тока, переводящий шаговое реле чувствительности в следующее положение.
Это позволяет, не извлекая глубинного прибора из скважины, выбирать и производить запись диаграмм в оптимальном для данного разреза масштабе. Запись кривых производится одновременно двумя масштабами: 1:1 и 1:2,5.
Система отличается полной автоматизацией процесса измерений, и оператору в этом случае необходимо осуществлять наблюдение за правильным ходом спуско-подъемных операций.
На рис. 3 приведен образец диаграммы, зарегистрированной описанным устройством при проведении БКЗ в скважине НПУ Бориславнефть.
Описанное телеизмерительное устройство имеет следующие технические данные.
1. Число измерительных каналов 9.
2. Диапазон измеряемых величин КС 0,01 – 5х103 ом*м.
3. Допустимая скорость перемещения глубинного прибора при измерении всего комплекса БКЗ и ПС 3 - 3,5 км/час.
4. Физическим каналом связи служит одножильный кабель КОБД-4.
5. Нормальная работа обеспечивается при изменениях напряжения сети ±10%.
6. Диаметр глубинного прибора 70 мм, длина 2,2 м.
7. Система позволяет путем замены входного устройства соответствующими датчиками производить измерение температуры, диаметра скважины и других параметров.
Макет описанного телеизмерительного устройства комплексных промыслово-геофизических исследований скважин успешно прошел детальные испытания в производственных условиях и в настоящее время на его базе создается промышленный образец каротажной станции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Михайловский В.Н. О требованиях к аппаратуре для комплексных геофизических исследований на одножильном кабеле. Изд. АН УССР, Киев, 1956.
2. Комаров С.Г. Геофизические методы исследования нефтяных скважин. Гостоптехиздат, 1952.
3. Беленький Я.Е., Свенсон А. Н. Многофазный мультивибратор. Радиотехника, № 7, 1956.
Ин-т машиноведения и автоматики, г. Львов.
Рис. 1. Схема глубинного прибора.
1-трансформаторы; 2-усилители; 3-ограничители; 4-электронный коммутатор; 5 - усилитель; 6-частотный модулятор; 7-выходной усилитель; 8-кенотронный выпрямитель; 9-генератор стандартных импульсов.
Рис. 2. Схема приемника.
1-фильтр; 2-четырехкаскадный усилитель; 3-конденсаторный дискриминатор; 4-общеканальный усилитель; 5-блок синхронизации; 6 - многофазный мультивибратор и блок ждущих мультивибраторов; 7-электронные ключи; 8-послеканальные фильтры; 9-многоканальный фоторегистратор; 10, 11, 12 - генератор переменного тока 400 гц.
Рис. 3. Образец диаграммы, записанной многоканальным телеизмерительным устройством при проведении БКЗ шестью зондами.
