ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

АППАРАТУРА КОМПЛЕКСНАЯ СКВАЖИННАЯ АГАТ-КСА-36

Цель работы – изучение состава, устройства и принципа измеренияскважинной аппаратуры АГАТ-КСА-36, а также электрических схем блоковпитания, контроллера, интегратора, расходомера и локатора муфт.Построение градуировочных характеристик и проведение калибровкискважинной аппаратуры.

НАЗНАЧЕНИЕ

Аппаратура комплексная скважинная АГАТ-КСА-З6 (в дальнейшемскважинная аппаратура) предназначена для термогидродинамическихисследований действующих скважин в процессе контроля за разработкойнефтегазовых месторождений.Аппаратура АГАТ-КСА-З6 является составной частью автоматизи-рованного геофизического аппаратурно - технологического комплекса АГАТ-Ки производит:1) измерение температуры;2) измерение давления;3) измерение расхода;4) термоиндикации притока;5) локации муфт эксплуатационной колонны;6) индикацию естественного гамма-излучения пород по стволу скважин.Аппаратура должна эксплуатироваться в составе компьютеризованнойстанции АГАТ-КС и каротажного подъемника АГАТ-КП, снабженногоодножильным бронированным кабелем по ТУ16К64-18-89 длиной до 4500 м.Аппаратура позволяет совместную эксплуатацию с высокочувствительнымрасходомером с раскрывающейся турбинкой ГРАНАТ-Р.По воздействующим механическим факторам в соответствии с ГОСТ26116-84 скважинная аппаратура относится к группе МС2-3.По воздействующим климатическим факторам в соответствии с ГОСТ26116-84 скважинная аппаратура относится к группе КС4-3.Температура окружающей среды от 5 до 120°С, верхнее значениегидростатического давления 60 МПа.

СОСТАВ, УСТРОЙСТВО И РАБОТА СКВАЖИННОЙАППАРАТУРЫАГАТ - КСА- 36. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ ОТДЕЛЬНЫХБЛОКОВ.

Скважинный прибор представляет собой комплексное 8-канальноепрограммно-управляемое устройство на базе микроЭВМ с цифровой передачейинформации в виде кодо-импульсной модуляции.Скважинный прибор состоит из следующих узлов и устройств:1) приборной головки;2) датчика локатора муфт;3) блока электрических плат, закрепленных на шасси;4) датчика давления;5) комбинированного зонда с датчикам и термоиндикации притока,расходомера и температуры. (Вместо датчика термоиндикации притока можетбыть установлен датчик влагомера)Приборная головка 1 обеспечивает механическую и электрическую связьприбора с каротажным кабелем.Локатор муфт 2 крепится к верхней части шасси, на которомустанавливаются электронный блок электрических плат 4 . Шасси 3 нижнимконцом соединяется с переходником 5, на который заворачивается охранныйкожух 6 . В верхней части переходника 5 устанавливается датчик давления 7, ак нижней части крепится комбинированный зонд 8 с датчиками температуры 9,расхода 10, и термоиндикации притока 11. Электрическая связь датчиков сэлектронным блоком осуществляется через 10-штырьковый стандартныйразъем РС-10.В нижней части комбинированный зонд имеет соединительную резьбу иэлектрический разъем для подключения дополнительных модулей. При использовании скважинного прибора без дополнительных модулейустанавливается заглушка 12.Пристыковка модуля ГК производится следующим образом: отсоединяетсяприборная головка 1 от кожуха Б и вместо нее присоединяется переходник 4модуля ГК (см. рис. 1.6).Модуль ГК состоит из следующих основных узлов: датчика ГК (ФЭУ -кристалл NaJ) 1, электронного блока 2, приборной головки 3, переходника сэлектровводом 4, хвостовика 5.Электронная схема и все основные узлы прибора герметично защищены отвоздействия внешнего гидростатического давления и температуры защитнымкожухом и уплотнительными кольцами.Электронный блок основного модуля содержит платы блока питания,блока контроллера, блока интегратора, блока расходомера и блока локаторамуфт.

Блок контроллера (рис. 1.2)Блок контроллера собран на микросхемах Д1 (1830ВЕ48), Д2 (573РФ10),ДЗ (564ТМ2) и Д4 (564ИЕ10), также включает в себя резонатор G1 (5 мГц),резисторы R1, R2 и конденсаторы С1-СЗ. Микросхема Д1 блока контроллерапредставляет собой микроЭВМ 183QВЕ48, который работает по программе,записанной на микросхему памяти 573РФ10, и управляет работой электроннойсхемы, в том числе управляет работой коммутатора для подключения вопределенной последовательности всех каналов, а также вырабатываетвыходной сигнал в коде Манчестер-2, необходимый для передачи по кабелю вназемную часть станции.Блок интегратора (рис. 1.3)Блок интегратора собран на 6 микросхемах Д1, Д2 (590КН6), ДЗ, Д4(140УД6), Д5 (590КН2), Д6 (544УД2), а также включает в себя диоды,конденсаторы и резисторы.В качестве коммутатора каналов применены микросхемы 590КН6.Микросхема ДЗ 140УД6 используется в качестве входного усилителя.

Микросхема Д4 140УД6 - в качестве интегрирующего элемента, а микросхемаД6 544УД2 - в качестве компаратора. Для подключения обратной связи, вслучаях предусмотренных программой, используется коммутатор Д5 590КН2.Блок расходомера (рис. 1.4)Электрическая схема содержит автогенератор по схеме емкостнойтрехточки на транзисторе V1 с индукционной катушкой с сердечником. Приподведении любого из полюсов магнита на оси турбинки, генераторвозбуждается на частоте около 1,5 МГц. Направление полюсов второго магнитадолжно быть противоположным полюсам первого. На транзисторе V2происходит детектирование модулированного по амплитуде сигнала. Далеесигнал проходит через формирователь коротких импульсов (100 мкс) попереднему и заднему фронту на микросхеме D1. В результате этихпреобразований за один оборот турбинки образуются 2 меандра, т. е. дваизмеряемых периода.Блок локатора муфт (рис. 1.5)Блок локатора муфт состоит из преобразователей локатора муфт и влагомера (вслучае установки датчика влагомера). Преобразователь локатора муфт состоитиз микросхемы Д2 (140УД14), диодов V1,V2 (KД521), резисторов иконденсаторов.Принципиальная схема модуля ГК (рис. 1.6)В данной схеме осуществлена стабилизация по высокому напряжению.Для выполнения этой функции в схему введена микросхема ДЗ. Наинвертирующий вход этой микросхемы подается опорное напряжение состабилитрона 2С191Ф, а на инвертирующий вход ДЗ подается частьвысоковольтного напряжения. В зависимости от напряжения на делителемикросхема ДЗ управляет регулирующим транзистором V19, увеличивая илиуменьшая напряжение питания первичной обмотки высоковольтноготрансформатора. Умножитель напряжения со вторичной обмоткитрансформатора выполнен по классической схеме. Сигнал с анода ФЭУ-102усиливается микросхемой Д1 (544УД2) с коэффициентом К=RЗ/R2 + 1.Микросхема Д2 выполняет одновременно функцию дискриминатора иодновибратора. Уровень дискриминации определяется делителем R48, R12.Длительность импульса на выходе канала ГК определяется цепочкой R1З, R16,С6 и устанавливается порядка 50-75мкс.Выходной каскад выполнен на транзисторах VЗ, V5, работающих включевом режиме.На транзисторах V12, V15 выполнено пороговое устройство. РезисторомR24 выбирается порог включения канала ГК, резистором R21 выбирается пороготключения канала.

Описание работы скважинного прибора АГАТ-36Работает прибор по программе, записанной в микросхему памяти Д2573РФ10 блока контроллера (см. схему и диаграмму работы).В начальный момент после включения питания запускается 2 канал (каналтермометра), так как для 1 канала (канал манометра) нет данных температурнойкоррекции. Далее прибор работает по циклу с 1 по 8 каналы.При включении питания производится начальная нулевая установка всехпараметров устройства. После этого микросхема Д1 блока контроллера,представляющая собой микроЭВМ 1830ВЕ48 с помощью внешних портовпроизводит управление блоком интегратора, который работает в режимедвойного интегрирования, его режимами и циклами интегрирования, крометого производит управление коммутатором (Д1 и Д2) блока интегратора. Вначальный момент после включения питания запускается 2 канал (каналтермометра). Далее прибор работает по циклу с 1 по 8 каналы.При подключении 1 канала на первые входы коммутатора подаютсясигналы с измерительной диагонали моста датчика давления, плюсовой выходкоторого подается на вход первого коммутатора, а минусовой - на входвторого. Питающая диагональ моста датчика давления подключается однимконцом к питающему напряжению +9В, которая вырабатывается прецезионнымстабилизатором напряжения на базе стабилитрона 2С191Ф, другим концомчерез резистор, регулирующим ток потребления, соединяется на землю.При подключении 2 канала на вторые входы коммутатора (Д1 и Д2590КН6) подаются сигналы с измерительной диагонали мостовой схемытермометра, в котором датчик термометра (диод КД512) включен в плечо этоймостовой схемы, собранного из резисторов, питание которого осуществляетсятакже прецезионным стабилизированным напряжением +9В, а измерительнаядиагональ моста подключается таким образом, сигнал с делителя, в которуювключен датчик термометра, соединяется со вторым коммутатором (Д2), асигнал с измерительного выхода делителя двух опорных резисторовсоединяется с первым коммутатором (Д1) блока интегратора.При подключении 3 канала сигнал с катушки индуктивности датчикалокатора муфт поступает на вход операционного усилителя, в обратной связикоторого включен стабилитрон, ограничивающий величину входного сигнала.С выхода ОУ сигнал через диодный детектор и через делитель, собранный нарезисторах R6 и R7, поступает на вход коммутатора блока интегратора.При подключении канала расходомера сигнал с выхода магнито -индукционного датчика расходомера поступает на вход преобразователярасхода, образуя при этом LС-генератор, электрическая схема которого собранапо трехточечной схеме с емкостной обратной связью с частотой колебаний 0,6-0,9 мГц.Индуктивность катушки магнитоиндукционного датчика расходомера ссердечником из пермолоя приводится в состояние близкое к насыщению.Магнит, установленный на оси турбинки, во время вращения периодическидоводит до насыщения катушку индуктивности до срыва высокочастотного колебания. В результате последующего детектирования производитсявыделение низкочастотной составляющей сигнала, частота которогопропорциональна частоте вращения турбинки. С выхода детектора сигналпоступает на вход микросхемы Д1 (564ТЛ1), на выходе микросхемы получаетсячетыре коротких импульса, за один полный оборот турбинки, которыепоступают на вход микросхемы 561ТМ2 (микросхема находится на плателокатора). На выходе микросхемы 561ТМ2 создаются сигналы в виде меандра,которые поступают на вход Т1 микроЭВМ 1830ВЕ48. Таким образом за одиноборот турбинки образуются 2 меандра, т. е. два измеряемых периода. ВмикроЭВМ каждый период заполняется тактовой частотой 10416 Гц.Информация в виде периода расходомера передается по 4 каналу (1 обороттурбинки = 2 периодам).При подключении 4 канала СТИ сигнал с выхода диодного датчикаскважинной термоиндикации притока, также как и в канале термометра,подается с помощью мостовой схемы на вход коммутатора блока интегратора.В качестве датчика влагомера используется емкостной датчик. В случаеприменения датчик влагомера соединяется с R-входом триггера Д1, на С-входкоторого поступает тактируемая кварцевая частота. На выходе триггераобразуется импульсная последовательность, длительность которого прямопропорциональна количественному составу влажности. После RС-цепочкисигнал поступает на вход операционного усилителя Д2, который работает врежиме повторителя. Оттуда сигнал подается на вход коммутатора блокаинтегратора.При подключении 5 канала производится измерение температуры датчикаманометра для последующей коррекции.Сигнал снимается с резистора R1, соединенного с питающей диагональютензочувствительного измерительного моста датчика давления. Сигналснимается относительно потенциала образованного с помощью делителя,состоящего из резисторов R7 и R8, которые находятся на плате интегратора, ипоступает на вход коммутатора блока интегратора.В режиме интегрирования аналоговый сигнал поступает черезкоммутаторы Д1 и Д2 590КН6 блока интегратора на вход интегрирующейцепочки, состоящей из 2-х операционных усилителей ДЗ и Д4 140УД6 иодной ОУ Д6 544УД2. Первая микросхема ДЗ 140УД6 блока интеграторапроизводит согласование сигнала с выхода коммутатора входоминтегрирующей цепочки, а также небольшое усиление. На второй микросхемеД4 140УД6 блока интегратора производится непосредственно интегрирование.Третья микросхема Д6 544УД2 блока интегратора работает в режимекомпаратора, выход которого, образуя обратную связь через ключ Д5 590КН2,соединен с запоминающим конденсатором С2, а также со вторым входоммикросхемы Д4.Перед 1 и 2 циклами интегрирования и в начальный момент послевключения питания запускается 0-цикл, во время которого пронзитьсятемпературная и нулевая коррекция всей схемы. Это пронзиться путем подачи0 - сигнала через коммутаторы Д1 и Д2 (590КН6) блока интегратора через схему интегрирующей цепочки и запоминания полученного напряжениясмещения на запоминающем конденсаторе С8, которое зависит от нулевого итемпературного ухода каждой микросхемы интегрирующей цепочки, обратнаясвязь через ключ Д5 при этом замкнута. Время 0-цикла интегрирования равно 5мс.После нулевой и температурной коррекции начинается 1-циклинтегрирования. Информационный аналоговый сигнал текущего канала черезкоммутаторы Д1 и Д2 блока интегратора поступает на вход микросхемы ДЗ,работающего в режиме входного согласующего усилителя интегрирующейцепочки в блоке интегратора. С выхода усилителя сигнал поступает на первыйвход микросхемы Д4 блока интегратора, где производится интегрированиесигнала, таким образом что аналоговое значение плавно и линейно нарастает заопределенное значение времени = 12 мс, которое определяется програмнымпутем. При этом на второй вход микросхемы Д4 подается напряжение нулевойи температурной коррекции, которое хранилось на запоминающем кон-денсаторе С8. С выхода микросхемы Д4 сигнал поступает на вход микросхемыД6 блока интегратора, которая работает в режиме компаратора, выход которогов начальный момент этого цикла устанавливается в насыщенное крайнеотрицательное состояние (-13В).После 1 цикла запускается 2 цикл, во время которого на вход интегральнойцепочки подается опорное напряжение обратной полярности, котороеобразуется путем подачи на вход коммутатора интегратора потенциаловнапряжений, образующихся на делителях из резисторов R2-RЗ, R4-R5, R10-R11. Напряжение на выходе микросхемы Д4 блока интегратора, котораяработает в режиме интегрирования, начинает плавно и линейно убывать.Управление также как в предыдущие циклы производится с помощью порта Р1микроЭВМ 1830ВЕ48. С началом 2 цикла запускается счетчик Д4 564ИЕ10блока контроллера и внутренний таймер микроЭВМ, а также сбрасываетсятриггер ДЗ блока контроллера, инверсный выход которого устанавливается вединичное состояние. Как только напряжение на выходе микросхемы Д4 блокаинтегратора переходит 0-значение компаратор Д6 блока интеграторасрабатывает и переходит в насыщенное крайне положительное состояние(+13В) и положительным фронтом через диодный ограничитель перебрасываеттриггер ДЗ в противоположное состояние, при котором на инверсном выходепоявляется цифровой 0, который останавливает счетчик Д4, а также по этомувыходу срабатывает признак внешнего прерывания микроЭВМ. Подпрограммапрерывания останавливает счет счетчика Д4 и внутреннего таймера микроЭВМ,записывает во внутренние регистры данные счетчика Д4 и внутреннего таймерамикроЭВМ, сразу после этого через порт Р1 устанавливает 0-цикл работыинтегратора, после этого для каналов манометра и термометра производитсякорректирующая обработка, преобразует 1б-разрядный код в код "Манчестер-2" и передает этот код по двум линиям в конечный каскад блока питания.Входные транзисторы оконечного каскада VI и V2 (КТ342) принимаютсигнал в режиме эмиттерных повторителей, оттуда сигнал кода Манчестер-2поступает на вход мощных транзисторов, работающих в режиме оконечных  усилителей, и далее на входные линии трансформатора, который преобразуетуниполярный код в бифазный двухуровневый фазоманипулированный кодМанчестер-2 с развязкой по питанию.С помощью управляющих сигналов с наземного прибора производитсяизменение режимов работы скважинного прибора и опрос каналов по заданнойпрограмме. Коррекция канала манометра производится в наземной части попоказаниям 0 канала манометра и 5 канала коррекции.