井底照相自動控制器的製作方法

2023-07-04 08:41:46 1

專利名稱：井底照相自動控制器的製作方法
技術領域：
本發明是一種用於井底照像的電子控制裝置，屬於自動控制領域。
在石油鑽井過程中，為了測量某時刻油井底部的傾斜角和方位角，通常都使用單點測斜儀。目前最常用的是美國依斯特曼公司(EASTMANWHIPSTOCKINC)生產的「R」型單點測斜儀。這種測斜儀由磁羅盤，照像器和控制器三部分組成。在使用過程中，先用纜繩將該儀器下放到井底，然後，控制器將照像器的電源打開，照亮磁羅盤，照像器內的膠片對此感光，記錄下當時的井斜角和方位角，然後把儀器提上井來衝洗出膠片即得到測量結果。當前，單點測斜儀的控制器使用的是機械式定時器或電子定時器，使用時，這兩種定時器都要求操作者根據所測油井的深度和儀器下放的速度估計儀器到井底所需的時間，然後將它預製。當計時到這個預定的時間時，控制器就將單點測斜儀照像器的光源接通一段時間，以對磁羅盤刻度照像，然後關閉照像器。在實際使用時，由於定時器所設置的時間不合適，經常出現還不到井底就照像的情況，或者測量的時間花費很長，使用起來很不方便，可靠性也不高。
本發明的目的就是要製造一種成本低而可靠性又高的井底照像控制器，使定向井測量作業變得簡單可靠，又節省時間。
為了達到上述目的，本發明採用力敏感傳感器，用來檢測測斜儀是處於下放過程還是處於井底的靜止狀態。從傳感器出來的信號經過放大後送到邏輯控制電路，當滿足照像的條件時，邏輯控制電路觸發照像執行電路，以打開照像燈，完成照像過程後又關斷電路。時基發器產生幾種固定頻率的脈衝以保證邏輯控制器正常工作。
為了更清楚地弄明白本發明的基本思想和特徵，下面將結合附圖對本發明的一個具體實施例進行詳細描述，但本發明決不限於一個實施例中。


圖1是按本發明的井底照像控制器電氣部分結構框圖。
圖2是電氣裝置的時序波形圖。
圖3是信號放大器的一種具體電路圖。
圖4是時基發生器的一種具體電路圖。
圖5是邏輯控制電路的電路圖。
圖6是狀態顯示器電路圖。
圖7是照像器執行器電路8是電源開關控制器和電源分配器電路圖。
圖9是按本發明的井底照像自動控制器的結構示意圖。
圖1中，(1)為傳感器，(2)為信號放大器，(3)為時基發生器，(4)為邏輯控制器，(5)為狀態顯示器，(6)為照像執行器，(7)為電源開關控制，(8)為電源分配器。
傳感器(1)是一個壓電式加速度計，信號放大器(2)起阻抗變換及電壓放大作用，信號放大器(2)與傳感器(1)配合能檢測出測斜儀的加速度信號，當加速度大於某一預定的值(該值可在0.01-0.1G範圍內選擇)時，認為測量儀處於下放過程，當加速度小於該預定的值時，認為測量儀已到達井底。放大後的加速度信號供給邏輯控制器(4)。當滿足照像條件時，邏輯控制器(4)觸發照像執行器(6)以打開照像燈。時基發生器(3)由振蕩器和計數延時器組成，產生多種固定頻率的脈衝提供給邏輯控制器(4)，以保證照像過程的正確運行。狀態顯示器(5)是一個發光二極體，用於指示本單點測斜儀起初一段時間(比如240S)自鎖的工作狀態，其信號來自時基發生器(3)，並受邏輯控制器(4)輸出的LED信號控制。電源開關控制器(7)用於接通和斷開由電池來的電源。電源分配器(8)將電源分成兩路E1和E2，E1供給數字電路(3)和(4)，E2供給信號放大器(2)。
下面結合圖2所示的時序波形圖，並參見圖5，對邏輯控制器的控制過程進行詳細描述。
圖2波形中，EN表示加給電源分配器(8)上的電壓;TP1D、TP4D、TP32D是時基發生器(3)產生的脈衝波形;GRES、COMP、RES、CEN、H分別是邏輯控制器產生的總復位、比較、清零、照像執行、電源保持信號波形。當電源接通即EN為高電位時(T1時)，邏輯控制器產生一種總復位脈衝GRES，使各邏輯部件處於預定狀態，此時，H為高電平，以保持電源繼續供電，COMP為低電平，通過與門D2、D4使得CEN也為低電平，即將照像執行器(6)閉鎖住，同時，邏輯控制器還輸出一個RES信號，將時序發生器(3)清零，然後開始發出脈衝信號TP1D、TP4D、TP32D，如果TP1D的脈衝寬度為7.5S，那麼，TP4D則為30S，TP32D則為240S即4分鐘。由圖2可見，在電源接通4分鐘後，即T2時刻，TP32D才第一次由低電平變為高電平，也只有在此時，TP32D的上升沿觸發D觸發器D6使COMP信號變成高電平，使CNE通道打開，因此在照像執行通道打出之前有4分鐘時間作為井上操作時間。T3-T4時間為測量儀下放時間，此間，由傳感器(1)檢測到的並經信號放大器(2)放大後的加速度信號SIM有效(即超過前述的預定值)，此信號被送到邏輯控制器(4)即產生清零信號RES，使時基發生器中的計數延時器復位，TP4D為低電位，CEN也為低電位。
當測量儀到達井底時，即T4時刻，SIN信號無效，即檢測到的加速度信號低於前述的預定值，RES信號消失，時基發生器繼續發出脈衝。30秒後，即T5時刻，TP4D變為高電平，發出照像執行脈衝，它持續7.5秒即一個TP1D脈衝寬度，7.5秒過後，即T6時刻，TP1D的下降沿觸發D觸發器1使得H變為低電平，H供給電源控制器(7)使電源切斷，從而完成一次照像任務。
從圖2中，可以直接得出RES＝SIM·COMP+GRESCEN＝COMP·TP4DH＝TPID·TP4D·COMP。
圖3是信號放大器的一種具體電路圖，場效應電晶體BG1和R1、R2、C1等構成輸入級，起阻抗變換作用。電晶體BG2-4，電阻R3-8、電容C2-5組成一個多級負反饋放大器，溫度穩定性好，C2、C4、C5還起到濾波作用，將輸入信號中的高頻幹擾濾去(截止頻率可選為7-8KG)。其輸入端I與壓電式加速度計相連。
圖4顯示了時基發生器(3)的一種具體電路圖。其中利用了COMS傳輸門轉移特性的不變性(對溫度)組成了RC振蕩器，可使電路簡單成本低，可靠性也好，二進位分頻器做計時延時作用，兩者構成了時基發生器(3)。其中，振蕩器的頻率為HZ，T為TP32D脈衝持續時間，N為分頻器級數，分頻脈衝供狀態顯示器(5)使用。如果採用14級串行計數器CC4060，可利用其本身提供的反相器構成RC振蕩器，器件可以更加節省，這時N＝13。
圖5是以上升沿觸發的雙D觸發器(CC4013)為主體構成的邏輯控制器(4)，電源接通時，與門D1產生約10毫秒的總復位脈衝GRES，以及清零脈衝RES，使雙D觸發器復位，同時清除計數延時器。與門D2的兩個輸入端分別接TP4D和COMP信號。輸出端通過D4發出CEN信號，當H為低電平時，BG9、BG8均截止，電源E被切斷。
圖9顯示了按照上述本發明的一個實施例所組裝的一種具體結構圖。它是沿軸線的一個剖面圖，圖中所編序號分別表示為91插接座、92插頭座、93外殼、94開關、95主體、96接頭、97插接座、98座套、99外殼、910蓋板、911指示燈、912電路板、913密封膠圈。
外殼93主要起保護電路板作用，電路裝好後，電路板912與插頭座92連接好，再套上外殼93。外殼93與主體95連接(可及螺紋連接方式)。主體95與接頭96採用可拆結構，使傳感器有足夠的安裝空間，又便於裝換。傳感器裝在接頭96的中間，螺扣上緊。開關94選用小型開關，使主體95結構更為緊湊、精巧。插接座91、97，需要與外殼絕緣，故插頭座92和插座98選用玻璃布棒，達到絕緣目的。插接座91套在插頭座92上。外殼93和外殼99兩端均有螺扣，各自兩端的螺紋尺寸規格是相同的，以便與現場經常使用的外接器件聯用，而且現場使用時兩頭都可安裝，免去了判斷哪端是安裝扣的麻煩。為了減少磁性幹擾，外殼93、外殼99均選用LY12非磁性材料。限於井底照像控制器的電路安裝空間，本系統不可能另外設計隔衝裝置。井底照像控制器在使用時是投入井下測試，受到的衝擊較強烈，應避免使用軟彈簧系統隔衝。本設計中採用剛性高的固定連接方式達到隔衝效果。這種類似硬彈簧的隔衝系統在整體受到比允許值要大的衝擊，加速度不致過大，所以不會發生硬碰硬的撞擊。但固定連接剛性高，能量吸收差。本設計插頭座92設計成自由端，僅在徑向有約束力。這種結構可彌補上述不足。外殼99靠螺紋與接頭96聯接，插頭座97與套座98連接後再與接頭96螺紋聯接，接頭96與主體95再進行聯接。
本發明的照像自動控制器使用於單點測斜儀，由於靈敏度設置合適，所以經過多次實際測試可靠性很好，沒有誤動作。而且由於裝有指示燈，使用時按下啟動按鈕，指示燈即指示電路正常工作。測量儀下到井底後停1-2分鐘，即可自動照像，操作簡單，操作者沒有顧慮，而且可靠和節省時間。由於信號放大器穩定性好，故此裝置可在-40-100℃環境下可靠地工作。
權利要求
1.一種井底自動控制照像控制器，其特徵在於它包括傳感器(1)；信號放大器(2)，將傳感器(1)檢測出的信號加以放大並經過邏輯控制器(4)；時基發生器(3)，產生多個時序脈送給邏輯控制器(4)；邏輯控制器(4)，產生照像控制脈衝送給照像執行器(6)；狀態顯示器(5)，接收由邏輯控制器(4)送來的直流工作電壓以用由時基發生器(3)送來的脈衝電壓信號；照像執行器(6)；電源開關控制器(7)，接收由邏輯控制器(4)送來的電源保持信號H，當H為高電平時將電源送給電源分配器(8)；電源分配器(8)，將電源開關控制器(7)送來的電源分成兩路分別送給模擬電路信號放大器(2)和數字電路時基發生器(3)、邏輯控制器(4)。
2.按照權利要求1的井底照像自動控制器，其特徵在於所說的傳感器(1)是一個力敏的壓電式加速度計，或者是一個磁介質敏感式傳感器。
3.按照權利要求1的井底照像自動控制器，其特徵在於所說的信號放大器(2)由一個阻抗變換器和一個多級負反饋放大器組成，在放大器中還有多個濾波電容，可將高頻幹擾(大於7-8KHZ)濾去。該放大器(2)和傳感器(1)配合可在0.01-0.1G中選取一個最佳值作為閾值。
4.按照權利要求1井底照像自動控制器，其特徵在於所說的時基發生器(3)和由RC振蕩器和計時延時分頻器組成，其中RC振蕩器可用CMOS傳輸門構成，用二進位分頻器做延時計時分頻器。或者整個時基發生器採用14級串行計數器CC4060，利用其本身提供的反相器構成RC振蕩器。
5.按照權利要求1的井底照像自動控制器，其特徵在於所說的邏輯控制器(4)採用雙D觸發器為主體，配合於多個與門，完成下列邏輯關係式RES＝SIM·COMP+GRESCEN＝COMP·TP4DH＝TP1D·TP4D·COMP。
6.按照權利要求1的井底照像自動控制器，其特徵在於所說的狀態顯示器(6)是由一個發光二極體和隔離二極體組成。
7.按照權利要求1的井底照像自動控制器，其特徵在於所說的照像執行電路(6)由電阻R10和三極體BG5-7組成。
8.按照權利要求1的井底照像自動控制器，其特徵在於所說的電源開關控制電路(7)由按鍵開關S和三極體BG8、9、電阻R11、12和電容C8構成。
9.按照權利要求1的井底自動控制器，其特徵在於所說的電源分配器由電阻R13、二極體Z6、穩壓二極體Z5和保護電容C9組成。
10.按照權利要求1的井底照像自動控制器，其特徵在於它們的結構設計電路板912裝在外殼93內;外殼93與主體95用螺絲連接方式聯接;主體95與接頭96採用可拆結構;傳感器裝在接頭96的中間螺扣上;照像器裝在外殼99內;外殼93和外殼99兩端均有螺紋尺寸規格的螺扣;插頭座92有一個自由端，僅在徑向有約束力。
全文摘要
一種單點測斜儀控制器，其特徵在於它包括用壓電式加速度計做為傳感器，用場效應管作輸入端的放大器，以雙D觸發器為主體構成了邏輯控制器，由RC振蕩器和計時延時器構成了時基發生器，以及電源開關控制器和電源分配器構成。它用於「R」型單點測斜儀，以消除使用電子定時器時，估計並預置測量操作的不便。
文檔編號G01C9/06GK1036452SQ8810167
公開日1989年10月18日 申請日期1988年4月5日 優先權日1988年4月5日
發明者呂鈾, 張曉麗 申請人:石油工業部石油勘探開發科學研究院鑽井工藝研究所