способ определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах, основанный на измерении скорости движения грузонесущего каротажного троса, на конце которого закреплен скважинный прибор, и включающий предварительную магнитную разметку брони грузонесущего каротажного троса путем нанесения по его длине магнитных меток, представляющих собой последовательность участков разной степени намагниченности, размещение вдоль движущегося грузонесущего каротажного троса двух считывающих устройств, считывающих магнитные метки и превращающих их в соответствующие сигналы U₁(t) и U₂(t), определение функции корреляции B() выходных сигналов U₁(t) и U₂(t) указанных считывающих устройств, определение коэффициента корреляции r() выходных сигналов U₁(t) и U₂(t) указанных считывающих устройств, отличающийся тем, что фиксируют расстояние L между считывающими устройствами, запоминают его в виде соответствующего сигнала, определяют среднеквадратические отклонения ₁(t) и ₂(t) выходных сигналов U₁(t) и U₂(t) соответствующих считывающих устройств, определяют коэффициент корреляции r() выходных сигналов указанных считывающих устройств, соответствующий отношению указанной функции корреляции В() и произведения среднеквадратических отклонений ₁(t) и ₂(t) выходных сигналов U₁(t), U₂(t) считывающих устройств, перед определением указанной функции корреляции B() задерживают во времени выходные сигналы U₁(t) и U₂(t) соответствующих считывающих устройств на длительность ₁ и ₂ соответственно, таким образом, чтобы полученное значение указанного коэффициента корреляции r() выходных сигналов указанных считывающих устройств было максимально, используют значения расстояния L между считывающими устройствами и длительностей задержек ₁,₂ выходных сигналов U₁(t) и U₂(t) считывающих устройств для определения направления и величины скорости движения скважинного прибора.

2. Устройство определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах, содержащее два считывающих устройства, расположенных вдоль движущегося грузонесущего каротажного троса, на конце которого закреплен скважинный прибор, последовательно соединенные блок определения функции корреляции B(), блок вычисления коэффициента корреляции r() и блок обработки, а также содержащее блок регистрации, выход которого служит выходом устройства, отличающееся тем, что введены два блока вычисления среднеквадратического отклонения, два блока задержки, блок умножения, блок управления, вычислитель, блок памяти, причем выход первого считывающего устройства подключен к соединенным вместе входу первого блока вычисления среднеквадратического отклонения и информационному входу первого блока задержки, выход второго считывающего устройства подключен к соединенным вместе входу второго блока вычисления среднеквадратического отклонения и информационному входу второго блока задержки, первые выходы первого и второго блоков задержки подключены к первому и второму входам блока определения функции корреляции, выходы первого и второго блоков вычисления среднеквадратического отклонения подключены к первому и второму входам блока умножения соответственно, выход последнего соединен со вторым входом блока вычисления коэффициента корреляции, выход блока обработки соединен с входом блока управления, выход которого подключен к соединенным вместе управляющим входам первого и второго блоков задержки, второй выход первого блока задержки подключен к соединенным вместе второму входу блока обработки и первому входу вычислителя, второй выход второго блока задержки подключен к соединенным вместе третьему входу блока обработки и второму входу вычислителя, третий вход которого соединен с выходом блока памяти, выход вычислителя подключен ко входу блока регистрации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области геофизических каротажных исследований скважин и может быть использовано для построения устройств промера глубины спуска скважинного прибора при проведении спуско-подъемных операций на скважинах.

Известен способ определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах [1], основанный на измерении скорости движения грузонесущего каротажного троса, на конце которого закреплен скважинный прибор, и заключающийся в подсчете в единицу времени T количества оборотов n измерительного ролика с известной длиной окружности l , прижимающегося своей образующей к броне движущегося грузонесущего каротажного троса, в использовании указанных значений Т , n, l для вычисления скорости движения скважинного прибора V.

Известно устройство определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах [1], состоящее из измерительного ролика, своей образующей прижимающегося к броне движущегося грузонесущего каротажного троса, на конце которого закреплен скважинный прибор, счетчика оборотов измерительного ролика, блока измерения временных интервалов, вычислителя, генератора, причем выходы счетчика оборотов измерительного ролика и блока измерения временных интервалов подключены к соответствующим входам блока вычисления, выход которого служит выходом устройства, выход генератора подключен к соединенным вместе тактовым входам счетчика оборотов измерительного ролика, блока измерения временных интервалов и вычислителя.

Известное устройство определения скорости движения скважинного прибора [1] работает следующим образом.

При проведении спуско-подъемных операциях в скважинах измерительный ролик прижимается своей образующей к броне движущегося грузонесущего каротажного троса, на конце которого закреплен скважинный прибор; вследствие трения движение грузонесущего каротажного троса преобразуется во вращение измерительного ролика; скорость вращения измерительного ролика определяется скоростью V движения грузонесущего каротажного троса; счетчик оборотов измерительного ролика осуществляет подсчет оборотов измерительного ролика n и выдает соответствующие сигналы на вход вычислителя, на другой вход которого с выхода блока измерения временных интервалов подаются сигналы, соответствующие длительностям интервалов времени Т, в течение которых осуществляется подсчет количества оборотов измерительного ролика. В вычислителе указанные значения Т, n, l используются для определения расчетным путем скорости движения скважинного прибора



Последовательность взаимодействия составных частей известного устройства определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах [1] задается соответствующими выходными сигналами генератора.

Недостатком известных способа и устройства [1] является недостаточная точность определения скорости движения скважинного прибора, вызванная механическим износом измерительного ролика вследствие трения; загрязнением, например, промывочным буровым раствором измерительного ролика и брони грузонесущего каротажного троса.

Наиболее близким к заявляемому способу определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах (прототипом) является способ измерения колебаний скорости движения магнитной ленты [2], включающий предварительную магнитную разметку ленты путем нанесения по ее длине магнитных меток, представляющих собой последовательность участков разной степени намагниченности, размещение вдоль движущейся магнитной ленты двух считывающих устройств, считывающих магнитные метки и превращающих их в соответствующие сигналы, определение функции корреляции В() выходных сигналов указанных считывающих устройств, определение мощности Р выходного сигнала одного из считывающих устройств, оценивание искомого колебания скорости движения магнитной ленты V(t) по величине переменной составляющей коэффициента корреляции r() выходных сигналов указанных считывающих устройств, соответствующего отношению указанных функции корреляции В() и мощности Р.

Наиболее близким к заявляемому устройству определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах (прототипом) является устройство измерения колебаний скорости движения магнитной ленты [3], содержащее размещенные вдоль движущейся магнитной ленты два считывающие устройства, считывающих магнитные метки и превращающих их в соответствующие сигналы, а также содержащее блок определения функции корреляции В(), блок определения мощности Р, последовательно соединенные блок вычисления коэффициента корреляции r(), блок обработки и блок регистрации, выход которого является выходом устройства, причем блок определения функции корреляции В() состоит из последовательно соединенных перемножителя и первого интегратора, выход последнего служит выходом блока определения функции корреляции В() и подключен к первому входу блока вычисления коэффициента корреляции r(), первый и второй выходы перемножителя служат первым и вторым входами блока определения функции корреляции B() и подключены к выходам соответствующих считывающих устройств, блок определения мощности Р состоит из последовательно соединенных квадратора и второго интегратора, выход последнего служит выходом блока определения мощности Р и соединен со вторым входом блока вычисления коэффициента корреляции r(), а вход квадратора служит входом блока определения мощности Р и подключен к выходу одного из считывающих устройств.

Работа известного устройства измерения колебания скорости движения магнитной ленты [3] заключается в последовательной реализации следующих операций [2].

1. Предварительно размечают магнитную ленту путем нанесения по ее длине магнитных меток, представляющих собой последовательность участков разной степени намагниченности. При этом в качестве магнитных меток могут использоваться либо специально наносимые последовательности разной степени намагниченности, либо в качестве таковых меток используются неоднородности намагниченности ленты, присущие самой ленте и вызванные, например, остаточной намагниченностью ленты или неравномерным нанесением на нее магнитного слоя. Такие магнитные неоднородности ленты в [2] называют "шумами".

2. Размещают вдоль движущейся магнитной ленты два считывающие устройства, считывающих магнитные метки и превращающих их в соответствующие сигналы. При движении магнитной ленты со скоростью V(t) вдоль считывающих устройств магнитные метки, указанные в п.1, последовательно считываются упомянутыми считывающими устройствами; при этом выходные сигналы U₁(t) и U₂(t) соответствующих считывающих устройств повторяют друг друга с задержкой по времени на величину ,

U₂(t) = U₁(t+), (2)

где

L - расстояние между упомянутыми считывающими устройствами.

3. Определяют значение функции корреляции В() выходных сигналов U₁(t) и U₂(t) указанных считывающих устройств. Данная операция выполняется в блоке определения функции корреляции В(), на входы которого с выходов соответствующих считывающих устройств поступают сигналы U₁(t) и U₂(t). Так как предполагается, что сигналы U₁(t) и U₂(t) не содержат постоянной составляющей, то оценка значения функции корреляции В() определяется из соотношения:



4. Определяют значение мощности Р выходного сигнала одного из считывающих устройств. Данная операция выполняется в блоке определения мощности Р из соотношения:

P = [U₁(t)]²dt, (5)

если блок определения мощности Р подключен к выходу первого считывающего устройства, или из соотношения:

P = [U₂(t)]²dt = [U₁(t+)]²dt, (6)

если блок определения мощности Р подключен к выходу второго считывающего устройства. Определение мощности Р по соотношениям (5) и (6) должно приводить к одному результату, поскольку предполагается, что на выходах обоих считывающих устройств воспроизводятся две копии одного сигнала, сдвинутые относительно друг друга на временной интервал .

5. Определяют коэффициент корреляции r() выходных сигналов указанных считывающих устройств из соотношения:



Данная операция осуществляется в блоке вычисления коэффициента корреляции r() с использованием полученных в п.3 и п.4 значений В() и Р.

6. Оценивают искомые колебания скорости движения магнитной ленты V(t) по величине переменной составляющей коэффициента корреляции r(), определенному в п.5. Данная операция осуществляется в блоке обработки.

7. Полученную в п.6 оценку колебаний скорости движения магнитной ленты выдают на выход устройства измерения в любом пригодном для дальнейшего использования виде, например, на индикацию. Данная операция выполняется блоком регистрации.

Недостатком известных решений способа [2] и устройства [3] измерения колебания скорости движения магнитной ленты являются ограниченные функциональные возможности, выражающиеся в недостаточной точности определения колебаний скорости движения магнитной ленты, во-первых, и невозможности определения направления и величины самой скорости движения магнитной ленты во-вторых.

В известных решениях [2] и [3] колебания скорости движения магнитной ленты V(t) оценивают по величине переменной составляющей коэффициента корреляции r(), определенной из соотношения (7). Строго говоря, указанное значение коэффициента корреляции r() выходных сигналов считывающих устройств должно определяться из соотношения [4]:



где В() - значение функции корреляции выходных сигналов U₁(t) и U₂(t), соответствующих считывающих устройств, определенное из соотношения (4);

₁(t) - среднеквадратическое отклонение выходного сигнала U₁(t) первого считывающего устройства;

₂(t) - среднеквадратическое отклонение выходного сигнала U₂(t) второго считывающего устройства.

Среднеквадратические отклонения ₁(t) и ₂(t) сигналов U₁(t) и U₂(t), которые, как предполагается, не содержат постоянной составляющей, находятся из соотношений (9а) и (9б), соответственно,





Оценка коэффициента корреляции r(), определенная из соотношения (7), эквивалентна оценке коэффициента корреляции r(), определенной из соотношения (8), только при условии одинаковых коэффициентов передачи указанных считывающих устройств, то есть при выполнении условия (2) U₂(t)=U₁(t+). В случае, когда коэффициенты передачи считывающих устройств неодинаковы, уровни выходных сигналов считывающих устройств описываются соотношением:

U₁(t) = cU₂(t) = cU₁(t+), (10)

где с - множитель, соответствующий отношению коэффициентов передачи указанных считывающих устройств.

При этом оценка коэффициента корреляции определенная из соотношения (7), будет отличаться от истинной в с раз.

Целью заявляемых способа и устройства определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах является повышение точности определения колебаний скорости движения скважинного прибора и возможность определения направления и величины скорости движения скважинного прибора.

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом способе определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах, основанном на измерение скорости движения грузонесущего каротажного троса, на конце которого закреплен скважинный прибор, и включающем предварительную магнитную разметку брони грузонесущего каротажного троса путем нанесения по его длине магнитных меток, представляющих собой последовательность участков разной степени намагниченности, размещение вдоль движущегося грузонесущего каротажного троса двух устройств, считывающих магнитные метки и превращающих их в соответствующие сигналы U₁(t) и U₂(t), определение функции корреляции В() выходных сигналов указанных считывающих устройств, определение коэффициента корреляции r() выходных сигналов указанных считывающих устройств, фиксируют расстояние L между считывающими устройствами, запоминают длину указанного расстояния L в виде соответствующего сигнала, определяют среднеквадратические отклонения ₁(t) и ₂(t) выходных сигналов U₁(t) и U₂(t) соответствующих считывающих устройств, определяют коэффициент корреляции r() выходных сигналов указанных считывающих устройств, соответствующий отношению указанной функций корреляции В() и произведения среднеквадратических отклонений ₁(t) и ₂(t) выходных сигналов U₁(t), U₂(t) считывающих устройств, перед определением указанной функций корреляции В() задерживают во времени выходные сигналы U₁(t) и U₂(t) соответствующих считывающих устройств на длительность ₁ и ₂, соответственно, таким образом, чтобы полученное значение указанного коэффициента корреляции r() выходных сигналов указанных считывающих устройств было максимально, используют значения расстояния L между считывающими устройствами и длительностей задержек ₁, ₂ выходных сигналов U₁(t) и U₂(t) для определения скорости движения скважинного прибора. При этом в устройстве определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах, содержащем два считывающих устройства расположенных вдоль движущегося грузонесущего каротажного троса, на конце которого закреплен скважинный прибор, последовательно соединенные блок определения функции корреляции В(), блок вычисления коэффициента корреляции r() и блок обработки, также содержащем блок регистрации, выход которого является выходом устройства, введены два блока вычисления среднеквадратического отклонения, два блока задержки, блок умножения, блок управления, вычислитель, блок памяти. Причем выход первого считывающего устройства подключен к соединенным вместе входу первого блока вычисления среднеквадратического отклонения и информационному входу первого блока задержки, выход второго считывающего устройства подключен к соединенным вместе входу второго блока вычисления среднеквадратического отклонения и информационному входу второго блока задержки, первые выходы первого и второго блоков задержки подключены соответственно к первому и второму входам блока определения функции корреляции В(), выходы первого и второго блоков блока вычисления среднеквадратического отклонения подключены к первому и второму входам блока умножения, соответственно, выход последнего соединен со вторым входом блока вычисления коэффициента корреляции r(), выход блока обработки соединен с входом блока управления, выход которого подключен к соединенным вместе управляющим входам первого и второго блоков задержки, второй выход первого блока задержки подключен к соединенным вместе второму входу блока обработки и первому входу вычислителя, второй выход второго блока задержки подключен к соединенным вместе третьему входу блока обработки и второму входу вычислителя, третий вход которого соединен с выходом блока памяти, выход вычислителя подключен ко входу блока регистрации.

Предлагаемое изобретение поясняется примером конкретного выполнения (см. фиг. 1) устройства определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах, которое содержит первое 2 и второе 3 считывающие устройства, расположенные вдоль движущегося грузонесущего каротажного троса 1, на конце которого закреплен скважинный прибор (не показан), последовательно соединенные блок определения функции корреляции В() 4, блок вычисления коэффициента корреляции r() 5 и блок обработки 6, также содержит блок регистрации 7, первый 8 и второй 9 блоки вычисления среднеквадратического отклонения, первый 10 и второй 11 блоки задержки, блок умножения 12, блок управления 13, вычислитель 14, блок памяти 15.

Работа заявляемого устройства определения скорости движения скважинного прибора при спуско-подъемных операциях в скважинах заключается в последовательной реализации следующих операций.

1. Предварительно осуществляют магнитную разметку брони грузонесущего каротажного троса путем нанесения по его длине магнитных меток, представляющих собой последовательность участков разной степени намагниченности, закрепляют на конце троса скважинный прибор. При этом в качестве магнитных меток могут использоваться либо специально наносимые последовательности разной степени намагниченности брони троса, либо в качестве таковых меток могут использоваться неоднородности намагниченности брони грузонесущего троса, возникающие из-за воздействия на броню троса внешних электромагнитных полей разной природы или вызванные, например, остаточной намагниченностью брони троса, возникающей в процессе его производства.

2. При спуско-подъемных операциях в скважинах размещают вдоль движущегося грузонесущего каротажного троса на фиксированном расстоянии L друг от друга два считывающих устройства, считывающих магнитные метки и превращающих их в соответствующие сигналы ₁(t) и U₂(t), запоминают длину указанного расстояния L в виде соответствующего сигнала, который записывают и хранят в блоке памяти 15.

При движении грузонесущего каротажного троса 1 со скоростью вдоль считывающих устройств 2 и 3 магнитные метки, указанные в п.1, последовательно считываются упомянутыми считывающими устройствами; при этом выходные сигналы U₁(t) и U₂(t) соответствующих считывающих устройств повторяют друг друга со сдвигом во времени на величину , равным отношению указанных фиксированного расстояния L и скорости троса

3. Определяют среднеквадратические отклонения ₁(t) и ₂(t) выходных сигналов U₁(t), U₂(t) считывающих устройств. Данные операции выполняются посредством первого 8 и второго 9 блоков блока вычисления среднеквадратического отклонения.

4. Задерживают во времени выходные сигналы U₁(t) и U₂(t) соответствующих считывающих устройств на длительность ₁ и ₂, соответственно, используют задержанные выходные сигналы считывающих устройств для определения функции корреляции В(), значение которой вместе со значениями среднеквадратических отклонений ₁(t) и ₂(t), определенных в п.3, используют для вычисления коэффициента корреляции r() выходных сигналов считывающих устройств. Для этого выходные сигналы соответствующих считывающих устройств задерживаются первым 10 и вторым 11 блоками задержки, с первых выходов которых задержанные выходные сигналы считывающих устройств 2 и 3 поступают на соответствующие первый и второй входы блока определения функции корреляции В() 4, с выхода которого сигнал поступает на первый вход блока вычисления коэффициента корреляции r() 5, на второй вход последнего поступает из блока умножения 12 сигнал, соответствующий произведению среднеквадратических отклонений ₁(t) и ₂(t), определенных в п.3.

5. Выбирают длительности задержек выходных сигналов первого и второго считывающих устройств ₁ и ₂, соответственно, таким образом, чтобы полученное значение указанного коэффициента корреляции r() выходных сигналов указанных считывающих устройств было максимально. Данные операции выполняются посредством блока обработки 6 и блока управления 13. На первый вход блока обработки 6 подается сигнал, соответствующий коэффициенту корреляции r() от блока вычисления коэффициента корреляции r() 5; на второй и третий входы блока обработки 6 со вторых выходов первого 10 и второго 11 блоков задержки поступает информация о величине задержки выходных сигналов первого 2 и второго 3 считывающих устройств, соответственно. По выходному сигналу блока обработки 6 в блоке управления 13 формируется соответствующий сигнал, который, поступая на соединенные вместе управляющие входы первого 10 и второго 11 блоков задержки, изменяет длительности задержек выходных сигналов U₁(t) и U₂(t), соответственно, первого 2 и второго 3 считывающих устройств ₁ и ₂, соответственно, таким образом, чтобы полученное значение указанного коэффициента корреляции r() было максимальным.

6. Используют значения указанных расстояния L между считывающими устройствами и длительностей задержек ₁,₂ выходных сигналов U₁(t) и U₂(t) для определения скорости V движения скважинного прибора. Данная операция выполняется посредством вычислителя 14, на первый и второй входы которого со вторых выходов первого 10 и второго 11 блоков задержки поступает информация о величине задержки выходных сигналов первого 2 и второго 3 считывающих устройств ₁ и ₂, соответственно. На третий вход вычислителя 14 из блока памяти 15 подается сигнал, соответствующий указанному расстоянию L между считывающими устройствами 2 и 3. В вычислителе 14 вычисляются, например, программным способом направление и величина скорости движения грузонесущего каротажного троса из соотношения:



Как уже указывалось, скорость движения грузонесущего каротажного троса соответствует скорости движения скважинного прибора, закрепленного на конце этого троса. Полученное в вычислителе 14 значение скорости движения скважинного прибора через блок регистрации 7 выдается на выход устройства в любой удобной для дальнейшего использования форме, например отображается на цифровом индикаторе или регистрируется на бумажном или ином носителе.

Блоки, входящие в состав заявляемого устройства определения скорости движения скважинного прибора, известны из техники.

В качестве первого 2 и второго 3 считывающих устройств, блока определения функции корреляции В() 4, блока вычисления коэффициента корреляции r() 5, блока обработки 6 и блока регистрации 7 могут быть применены соответствующие блоки из устройства-прототипа [3].

Первый 8 и второй 9 блоки вычисления среднеквадратического отклонения, блок умножения 12 и вычислитель 14 могут быть выполнены, например, программным способом или в виде функциональных преобразователей; примеры выполнения соответствующих функциональных преобразователей приведены в [5].

Блок управления 13 может быть выполнен в виде распределителя импульсов, а блок памяти 15 - в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ); примеры реализации распределителей импульсов и ПЗУ приведены в [5].

Первый 10 и второй 11 блоки задержки могут быть реализованы на оперативных запоминающих устройствах с произвольной выборкой по схеме регистров сдвига переменной длины; примеры построения таких регистров приведены в [5].

Источники информации

1. Заворотько Ю. М. Геофизические методы исследования скважин. Учебник для техникумов. М.: Недра, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР 505960 /Способ измерения колебаний скорости движения магнитной ленты/ авт. А.Д. Зедгинидзе.

3. Авторское свидетельство СССР 498551 /Устройство для измерения колебаний скорости движения магнитной ленты/ авт. А.Д. Зедгинидзе.

4. Теория электрической связи: Учебник для вузов /А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, В. И. Коржик, М. В. Назаров. Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 1998.

5. Титце У. , Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. Справочное руководство. /Пер. с нем. - М.: Мир, 1982, с. 512.