ФЭА / АИТ / дипломный проект "аппаратура акустического каротажа МАК-2 снабженная цифровым каротажным регистратором «Гектор"
(автор - student, добавлено - 5-01-2014, 15:02)
СКАЧАТЬ:
Для геофизических исследований контроля качества крепления скважин применяется различная аппаратура. Для этого необходимо проводить комплекс исследований обеспечивающий:
Для контроля качества цементирования и разобщения пластов, высоты подъёма тампонирующей смеси за колонной можно производить замеры следующими геофизическими методами исследований: радиактивный цементомерГГК, акустический цементомер АКЦ или МАК, гамма-дефектомер и электротермометр. В геофизических исследованиях используются различная аппаратура. Приведём пример аппаратуры акустического каротажа которая предложена в данном дипломном проекте. Упрощенная блок-схема аппаратуры АК для трехэлементного зонда показана в приложении 5. Схема рассчитана на непрерывную регистрацию – кривой изменения интервального времени Dt или скорости распространения упругой волны v с глубиной. Импульсный генератор ИГ периодически (с частотой 10-25Гц) посылает импульсы электрического тока в обмотку излучателя колебаний И. Излучатель колебаний состоит и магнитострикционного вибратора (сердечника из никеля или другого сплава) с высоким коэффициентом магнитострикци, на который наложена обмотка. Расширение сплава при намагничивании электрическим током, подаваемым через обмотку, создает импульсы упругих (ультразвуковых) колебаний, приводящих к деформации окружающей среды и образованию в ней упругой волны. Излучатель и приемники разделены между собой акустическими изоляторами Из1 и Из2 , состоящими из звукопоглощающего материала. Этим исключается возможность поступления упругой волны по скважинному прибору. В приемниках П1 и П2, воспринимаемых колебания, используется пьезокерамический эффект цирконата титаната свинца (ЦТС-19) или керамика титаната бария (BaTiO3). Импульсы, воспринимаемые приемниками, преобразуются в электрические сигналы, которые поступают на усилители У1 и У2 и затем на вход электронной схемы, размещенной в скважинном приборе (ЭСС) и на поверхности ЭСП. Электронная схема представляет собой счетно-решающее устройство, предназначенное для счета времени. В момент вступления головной волны в приемник П1 (ближайший от излучателя) электронная схема начинает вести счет времени, при достижении волной приемника П2 от него поступает сигнал, приостанавливающий счет времени. Время между сигналами преобразуется на выходе электронной схемы в электрическое напряжение, пропорциональное осреднению за несколько импульсов времени пробега упругой волны между приемниками. Напряжение с выхода поступает на регистрирующий прибор РП, записывающий диаграмму акустического каротажа. Аппаратура эталонируется с таким расчетом, чтобы по полученным кривым можно было непосредственно отсчитать интервальное время Dt (в мкс\м) или скорость v (в м/с). Контроль за работой схемы осуществляется осциллоскопом Ос. Для питания наземной и скважинной аппаратуры служит схема ИП. В дипломном проекте исследуется аппаратура акустического каротажа МАК-2 снабженная цифровым каротажным регистратором «Гектор», наземной панелью УЗБА, которая предназначена для геофизических исследований контроля качества крепления скважин. Аппаратура акустического каротажа МАК-2 (в дальнейшем - аппаратура) Аппаратура выпускается в двух исполнениях: 1) исполнение 1 - предназначено для работы при температуре окружающей среды до 150 °С и гидростатическом давлении до 120 МПа; 2) исполнение 2 - предназначено для работы при температуре окружающей среды до 120 °С и гидростатическом давлении до 80 МПа. Аппаратура должна эксплуатироваться с каротажными лабораториями и Технология проведения скважинных исследований с записью регистрируемых параметров на каротажные регистраторы типа СКР и ТРИАС с последующей машинной интерпретацией на персональном компьютере типа IBM PC приведена в руководящем документе «Методическое руководство по проведению исследований и интерпретации данных, получаемых аппаратурой МАК-2 при контроле качества цементирования обсадных колонн в различных геологических условиях», разработанном во ВНИИнефтепромгеофизике г. Уфа. Основные параметры МАК-2: Диапазон преобразования интервального времени распространения упругих волн в разность временных задержек электрических импульсов от 120 до 600 мкс/м. Диапазон преобразования коэффициента затухания упругих волн в отношении амплитуд электрических импульсов от 3 до 30 дБ/м. В скважинном приборе используется трехэлементный акустический зонд ИLП1 S П2 с размерами: длина ближнего зонда L = (1000 ±5) мм; база зонда S = (500 ±3) мм. Мощность, потребляемая аппаратурой, не более 50 ВА, в том числе блоком управления - не более 25 В А. Технические характеристики: Пределы допускаемой основной относительной погрешности преобразования интервального времени распространения упругих волн в разность временных задержек электрических импульсов ±3 %; Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности преобразования коэффициента затухания упругих волн в отношение амплитуд электрических импульсов не более ±1,4дБ/м в диапазоне от 3,0 до 15 дБ /м и не более ±2,8 дБ/м в диапазоне от 15 до 30 дБ/м; Питание аппаратуры осуществляется от сети переменного тока напряжением (220 ±22) В и частотой (50 ±1) Гц; Частота запуска излучателя скважинного прибора (25 ±1) Гц; Частота первого периода упругих колебаний, возбуждаемых излучателем скважинного прибора, не более 20 кГц; Амплитуда второго полупериода сигнала ближнего зонда на выходе блока управления на сопротивлении нагрузки 1 кОм в свободной стальной колонне с наружным диаметром 146 мм при минимальном коэффициенте усиления скважинного прибора не менее 5 В; Уровень электронных шумов, наводок и волны-помехи по звукоизолятору в интервале времен от 200 до 700 мкс по первому каналу измерений и от 250 до 1000 мкс по второму каналу измерений на выходе блока управления меньше амплитуды второго полупериода сигнала в свободной стальной трубе с наружным диаметром (146 ±6) мм не менее, чем на 50 дБ; Средняя наработка на отказ при рабочей температуре скважинного - установленная безотказная наработка не менее 20 ч.; - полный средний срок службы не менее 6 лет; - установленный срок службы не менее 3 лет. Время установления рабочего режима аппаратуры 15 мин.; Время непрерывной работы аппаратуры 8 ч. Устройство и принцип работы предлагаемой аппаратуры.Аппаратура содержит два скважинных прибора - один с излучателем Блок управления аппаратуры вырабатывает переменное напряжение В качестве канала связи между скважинным прибором и блоком Рассмотрим структурную схему и временные диаграммы работы аппаратуры (Приложения 1, 2). Питание аппаратуры осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Через силовой трансформатор Т2 блока управления переменное напряжение поступает на формирователь напряжения питания ФНП скважинного прибора. ФНП позволяет ступенчато через 5В регулировать напряжение питания скважинного прибора в пределах от 110 до 120В в зависимости от длины каротажного кабеля, а также производить смещение напряжения питания скважинного прибора (Приложение 2(а)) относительно точки заземления (корпуса прибора) на постоянную величину 6В (положительную или отрицательную). При стандартном режиме питания скважинного прибора (без смещающего напряжения) коэффициент усиления скважинного прибора имеет минимальное значение. При положительном смещающем напряжении коэффициент усиления принимает среднее значение, а при отрицательном - максимальное значение. Через дроссели L1 и L2 среднюю точку трансформатора Т1 блока управления переменное напряжение частотой 50 Гц через первую, вторую жилы и броню каротажного кабеля по фантомной схеме поступает в скважинный прибор аппаратуры. Через среднюю точку трансформатора Т1 скважинного прибора переменное напряжение поступает на силовые трансформаторы Т2 и ТЗ, а также на делитель напряжения Rl, R2 в блок функциональный БФ. На вторичных обмотках трансформаторов Т2, ТЗ вырабатываются переменные напряжения, необходимые для питания блока силового напряжения БСН-60, блока стабилизаторов напряжения БСН-7,5 и блока выпрямителей БВ. БСН-60 выдает напряжение 60В, необходимое для питания блокинг-генератора БГ и блока синхронизации и управления БСУ. БСН-7,5 выдает стабилизированное напряжение 7,5В и минус 7,5В, необходимые для питания блока усилителя БУС, а также блока синхронизации и управления БСУ. Блок стабилизаторов напряжения БСН-40, который питается от блока выпрямителей, вырабатывает стабилизированные напряжения 40В и минус 40В, необходимые для работы оконечных каскадов блока усилителя. Блокинг-генератор вырабатывает высокое напряжение, предназначенное для заряда конденсаторов Cl, C2, питающих генератор импульсов возбуждения ГИВ излучателя. Синхронизация работы скважинного прибора осуществляется переменным напряжением частотой 50 Гц, сформированным на выходе делителя R1, R2 блока функционального БФ. С выхода этого делителя переменное напряжение поступает на вход блока синхронизации и управления, который осуществляет деление частоты 50 Гц в два раза и формирует короткие импульсы (Приложение 2 (б)) частотой 25Гц, запускающие генератор импульсов возбуждения ГИВ, а также синхроимпульсы и управляющие сигналы, необходимые для работы блока усилителя. Синхроимпульсы (Приложение 2(к)) с выхода БСУ через конденсатор С1 блока функционального БФ, среднюю точку трансформатора Т1 прибора, первую и вторую жилы каротажного кабеля относительно его брони передаются в наземный блок управления аппаратуры. Управляющие сигналы (Приложение 2 (в)), вырабатываемые БСУ, поочередно с частотой 12,5Гц подключают выходы приемников акустических сигналов каналов П1 и П2 к усилительному тракту БУС. Кроме того, БСУ формирует управляющие сигналы, определяющие коэффициент усиления БУС. Для формирования этих сигналов используется информация (±U), поступающая на вход БСУ с резистора R3 блока функционального БФ. Резистор R3 является датчиком тока питания скважинного прибора. При стандартном режиме питания постоянное напряжение смещения на этом резисторе отсутствует. При этом БСУ формирует управляющие сигналы, устанавливающие минимальный коэффициент усиления БУС. При положительном смещении напряжения питания, сформированном в блоке управления аппаратуры, на входе БСУ создается положительный потенциал 0,6В., на выходе формируются управляющие сигналы, устанавливающие средний коэффициент усиления БУС. При отрицательном смещении напряжения питания прибора на выходе БСУ формируются управляющие сигналы, устанавливающие максимальный коэффициент усиления БУС. Помимо вышеописанных функций, БСУ формирует импульсы длительностью (5-10) мс, задающие время работы блокинг-генератора (Приложение 2 (г)). В это время происходит заряд конденсаторов Cl, C2 высоким напряжением на выходе БГ (Приложение 2 (д)). Излучатель И скважинного прибора, возбуждаемый генератором импульсов ГИВ, периодически (с частотой 25Гц) создает в скважине импульсы упругих колебаний (Приложение 2 (е)). Которые, распространяясь вдоль скважины, попадают на акустические приемники П1 и П2 (Приложение2(ж,з)). Приемники П1 и П2 преобразуют принятые импульсы упругих колебаний в электрические сигналы. Поочередно с частотой 12,5 Гц электрические сигналы с выходов приемников П1 и П2 поступают в тракт усиления БУС. После усиления с выхода БУС (Приложение 2 (и)) через трансформатор Т1 прибора по первой и второй жилам каротажного кабеля информационные сигналы волновых картин ВК передаются в наземный блок управления аппаратуры. Блок управления аппаратуры с помощью трансформатора Т1, конденсатора С1, дросселей LI, L2 и селектора синхроимпульсов ССИ позволяет разделить информационные сигналы и синхроимпульсы, поступающие со скважинного прибора. Вторичный источник питания ВИП, вырабатывающий стабилизированные напряжения 5В и минус 5В, предназначен для питания селектора синхроимпульсов. С вторичной обмотки трансформатора Т1 информационные сигналы поступают на выходы блока управления (клеммы ВК1 и ВК2). Селектор синхроимпульсов вырабатывает на выходе блока управления (клемма СИ) следующие комбинации синхроимпульсов: СИ1 - синхроимпульсы, соответствующие моменту возбуждения излучателя в цикле приема сигналов от ближнего приемника скважинного прибора; СИ2 - синхроимпульсы, соответствующие моменту возбуждения излучателя в цикле приема сигналов от дальнего приемника скважинного прибора; СИ1+2 - сумму синхроимпульсов СИ1 и СИ2; СИ1+Р+2 - сумму синхроимпульсов СИ1, СИ2 и реперного синхроимпульса, вырабатываемого через 20 мс после СИ1; СИ - сумму синхроимпульсов, поступающих со скважинного прибора. Информационные сигналы и синхроимпульсы, вырабатываемые на выходах блока управления аппаратуры МАК-2, предназначены для передачи в цифровую регистрирующую систему или в наземные измерительные панели УЗБА-21 и УЗБА-21А, с помощью которых производится измерение кинематических и динамических характеристик принятых сигналов. Рассмотрим устройства и принцип работы составных частей аппаратурного комплекса. Скважинный прибор содержит следующие основные узлы: 1) блок электронный приемный; 2) блок электронный генераторный; 3) зонд акустический; 4) центратор; 5) заглушка; 6) наконечник; 7) кожух для приемного электронного блока; 8) кожух для генераторного электронного блока. Каждый акустический зонд содержит блоки приемников, блок излучателя и звукоизолирующий фильтр, соединяющий блоки. Так как в комплект поставки входят два скважинных прибора, то при выпуске предусмотрено один из них собирать с акустическим зондом, содержащим излучатель диаметром 73 мм, а другой 100 мм. На концах блоков приемника и излучателя установлены разъемы типа 2РМ24, причем на блоке излучателя штыревой, а на блоке приемников гнездовой. Соединения между ними и обмотками преобразователей осуществляются в соответствии со схемой электрической соединений. Электронные блоки скважинных приборов размещены в защитных кожухах с наружным диаметром 73 мм, на которых устанавливаются центраторы. Прибор можно разделить на три части: зонд акустический, блок электронный генераторный в кожухе с наконечником и блок электронный приемный в кожухе с заглушкой, а затем компонуется в два блока. При этом на заглушку из ЗИП с двух сторон закрепляются электронные блоки (приемный и генераторный), а поверх их устанавливаются защитные кожуха с центраторами. Со стороны блока электронного приемного в кожух ввинчивается заглушка, а со стороны блока электронного генераторного, наконечник с колпаком. На концы акустического зонда устанавливаются заглушки. Соединение генераторного электронного блока с наконечником производится с помощью разъема со скользящими контактами, причем кольцевые контакты расположены на наконечнике, а штыревые - на электронном блоке. Наружный конец наконечника предназначен для присоединения кабельной головки с трехжильным бронированным кабелем. Центратор. В зависимости от диаметра исследуемой скважины на центратор устанавливаются соответствующие рессоры (для диаметров скважин 100 мм, для диаметров скважин до 220 мм или для диаметров скважин до 320 мм). Верхний и нижний центраторы имеют одинаковую конструкцию: два корпуса соединены четырьмя рессорами одного из трех исполнений с помощью осей, закрепленных шплинтами. Для снижения уровня шумов, проходящих с центратора на корпус прибора, внутри корпусов установлены звукоизолирующие разрезные кольца, а при установке центратора на охранный кожух электронного блока с обеих сторон каждого корпуса устанавливаются цельные звукоизолирующие кольца. Для фиксации положения центратора на охранном кожухе установлена гильза, закрепляемая винтами. Между гильзой и цельным звукоизолирующим кольцом установлено опорное металлическое кольцо. Для настройки раскрытия рессор в соответствии с диаметром исследуемой скважины между опорным кольцом и гильзой устанавливаются разрезные металлические кольца (три исполнения: шириной 10мм, 20мм, 50мм). Для увеличения жесткости центраторов при работе в скважинах с большими углами наклона аналогичные разрезные металлические кольца могут быть установлены с внешней стороны корпусов, при этом со стороны корпуса также устанавливается опорное металлическое кольцо, с другой стороны набор разрезных металлических колец упирается в ограничительные втулки, устанавливаемые на наконечник и заглушку, или в выступы на корпусах, расположенных на концах акустического зонда. Блок излучателя диаметром 73мм или диаметром 100мм. Конструкция обоих блоков одинакова. Все акустические преобразователи имеют конструкцию, состоящую из прочного корпуса и размещенных внутри него двух катушек с сердечниками из пермендюра (специальная электротехническая сталь имеющая свойства излучения ультразвука при воздействии на него электромагнитного импульса), которые установлены в резиновом чехле, залитом силиконовой жидкостью. Излучатель установлен на валу на опорных шайбах, между которыми расположена распорная втулка. Соединительные провода от преобразователя проходят через отверстия в боковых поверхностях вала и распорной втулки в канал по центру вала. Гидроизоляция зазоров между опорными шайбами, корпусом преобразователя и валом обеспечивается конусообразными резиновыми уплотнительными кольцами, причем между ними и опорной шайбой установлены две прокладки из паронита, между которыми установлено металлическое кольцо толщиной 0,5 мм. Блок приемников. Конструкция приемников, их установка на валу, звукоизоляция и гидроизоляция аналогичны конструкции излучателя, но в качестве чувствительных элементов использованы пьезокерамические кольца. Блок электронный генераторный БЭГ. Конструктивно БЭГ размещен на шасси, с одной стороны которого установлен «скользящий» штыревой разъем, предназначенный для электрической связи с разъемом блока верхнего центратора. С другой стороны шасси установлена розетка, предназначенная для подсоединения к вилке блока излучателя. БЭГ содержит трансформаторы T1, Т2, ТЗ, блок функциональный БФ, блок силового напряжения БСН-60, блок выпрямителей БВ, блокинг-генератор БГ, накопительные конденсаторы C1, C2 и генератор импульсов возбуждения ГИВ. Электронные блоки выполнены на отдельных печатных платах. Трансформатор Т1 предназначен для передачи переменного напряжения питания в скважинный прибор и передачи синхроимпульсов и информационных сигналов в наземный блок управления. Трансформатор Т2 и ТЗ вырабатывают переменное напряжение, необходимое для питания блока силового напряжения 60В, блока выпрямителей и блока стабилизаторов напряжений 7,5В и минус 7,5В.
Блок функциональный БФ. На резисторах R1, R2 выполнен делитель переменного напряжения, поступающего в скважинный прибор из наземного блока управления. С резистора R2 переменное напряжение 1В частотой 50Гц поступает в блок синхронизации и управления БСУ и используется для синхронизации работы скважинного прибора. Резистор R3 является датчиком тока, потребляемого скважинным прибором. Напряжение, снимаемое с резистора R3 поступает в БСУ и используется для формирования управляющих сигналов, задающих коэффициент усиления блока усилителя БУС. При стандартном режиме питания скважинного прибора (без смещения напряжения питания) на резисторе R3 формируется только переменное напряжение. При положительном смещении питающего напряжения, создаваемого в наземном блоке управления аппаратуры, на резисторе R3 возникает дополнительно положительный потенциал 0,6В. при отрицательном смещении питающего напряжения на резисторе R3 создается отрицательный потенциал минус 0,6В. Конденсатор С1 предназначен для передачи синхроимпульсов, поступающих из БСУ, через среднюю точку трансформатора Т1 в наземный блок управления. Блок силового напряжения БСН-60. БСН-60 предназначен для формирования нестабилизированного напряжения 60В, необходимого для питания блокинг-генератора БГ и оконечного каскада схемы формирования синхроимпульсов в блоке синхронизации и управления БСУ. БСН-60 содержит диодный выпрямительный мост VI-V4, фильтрующие конденсаторы С1- С6. Блок выпрямителей БВ. Блок выпрямителей (БВ) предназначен для формирования нестабилизированных напряжений постоянного тока 55В и минус 55В, необходимых для питания блока стабилизатора напряжения БСН-40. На вход БВ поступает два переменных напряжения 50В частотой 50Гц с выхода трансформатора ТЗ относительно его средней точки 8. БВ содержит диодный выпрямительный мост VI-V4 и два фильтрующих конденсатора С1 и С2. На выходах блока 3 и 4 относительно выхода 5 формируются напряжения постоянного тока соответственно 55В и минус 55В. Блокинг-генератор БГ. Блокинг-генератор (БГ) предназначен для выработки высокого напряжения, необходимого для заряда накопительных конденсаторов Cl, C2 в блоке электронном генераторном. На вход БГ поступает нестабилизированное напряжение 60В с выхода БСН-60. БГ содержит ключевой эмиттерный повторитель на транзисторе V1, схему управления ключом на V2, генератор высоковольтных импульсов на V4, Т1, схему удвоения и выпрямления переменного напряжения на V5-V8 и делитель напряжения R6, R7. Из блока синхронизации и управления на вход 7 БГ поступают управляющие импульсы нулевого потенциала (Приложение 2(г)) длительностью (6-10)мс. В остальное время 40мс цикла работы аппаратуры на вход 7 БГ поступает напряжение 7,5В. В это время (30-34)мс транзистор V2 открыт, а транзистор VI закрыт, так как на его базу поступает лишь небольшое напряжение насыщения с открытого транзистора V2. При поступлении управляющих импульсов нулевого потенциала транзистор V2 закрывается, а на базу транзистора VI через резистор R1 поступает постоянное напряжение 60В, которое через ключевой эмиттерный повторитель на транзисторе V1 поступает на генератор высоковольтных импульсов на транзисторе V4. При поступлении напряжения питания этот генератор формирует на вторичной обмотке трансформатора Т1 высоковольтные импульсы частотой (2-5)кГц, которые удваиваются по напряжению, выпрямляются с помощью диодов V5 - V8. Высокое напряжения с выхода БГ используется для заряда накопительных конденсаторов С1, С2 БЭГ, которые подключены к генератору импульсов возбуждения излучателя. Делитель напряжения на резисторах R6, R7 служит датчиком напряжения заряда на накопительных конденсаторах. С резистора R7 напряжение поступает на блок синхронизации и управления БСУ. При достижении на накопительных конденсаторах напряжения 520В на выходе БСУ формируется окончание управляющих импульсов, поступающих на вход 7 БГ. Таким образом, резистор R7 является датчиком схемы автоматического регулирования напряжения заряда накопительных конденсаторов. БГ вырабатывает высокое напряжение в четвертой четверти 40мс цикла работы аппаратуры, а информационные сигналы принимаются скважинным прибором и передаются в наземную часть в первой четверти этого цикла. Поэтому электромагнитные наводки и помехи, создаваемые БГ не влияют на информационные сигналы. Генератор импульсов возбуждения ГИВ. Генератор импульсов возбуждения (ГИВ) предназначен для возбуждения излучателя скважинного прибора мощными импульсами тока. ГИВ состоит из тиристора V2 и схемы управления, содержащей трансформатор Т, резистор R и защитный диод VI. На анод тиристора подается высокое напряжение от накопительных конденсаторов С1, С2 БЭГ. На первичную обмотку трансформатора с выхода блока синхронизации и управления поступают импульсы запуска тиристора (ИЗТ), имеющие период 40 мс. Со вторичной обмотки трансформатора Т через резистор эти импульсы передаются на управляющий электрод тиристора V2. В момент поступления запускающих импульсов тиристор открывается, а предварительно заряженные с помощью БГ накопительные конденсаторы разряжаются через тиристор на обмотку магнитострикционного излучателя скважинного прибора. В обмотке излучателя создается мощный импульс тока и колебательный процесс в контуре, образованном накопительной емкостью и индуктивностью излучателя. При отрицательной фазе тока в контуре тиристор закрывается. Тиристор V2 находится под напряжением в течение четверти периода возбуждения излучателя, поэтому имеет облегченный режим работы, что позволяет обеспечить высокую его надежность при повышенных температурах окружающей среды. Блок электронный приемный БЭП. Конструктивно блок электронный приемный (БЭП) размещен на шасси, с одной стороны которого установлен «скользящий» штыревой разъем, предназначенный для электрической связи с разъемом блока приемников, а с другой стороны шасси установлена вилка 2, предназначенная для подсоединения к розетке блока излучателя. БЭП содержит блок стабилизаторов напряжения БСН-40, блок стабилизаторов напряжения БСН-7,5, блок синхронизации и управления БСУ и блок усилителя БУС. Электронные блоки выполнены на отдельных печатных платах. Рассмотрим принципиальную электрическую схему блока стабилизатора напряжения. БСН-40 предназначен для формирования стабилизированных напряжений постоянного тока 40В и минус 40В, необходимых для питания оконечных каскадов блока усилителя БУС. На входы БСН-40 с выходов блока выпрямителей БВ поступают нестабилизированные напряжения 55В и минус 55В. БСН-40 содержит два идентичных стабилизатора напряжения, выполненных по последовательной компенсационной схеме. Каждый стабилизатор напряжения состоит из регулирующего транзистора V5 и V6, параметрического стабилизатора опорного напряжения R1, VI и R2, V2, делителя выходного напряжения R7 - R9 и R10 - R12, усилителя постоянного тока А1 и А2 и фильтрового конденсатора С1 и С2. Усилители постоянного тока питаются от параметрических стабилизаторов R3, R4, V3 и R5, R6, V4. Блок стабилизаторов напряжения БСН-7,5. Блок стабилизаторов напряжения (БСН-7,5) предназначен для формирования стабилизированных напряжений постоянного тока 7,5 В и минус 7,5 В, необходимых для питания блока синхронизации и управления БСУ и блока усилителя БУС. На входы БСН-7,5 поступают переменные напряжения 15 В со вторичных обмоток трансформатора ТЗ блока электронного генераторного. БСН-7,5 содержит две идентичные схемы выпрямителей, фильтров и стабилизаторов напряжения. Выпрямители выполнены по мостовой схеме на диодных матрицах А1 и А2. Емкостные фильтры С1, СЗ и С2, С4 служат для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителей. Стабилизаторы напряжения выполнены по последовательной компенсационной схеме и состоят из регулирующего транзистора VI и V2, параметрического стабилизатора опорного напряжения Rl, V3 и R2, V4, делителя выходного напряжения R3 - R5 и R6 - R8, усилителя постоянного тока A3 и А4 и выходного фильтра С5,С7,С9и С6,С8,С10. Выходные напряжения 7,5В и минус 7,5В стабилизаторов регулируются с помощью подстроенных резисторов R4 и R7. Блок синхронизации и управления БСУ. Блок синхронизации и управления (БСУ) предназначен для формирования следующих импульсов синхронизации и управления: 1) импульсов запуска генератора импульсов возбуждения (ИЗТ); 2) суммы импульсов синхронизации первого, второго канала измерений и реперного синхроимпульса (СИ); 3) импульсов, управляющих работой блокинг-генератора (УИ); 4)импульсов и сигналов постоянного тока, управляющих работой блока На вход БСУ поступают следующие сигналы: 1)переменное напряжение 1В частотой 50Гц (~ 50Гц); 2) сумма переменного напряжения частотой 50Гц и напряжения смещения (±U) 3) импульсы напряжения заряда накопительных емкостей с делителя напряжения (ДН). Для питания БСУ используются стабилизированные напряжения 7,5В, минус 7,5В и 50В. БСУ содержит фильтр нижних частот R3, СЗ, источник опорного напряжения R2, VI, четыре компаратора Al.l, A1.2, А2.1, А2.2, амплитудный ограничитель R16, V4, инвертор-формирователь Д1.2, два счетных триггера Д2, две логические схемы «И-НЕ» Д1.1, Д1.3, дифференцирующие цепи С13, R28, С12, R27,C11, R23, диодные селекторы положительных импульсов V7 - V9, V14, VI5, усилитель синхроимпульсов R29 - R33, VI6 - VI9, усилитель импульсов запуска ГИБ R24 - R26, VI0 - V13, фильтр нижних частот R4, R7, R8, Cl, C2, С4 - С7, формирователи опорного напряжения компараторов R17, R18 и R12, R14, амплитудные ограничители R21, V6 и R22, V5, фильтры питающих напряжений С14, С15-С19. Временные диаграммы БСУ приведены в приложении 3. Переменное напряжение частотой 50Гц, поступающее на резистор R1 и далее на компаратор А1.2, используется для синхронизации работы аппаратуры. Компаратор А1.2 формирует прямоугольные импульсы частотой 50Гц из синусоидального входного напряжения. С выхода компаратора эти импульсы поступают на инвертор-формирователь Д1.2, который осуществляет инвертирование входных импульсов (Приложение 3 (6д1)). Передним фронтом выходных импульсов Д1.2 переводится в очередное инверсное состояние первый счетный триггер Д2 (Приложение 3 (2д2)). На выходах 1 и 2 микросхемы Д2 формируются прямоугольные импульсы частотой 25Гц и длительностью 20мс. Передним фронтом импульсов с выхода 1 Д2 переводится в очередное инверсное состояние второй счетный триггер этой микросхемы. На выходах 14 и 15 Д2 формируются прямоугольные импульсы частотой 12,5Гц и длительностью 40мс (Приложение 3 (15д2)). Посредством логической схемы Д1.3 формируются отрицательные прямоугольные импульсы частотой 25Гц и длительностью 10мс (Приложение 3 (10д1)), передний фронт которого сдвинут на 20мс относительно переднего фронта импульсов на выходе 15Д2. Дифференцирующие цепи на выходах 14 и 15 Д2 и выходе 10 Д 1.3 формируют короткие положительные и отрицательные импульсы, соответствующие положительным и отрицательным фронтам импульсов на выходах данных микросхем (Приложение 3 (R28, R27, R23)) Положительные импульсы, сформированные на резисторах R23 и R27, селектируются с помощью диодов V8 и V9, усиливаются усилителем V10, VII и используются для запуска генератора импульсов возбуждения излучателя ГИВ (Приложение 3 (ИЗТ)). Частота импульсов запуска в два раза меньше частоты напряжения питания скважинного прибора и составляет 25Гц. Положительные импульсы, сформированные на резисторах R23, R27, R28, селектируются с помощью диодов V7, V14, V15, усиливаются усилителем VI6, VI7 и далее передаются в наземный блок управления для синхронизации наземных измерительных устройств. Данная последовательность синхроимпульсов (Приложение 3 (СИ)) состоит из синхроимпульсов первого канала измерения (1), синхроимпульсов второго канала измерений (2) и реперного импульса (Р), расположенного на «временной» оси на расстоянии 30мс от первого импульса и 10 мс от второго синхроимпульса. Первый и второй синхроимпульсы формируются в моменты запуска генератора импульсов возбуждения излучателя. Реперный импульс необходим для разделения первого и второго синхроимпульсов в наземном блоке управления. В первом цикле измерений (40 мс), в котором формируется реперный импульс, к блоку усилителя БУС подключается выход ближнего (первого) приемника скважинного прибора, в наземный блок управления передаются сигналы ближнего приемника. Во втором цикле измерений, в котором реперный импульс не формируется, к БУС подключается выход дальнего (второго) приемника скважинного прибора, в наземный блок управления передаются сигналы дальнего приемника. Для управления ключами БУС из БСУ поступают с выхода 14Д2 управляющие импульсы Ао длительностью 40мс и периодом следования 80мс (Приложение 2 (в)). Кроме того, с помощью БСУ осуществляется управление коэффициентом усиления БУС. Для этого из блока функционального с резистора R3 в БУС поступают сигналы управления, состоящие из переменного напряжения частотой 50Гц и напряжения смещения постоянного тока. При этом переменное напряжение является помехой и не несет информации, поэтому переменная составляющая подавляется с помощью фильтра нижних частот R4, R7, R8, Cl, C2, С4 - С7 до незначительного уровня. Постоянная составляющая входного сигнала беспрепятственно поступает на входы компараторов А2.1 и А2.2. В зависимости от режима работы наземного блока управления на вход компаратора может поступать либо нулевое постоянное напряжение, либо положительное напряжение смещения 0,6 В, либо отрицательное напряжение смещения минус 0,6 В. В первом случае на выходах компараторов А2.1 и А2.2 устанавливаются отрицательные напряжения; во втором случае на выходе А2.1 - положительное напряжение, на выходе А2.2 - отрицательное напряжение; в третьем случае на выходе А2.1 - отрицательное напряжение, на выходе А2.2 - положительное напряжение. После амплитудных ограничителей R21, V6 и R22, V5 на выходах А1 и А2 БСУ формируются логические уровни 1 или 0 в зависимости от положения переключателя УСИЛ. СП в наземном блоке управления. В таблице 3 приведены положения переключателя УСИЛ. СП, коэффициент усиления БУС и логические уровни на выходах Al, A2 БСУ. таб.1
Кроме вышеописанных функций БСУ управляет работой блокинг-генератора БГ. На вход 1 компаратора А 1.1 поступают через делитель выходные импульсы напряжения БГ ((Приложение 3 (ДН)), которые отражают процесс заряда накопительных конденсаторов С1, С2 БЭГ. В момент достижения напряжения заряда 520В срабатывает компаратор А 1.1, на его выходе устанавливается отрицательное напряжение. После разряда накопительных емкостей на выходе компаратора устанавливается исходное положительное напряжение, так как на неинвертирующий вход А 1.1 поступает положительное опорное напряжение со стабилизатора VI. На выходе этого компаратора формируются отрицательные импульсы длительностью до 5 мс (Приложение 3(2Д1)). На выходе логической схемы «И-НЕ» Д1.1 формируются отрицательные импульсы, управляющие работой блокинг-генератора БГ (см. диаграмму УИ на рисунке 3). БГ вырабатывает высокое выходное напряжение только при поступлении управляющих импульсов БСУ. Передний фронт управляющих импульсов формируется всегда через 30мс после импульсов запуска ГИВ (Приложение 3 (ИЗТ)) а задний фронт этих импульсов формируется в моменты срабатывания компаратора А1.1. Длительность управляющих импульсов составляет (6-10)мс и зависит от температуры окружающей среды, которая влияет на режим заряда накопительных емкостей C1, C2 БЭГ, компаратор А 1.1, логическая схема Д1.1 являются элементами системы автоматического регулирования напряжения заряда накопительных конденсаторов C1, C2 БЭГ. После окончания управляющих импульсов БСУ БГ перестает вырабатывать высокое напряжение и заряд конденсаторов прекращается. Блок усилителя БУС. БУС предназначен для поочередного усиления сигналов ближнего и дальнего приемников скважинного прибора до уровня, достаточного для передачи в наземный блок управления. Питание предварительных каскадов БУС осуществляется стабилизированным напряжением 7,5В и минус 7,5В, а оконечных каскадов - стабилизированными напряжениями 40В и минус 40В. БУС содержит два предварительных усилителя А1и А2, два аналоговых ключа A3 и А4, суммирующий усилитель А5, оконечный усилитель VI -V9 и разделительные конденсаторы С10, С11. В цепях питания установлены сглаживающие фильтры С12-С15. Предварительный усилитель на микросхеме А1 предназначен для усиления сигналов ближнего приемника скважинного прибора, а усилитель на микросхеме А2 - для усиления сигналов дальнего приемника. Аналоговые ключи на микросхемах A3 и А4 осуществляют поочередную передачу сигналов ближнего и дальнего приемников на входы суммирующего усилителя на микросхеме А5. Когда на входе АО БУС имеется нулевой потенциал - открыт ключ A3 и закрыт ключ А4, и наоборот, когда на входе АО имеется положительный потенциал 7,5В, ключ A3 закрыт, а ключ А4 открыт. Управление ключами производится импульсами длительностью 40мс (Приложение 2(в)), вырабатываемыми БСУ. Управление коэффициентом передачи ключей осуществляется по входам А1 и А2 БУС (см. таблицу 3). Изменение коэффициента передачи ключей выполняется за счет изменения сопротивления цепи резисторов R21,R22,R17, R23, R25, подключаемых к входам суммирующего усилителя. На выходе суммирующего усилителя А5 формируются последовательно сигналы ближнего и дальнего приемников скважинного прибора (Приложение 2 (и)). Оконечный усилитель представляет собой операционный усилитель с двухтактным выходным каскадом. С выхода этого усилителя информационные сигналы через разделительные конденсаторы С10, С11 передаются на трансформатор Т1 БЭГ и далее в наземный блок управления аппаратуры. Блок управления БУ. Конструктивно блок управления БУ размещен в каркасе. Для переноски БУ в верхней части кожух имеется ручка. БУ предназначен для формирования напряжения питания скважинного прибора, управления величиной его коэффициента усиления и разделения информационных сигналов и синхроимпульсов, поступающих из скважинного прибора. Информационные сигналы и синхроимпульсы из скважинного прибора поступают по двум жилам и броне каротажного кабеля на входы 1, 2 и 1 блока управления. После разделения синхроимпульсы поступают на выход СИ блока управления, а информационные сигналы - на выходы ВК1 и ВК2. Блок управления БУ имеет следующие органы управления: 1) тумблер СЕТЬ; 2) переключатель ПИТ. СП; 3) переключатель УСИЛ. СП; 4) переключатель СИНХР. На передней панели БУ также размещены датчик тока (микроамперметр), потребляемого скважинным прибором, сигнальная лампочка СЕТЬ для контроля подключения сетевого напряжения 220В 50Гц к БУ, два предохранителя 0,25А, установленные в цепях питания скважинного прибора и собственно блока управления. Максимальное значение шкалы микроамперметра соответствует потребляемому току 150мА. Рассмотрим электрическую схему соединений блока управления. БУ содержит тумблер S1 СЕТЬ, предохранитель F1 (0,25А) в цепи сетевого напряжения 220В 50Гц, силовой трансформатор Т1, сигнальную лампочку H1 для контроля подключения сетевого напряжения, переключатель S2 ПИТ. СП для регулировки напряжения питания скважинного прибора, переключатель S3 УСИЛ.СП для установки коэффициента усиления скважинного прибора, переключатель S4 СИНХР. для выбора синхроимпульсов, предохранитель F2 (0,25А) в цепи питания скважинного прибора, датчик тока питания прибора РА и блоки выделения синхроимпульсов БВСИ, выполненный на печатной плате. С помощью тумблера S1 СЕТЬ сетевое напряжение (220В 50Гц) подключается к первичной обмотке силового трансформатора Т1. На вторичных обмотках трансформатора Т1 вырабатываются два переменных напряжения 10В для питания БВСИ и переменные напряжения 110В, 115В, 120В, необходимые для питания скважинного прибора. Переключатель S2 ПИТ. СП позволяет в зависимости от длины каротажного кабеля установить напряжение, необходимое для питания скважинного прибора. В первом положении переключателя ПИТ. СП выдается напряжение 110В, во втором - 115В, в третьем - 120В. Переключатель S3 УСИЛ. СП позволяет установить в положении 1 -минимальный коэффициент усиления скважинного прибора, в положении 2 -средний, в положении 3 - максимальный коэффициент усиления. С помощью переключателя S4 СИНХР на выходную клемму СИ блока управления выдаются различные комбинации синхроимпульсов. В положении 1 этого переключателя на выход СИ поступают синхроимпульсы первого (ближнего) канала измерений, в положении 2 - синхроимпульсы второго (дальнего) канала измерений, в положении 1+2 - сумма синхроимпульсов первого и второго каналов измерений, в положении 1+Р+2 - сумма синхроимпульсов первого, второго каналов измерений и реперных импульсов, формируемых через 20 мс после первых синхроимпульсов, в положении СП - сумма синхроимпульсов, поступающих со скважинного прибора. В последнем случае на клемму СИ поступает сумма синхроимпульсов первого, второго каналов измерений и реперных импульсов, формируемых через 30 мс после первых синхроимпульсов (Приложение 2(к)). Блок выделения синхроимпульсов БВСИ Блок выделения синхроимпульсов БВСИ предназначен для разделения информационных сигналов и синхроимпульсов, поступающих из скважинного прибора, и формирования положительного или отрицательного смещения напряжения питания скважинного прибора с целью управления его коэффициентом усиления. БВСИ содержит дроссели LI, L2, трансформатор Т1, фильтр верхних частот С1, С2, С5, R3, R7, R9, R12, вторичный источник питания 5В и минус 5В (VI, V2, СЗ, С4, С7-С9, Д2, ДЗ), диоды V3, V4, резистор смещения R6, датчик потребляемого тока R8, усилитель-выпрямитель Al, V8, V9, интегратор R24, R26, С12, а также селектор синхроимпульсов, состоящий из компаратора А2, R17 - R20, VI5, логических схем Д5 и Д9, одновибраторов Д4, Д6, Д7, Д8 и триггер Д1. Трансформатор Т1 включен по фантомной схеме и предназначен для передачи в скважинный прибор переменного напряжения питания, а также для приема синхроимпульсов и информационных сигналов, поступающих из скважинного прибора. Напряжение питания поступает через дроссели LI, L2 на среднюю точку 2 трансформатора и далее, через его первичную обмотку на клеммы 1 и 2 блока управления. Информационные сигналы поступают со вторичной обмотки на клеммы ВК1 и ВК2 блока управления. Синхроимпульсы, поступающие из скважинного прибора на первичную обмотку трансформатора, разделяются от напряжения питания прибора посредством дросселей LI, L2 и фильтра верхних частот С1, С2, С5, R3, R7, R9, R12. Резистор R12 предназначен для подстройки амплитуды синхроимпульсов, поступающих в схему селектора синхроимпульсов. Резисторы R2, R6, R8, диоды V3, V4 представляют собой схему управления коэффициентом усиления скважинного прибора. Переменный ток питания скважинного прибора протекает через резисторы R6, R8, так как выходная обмотка силового трансформатора блока управления соединяется с броней каротажного кабеля через эти резисторы. Резистор R8 служит датчиком тока. Переменное напряжение на этом резисторе, пропорциональное потребляемому скважинным прибором току, усиливается, выпрямляется с помощью А1 и поступает на измерительный прибор-микроамперметр. Максимальное значение шкалы микроамперметра соответствует потребляемому прибором току 150 мА. При установке переключателя УСИЛ. СП в положение 1 параллельно резистору R6 подключается резистор R2 (эквивалент по активному сопротивлению диодам V3, V4), поэтому напряжение смещения постоянного тока на R6 не создается. В этом случае скважинный прибор имеет минимальный коэффициент усиления. При установке переключателя УСИЛ. СП в положение 2 параллельно резистору R6 подключается диод V3, часть напряжения питания выпрямляется, на резисторе R6 создается положительное напряжение смещения 6В, которое передается в скважинный прибор одновременно с переменным напряжением питания и служит сигналом управления для установки среднего коэффициента усиления прибора. При установке переключателя УСИЛ. СП в положение 3 параллельно резистору R6 подключается диод V4 противоположной полярности, на R6 создается отрицательное напряжение смещения минус 6В, которое передается в скважинный прибор наряду с переменным напряжением питания и служит сигналом управления для установки максимального коэффициента усиления прибора. Для питания функциональных узлов БВСИ содержит вторичный источник питания, вырабатывающий стабилизированные напряжения 5В и минус 5В. Вторичный источник состоит из двух идентичных схем, включающих выпрямители (VI, V2), сглаживающие фильтры (СЗ, С4, С7-С9)н стабилизаторы напряжения (Д2, ДЗ). Временные диаграммы работы БВСИ приведены в приложении 4. С резистора R12 на вход селектора синхроимпульсов поступают положительные синхроимпульсы амплитудой 5 В. Когда эти импульсы превышают порог срабатывания компаратора А2, он формирует на выходе короткие положительные импульсы, которые поступают на вход 9 логического элемента «И-НЕ» Д5.1 (Приложение 4 (9д5)). В исходном состоянии на вход Отрицательным фронтом импульсов с выхода 3 Д1 запускается одновиб-ратор Д6, который на выходе 4 вырабатывает отрицательные импульсы длительностью 50 мкс, которые поступают на вход логической схемы инвертора Д10.2, на выходе 6 которого формируются синхроимпульсы первого канала измерений, выделенные из общей последовательности синхроимпульсов, поступающих из скважинного прибора. Отрицательным фронтом импульсов с выхода 2 Д1 запускается второй одновибратор Д6, который на выходе 12 вырабатывает отрицательные импульсы длительностью 50 мкс, которые поступают на вход логической схемы инвертора Д10.1, на выходе которого формируются синхроимпульсы второго канала измерений, выделенные из общей последовательности синхроимпульсов, поступающих из скважинного прибора. Синхроимпульсы с инверсных выходов 4 и 12Д6 суммируются с помощью логической схемы Д10.1, на её выходе 3 формируется сумма синхроимпульсов первого и второго каналов измерений (Приложение 4 (3Д10)). Отрицательным фронтом импульсов с инверсного выхода 4 одновибратора Д6 запускается второй одновибратор Д4, который формирует на выходе 5 положительные импульсы длительностью 20мс (Приложение 4 (5Д4)). Задним фронтом импульсов 5Д4 запускается одновибратор Д8, который вырабатывает отрицательные реперные импульсы длительностью 100мкс, необходимые для совместного функционирования аппаратуры МАК-2 с наземной измерительной панелью УЗБА-21. Эти реперные импульсы суммируются с синхроимпульсами первого и второго каналов измерений с помощью логической Д10.4. на выходе 11 которой формируется последовательность положительных импульсов (Приложение 4(11Д10)), необходимая для синхронизации измерительной панели УЗБА-21, или цифровой каротажный регистрирующей системы типа «ГЕКТОР».
|
|