RU2109942C1

RU2109942C1 - System determining parameters of prospecting holes

Info

Publication number: RU2109942C1
Application number: RU96108897A
Authority: RU
Inventors: В.Б. Никишин; П.К. Плотников; А.В. Мельников
Original assignee: Саратовский государственный технический университет
Priority date: 1996-04-29
Filing date: 1996-04-29
Publication date: 1998-04-27

Abstract

FIELD: gyroscopic and navigation instrumentation, specifically, topographic control of prospecting holes. SUBSTANCE: system determining parameters of prospecting holes has probe to control hole that includes module of pickups of primary information in the form of three pendulous compensation accelerometers with orthogonal sensitivity axes and three pickups of angular speed, information processing module which inputs are connected to outputs of module of primary information and three magnetometers with orthogonal sensitivity axes. Information processing module is inserted with low-pass filters, unit computing orientation parameters, unit identifying modes of movements of probes, unit computing coordinates. It may also include unit for computation of acceleration modulus , unit computing depth of submersion and calculator of increment of hole length connected in series and logic unit. Each pendulous compensation accelerometer has additionally device for change-over of ranges and second feedback amplifier. Device for change-over of ranges is controlled by output signal of unit identifying modes of movements of probe. EFFECT: improved functional characteristics and reliability. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области гироскопического и навигационного приборостроения, в частности к приборам по топографическому контролю разведочных скважин. The invention relates to the field of gyroscopic and navigation instrumentation, in particular to devices for topographic monitoring of exploratory wells.

Известны системы контроля разведочных скважин, в которых спускаемые зонды содержат блок трех ортогональных акселерометров и трехкомпонентный магнитометр (Исаченко В.Х. Инклинометрия скважин. - М.: Недра, 1987). Known systems for monitoring exploratory wells in which descent probes contain a block of three orthogonal accelerometers and a three-component magnetometer (Isachenko V.Kh. Inclinometry of wells. - M .: Nedra, 1987).

Недостаток этих систем заключается в том, что с их помощью возможно проводить измерения параметров скважин только при неработающем буре и при полной остановке зонда. The disadvantage of these systems is that with their help it is possible to measure well parameters only with an idle storm and with a complete stop of the probe.

Известен гироскопический инклинометр (Е.А. Салов, Р.И. Кривоносов, В.П. Ильчанинов и др. "Гироскопический инклинометр" - [1]), содержащий корпус, трехстепенный гироскоп, два датчика углов поворотов, закрепленных на подвижной эксцентричной рамке, измерительный датчик угловой скорости, моментный двигатель, преобразовательный блок и два цифровых фазометра, причем датчик угловой скорости установлен на наружной рамке трехстепенного гироскопа так, что его ось чувствительности расположена перпендикулярно вектору кинетического момента трехстепенного гироскопа, статор которого размещен на наружной рамке гироскопа, а ротор - на внутренней. Known gyroscopic inclinometer (EA Salov, RI Krivonosov, VP Ilchaninov and others. "Gyroscopic inclinometer" - [1]), comprising a housing, a three-stage gyroscope, two rotation angle sensors mounted on a movable eccentric frame , a measuring angular velocity sensor, a torque motor, a conversion unit and two digital phase meters, the angular velocity sensor being mounted on the outer frame of the three-stage gyroscope so that its sensitivity axis is perpendicular to the kinetic moment vector of three degrees gyroscope, the stator of which is located on the outer frame of the gyroscope, and the rotor - on the inside.

Недостатком данного инклинометра является большая сложность из-за необходимости применения двух прецизионных гироскопов - трехстепенного и двухстепенного. The disadvantage of this inclinometer is the great complexity due to the need to use two precision gyroscopes - three-degree and two-degree.

Известен инклинометр (В.Н. Пономарев, В.Л. Нехорошков, А.А. Мухаметшин - [2] , содержащий корпус, датчики магнитного поля, маятниковые кардановы подвесы и грузик-эксцентрик, причем три ортогональных магнитометра установлены в наружной рамке с эксцентриком, обеспечивающим установку наружной рамки в апсидальной плоскости, а два других магнитометра установлены на двух маятниках, оси подвесов которых параллельны между собой и перпендикулярны плоскости эксцентрика, при этом ось чувствительности магнитометра, расположенного на верхнем маятнике, параллельна плечу маятника, а ось чувствительности магнитометра, укрепленного на нижнем маятнике, лежит в аспидальной плоскости и перпендикулярна плечу этого маятника. A well-known inclinometer (V.N. Ponomarev, V.L. Nekhoroshkov, A.A. Mukhametshin - [2] containing a housing, magnetic field sensors, pendulum cardan suspensions and a weight-eccentric, moreover, three orthogonal magnetometers are installed in the outer frame with an eccentric providing the installation of the outer frame in the apsidal plane, and two other magnetometers are mounted on two pendulums, the suspension axes of which are parallel to each other and perpendicular to the eccentric plane, while the sensitivity axis of the magnetometer located on the upper pendulum, parallel to the arm of the pendulum, and the axis of sensitivity of the magnetometer mounted on the lower pendulum lies in the aspidal plane and is perpendicular to the arm of this pendulum.

Ближайшим по технической сущности к предлагаемому изобретению является измерительное устройство для контроля разведочной буровой скважины [3], имеющее зонд для введения в скважину, механизм для генерации сигнала, соответствующего скорости движения зонда в скважине, а также расположенные внутри зонда модуль датчиков первичной информации в виде трех акселерометров с ортогональными осями чувствительности и двух однокомпонентных датчиков угловой скорости, а также модуль обработки информации. The closest in technical essence to the present invention is a measuring device for monitoring an exploratory borehole [3], having a probe for insertion into the well, a mechanism for generating a signal corresponding to the speed of the probe in the well, and also a primary information sensor module located in the form of three accelerometers with orthogonal sensitivity axes and two one-component angular velocity sensors, as well as an information processing module.

Недостатки данного устройства заключаются в следующем. Во-первых, это необходимость использования специального механизма генерации сигнала скорости движения зонда, нарушающего автономность работы опускаемого измерительного устройства, необходимость организации дополнительных линий связи для передачи с поверхности Земли сигналов скорости движения спускаемого зонда. Во-вторых, в условиях интенсивных линейных вибраций, возникающих при работающем буре, восстановление по сигналам акселерометров третьей компоненты угловой скорости вращения спускаемого зонда приводит к значительному повышению интенсивности случайных высокочастотных ошибок в определении угловых скоростей вращения зонда, что соответствующим образом ограничивает достижимую точность определения параметров скважин. В-третьих, в определении координат спускаемого зонда будет накапливаться ошибка, так как в качестве корректирующего сигнала в фильтре Кальмана, реализованного в модуле обработки информации, используется сигнал скорости поступательного движения зонда и систематические составляющие погрешности этого сигнала (нулевой сигнал, погрешность масштабного коэффициента) будут интегрироваться, что приведет к накоплению ошибки. The disadvantages of this device are as follows. Firstly, the need to use a special mechanism for generating a signal of the speed of the probe, violating the autonomy of the lowered measuring device, the need for additional communication lines to transmit signals from the surface of the Earth of the speed of the probe. Secondly, in conditions of intense linear vibrations that occur during a working storm, restoration of the third component of the angular velocity of rotation of the descent probe using accelerometer signals leads to a significant increase in the intensity of random high-frequency errors in determining the angular velocity of rotation of the probe, which accordingly limits the achievable accuracy of determining the parameters of the wells . Thirdly, an error will accumulate in determining the coordinates of the descent probe, since the signal of the translational velocity of the probe and the systematic components of the error of this signal (zero signal, error of the scale factor) will be used as the correction signal in the Kalman filter implemented in the information processing module integrate, which will lead to the accumulation of errors.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение автономности работы системы и повышение точности определения параметров разведочных скважин. The task of the invention is to ensure the autonomy of the system and improve the accuracy of determining the parameters of exploratory wells.

Поставленная задача достигается тем, что в известное устройство для контроля параметров разведочной буровой скважины, содержащее зонд для контроля скважины, в составе которого имеется модуль датчиков первичной информации в виде маятниковых компенсационных акселерометров с ортогональными осями чувствительности и датчиков угловых скоростей, а также модуль обработки информации, входы которого соединены с выходами модуля датчиков первичной информации, введены третий датчик угловой скорости, ось чувствительности которого перпендикулярна осям чувствительности двух других датчиков угловой скорости, а также три магнитометра с ортогональными осями чувствительности. В состав модуля обработки информации введены блок фильтров нижних частот, блок вычисления параметров ориентации, блок идентификации режимов движения зонда, блок вычисления координат, содержащий блок коммутации, вычислитель направляющих косинусов и вычислитель координат, при этом выходы всех датчиков соединены через блок фильтров нижних частот с соответствующими входами блока вычисления параметров ориентации, три выхода которого соединены через блок коммутации с последовательно соединенными вычислителем направляющих косинусов и вычислителем координат, а выход датчика угловой скорости, ось чувствительности которого параллельна продольной оси зонда, дополнительно соединен через блок идентификации режимов движения зонда с управляющим входом блока коммутации, при этом блок вычисления параметров ориентации содержит вычислитель скорости измерения параметров ориентации, вычислитель алгебраических оценок параметров ориентации, три сравнивающих устройства, по три сумматора цепей позиционной и интегральной коррекции, по три интегратора прямой цепи и цепи интегральной коррекции, а также по три усилителя позиционной и интегральной коррекций, при этом три первых входа вычислителя скорости измерения параметров ориентации соединены с соответствующими выходами по угловым скоростям блока фильтров нижних частот, а выходы этого вычислителя в каждом из трех каналов соединены через соответствующие сумматоры цепей интегральной и позиционной коррекции с одним из интеграторов прямой цепи, выходы которых соединены с тремя другими входами вычислителя скорости изменения параметров ориентации и входами соответствующих сравнивающих устройств, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами вычислителя алгебраических оценок параметров ориентации, входы которого соединены с шестью выходами блока фильтров нижних частот по сигналам напряженности магнитного поля Земли и сигналам ускорений, а также с выходами двух интеграторов прямой цепи, выход сравнивающего устройства в каждом из трех каналов соединен через последовательно соединенные интегратор и усилитель цепи интегральной коррекции с вторым входом сумматора цепи интегральной коррекции, а также через усилитель цепи позиционной коррекции - с вторым входом сумматора цепи позиционной коррекции, при этом блок идентификации режимов движения зонда содержит последовательно соединенные устройство умножения, фильтр и пороговое устройство, при этом два входа устройства умножения соединены между собой. This object is achieved in that in the known device for monitoring the parameters of an exploratory borehole, containing a probe for monitoring the well, which includes a module of primary information sensors in the form of pendulum compensation accelerometers with orthogonal sensitivity axes and angular velocity sensors, as well as an information processing module, the inputs of which are connected to the outputs of the primary information sensor module, a third angular velocity sensor is introduced, the sensitivity axis of which is perpendicular on the other two axes of sensitivity of the angular velocity sensor, and a magnetometer with three orthogonal axes of sensitivity. The information processing module includes a low-pass filter unit, an orientation parameter calculation unit, a probe motion identification unit, a coordinate calculation unit containing a switching unit, a guide cosine calculator and a coordinate calculator, while the outputs of all sensors are connected through the low-pass filter unit to the corresponding the inputs of the unit for calculating orientation parameters, the three outputs of which are connected through the switching unit to the cosines of the guide cosines connected in series and you the coordinate numerator, and the output of the angular velocity sensor, the sensitivity axis of which is parallel to the longitudinal axis of the probe, is additionally connected through the identification unit of the probe motion modes to the control input of the switching unit, while the orientation parameter calculating unit contains an orientation parameter calculator, an algebraic orientation parameter estimator, three comparators, three adders of positional and integral correction circuits, three direct circuit and integral circuit integrators correction, as well as three amplifiers of positional and integral corrections, with the first three inputs of the speed calculator measuring the orientation parameters connected to the corresponding outputs at the angular velocities of the low-pass filter block, and the outputs of this calculator in each of the three channels are connected through the corresponding adders of the integral circuits and positional correction with one of the direct circuit integrators, the outputs of which are connected to three other inputs of the calculator of the rate of change of orientation parameters and inputs respectively comparing devices, the second inputs of which are connected to the corresponding outputs of the calculator of algebraic estimates of orientation parameters, the inputs of which are connected to six outputs of the low-pass filter block by the signals of the Earth’s magnetic field and acceleration signals, as well as the outputs of two direct circuit integrators, the output of the comparison device in each of the three channels is connected through a series-connected integrator and amplifier of the integral correction circuit with the second input of the integrator circuit correction as well as through the amplifier circuit positional correction - with a second input of the adder circuit positional correction, the probe identification unit driving modes includes a serially coupled multiplication device, a filter and a threshold device, wherein the two multiplier inputs are interconnected.

При определении приращения длины ствола скважины по сигналам акселерометров исключается возможность ошибочного счисления длины ствола скважины при остановках бура, не связанных с наращиванием бурильных труб. Для этого каждый маятниковый компенсационный акселерометр дополнительно содержит устройство переключения диапазонов и второй усилитель обратной связи, при этом датчик угла акселерометра соединен с первым входом устройства переключения диапазонов, а два соответствующих ему выхода соединены через соответствующие усилители с датчиком момента и с вторым и третьим входами устройства переключения диапазонов, а соответствующий им выход соединен с входом акселерометра, четвертый вход устройства является входом сигнала управления переключением диапазонов и соединен с выходом блока идентификации режимов движения зонда, при этом блок вычисления координат дополнительно содержит блок вычисления модуля ускорения, и последовательно соединенные блок вычисления глубины погружения и вычислитель приращения длины скважины, второй вход которого соединен со вторым выходом вычислителя направляющих косинусов, а выход - с четвертым входом вычислителя координат, входы блока вычисления модуля ускорения соединены с выходами по ускорениям блока фильтров нижних частот, а выход - через блок коммутации с входом блока вычисления глубины погружения. Недостатком данной схемы определения координат зонда является снижение точности определения координат вплоть до потери работоспособности блока вычисления координат при приближении ориентации оси зонда к плоскости горизонта. When determining the increment of the length of the wellbore by the signals of accelerometers, the possibility of erroneous calculation of the length of the wellbore during drill stops that are not associated with the extension of drill pipes is excluded. For this, each pendulum compensation accelerometer additionally contains a range switching device and a second feedback amplifier, while the accelerometer angle sensor is connected to the first input of the range switching device, and two corresponding outputs are connected via corresponding amplifiers to the torque sensor and to the second and third inputs of the switching device ranges, and the corresponding output is connected to the accelerometer input, the fourth input of the device is the input of the switch control signal a range of ranges and connected to the output of the identification block of the probe motion modes, the coordinate calculation unit further comprises an acceleration module calculation unit, and a dive depth calculation unit and a well length increment calculator, the second input of which is connected to the second output of the guide cosines calculator, and the output - with the fourth input of the coordinate calculator, the inputs of the acceleration module calculation unit are connected to the acceleration outputs of the low-pass filter unit, and the output through b lok switching with the input of the unit for calculating the depth of immersion. The disadvantage of this scheme for determining the coordinates of the probe is a decrease in the accuracy of determining the coordinates up to the loss of operability of the coordinate calculation unit when the orientation of the axis of the probe approaches the horizon plane.

Для эффективного использования информации о длине наращиваемых бурильных труб и исключения ошибочного счисления длины ствола скважины при остановках бура, не связанных с наращиванием бурильных труб, в систему дополнительно введено логическое устройство, включенное между вычислителем приращения длины скважины и вычислителем координат, при этом второй вход логического устройства подключен к второму входу вычислителя направляющих косинусов. In order to effectively use information about the length of the drill pipe to be extended and to eliminate erroneous calculation of the length of the wellbore during drill stops that are not related to the extension of the drill pipe, a logical device is added to the system that is connected between the calculator of the increment of the length of the well and the coordinate calculator, while the second input of the logical device connected to the second input of the calculator of the guide cosines.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы определения параметров разведочных скважин; на фиг. 2 и 3 - функциональные схемы блока вычисления параметров ориентации и блока идентификации режимов движения зонда соответственно; на фиг. 4 - кинематическая функциональная схема компенсационного акселерометра; на фиг. 5 и 6 - варианты исполнения блока вычисления координат. In FIG. 1 is a functional diagram of a system for determining exploratory well parameters; in FIG. 2 and 3 are functional diagrams of a block for calculating orientation parameters and a block for identifying probe motion modes, respectively; in FIG. 4 is a kinematic functional diagram of a compensation accelerometer; in FIG. 5 and 6 are embodiments of a block for calculating coordinates.

Система содержит зонд, в составе которого имеется модуль 1 (см. фиг. 1) датчиков первичной информации (ДПИ), состоящий из блока трех датчиков угловой скорости (ДУС), блока трех магнитометров (ММ) и блока трех маятниковых компенсационных акселерометров (АМК). Оси чувствительности каждой тройки датчиков образуют ортогональные трехгранники, коллинеарные между собой и с осями опускаемого зонда. Кроме этого, зонд содержит модуль обработки информации, в состав которого входят блок 2 фильтров нижних частот (ФНЧ), блок 3 вычисления параметров ориентации (БВПО), блок 4 идентификации режимов (БИР) движения основания, блок 5 вычисления координат (БВК), содержащий блок 6 коммутации (БК), вычислитель 7 направляющих косинусов (ВК) и вычислитель 8 координат (ВК). The system contains a probe, which includes module 1 (see Fig. 1) of primary information sensors (DPI), consisting of a block of three angular velocity sensors (DLS), a block of three magnetometers (MM), and a block of three pendulum compensation accelerometers (AMC) . The sensitivity axes of each triple of sensors form orthogonal trihedra, collinear with each other and with the axes of the lowered probe. In addition, the probe contains an information processing module, which includes a block 2 low-pass filters (LPF), block 3 calculates the orientation parameters (BVPO), block 4 identifies the modes (BIR) of the movement of the base, block 5 calculation of coordinates (BVK) containing switching unit 6 (BC), a calculator 7 guide cosines (VK) and a computer 8 coordinates (VK).

Выходы всех ДПИ соединены через блок ФНЧ с соответствующими входами БВПО, три выхода которого соединены через БК с последовательно соединенными ВНК и ВК, а выход датчика угловой скорости, ось чувствительности которого параллельна продольной оси зонда, дополнительно соединен через БИР с управляющим входом БК. The outputs of all the PDIs are connected through the low-pass filter block to the corresponding inputs of the BVPO, the three outputs of which are connected through the BC with the VNK and VK connected in series, and the output of the angular velocity sensor, the sensitivity axis of which is parallel to the longitudinal axis of the probe, is additionally connected through the BIR to the control input of the BC.

БВПО (см. фиг. 2) содержит вычислитель 9 скорости измерения параметров ориентации (ВСИПО), вычислитель 10 алгебраических оценок параметров ориентации (ВАОПО), по три сумматора 11, 12, 13 цепей интегральной и 14, 15, 16 позиционной коррекций, а также три сравнивающих устройства 17, 18, 19, по три интегратора 20, 21, 22 прямой цепи и 23, 24, 25 цепи интегральной коррекции, а также по три усилителя 26, 27, 28 позиционной и 29, 30, 31 интегральной коррекций. Три первых входа ВСИПО соединены с соответствующими выходами по угловым скоростям блока ФНЧ, а выходы ВСИПО в каждом из трех каналов соединены через соответствующие сумматоры 11 (12, 13) цепей интегральной и 14 (15, 16) позиционной коррекции с одним из интеграторов 20 (21, 22) прямой цепи, выходы которых соединены с тремя другими входами ВСИПО и входами соответствующих сравнивающих устройств 17 (18, 19), вторые входы которых соединены с соответствующими выходами ВАОПО. При этом входы ВАОПО соединены с шестью выходами блока ФНЧ по сигналам напряженности магнитного поля Земли и сигналам ускорений, а также с выходами двух интеграторов (21, 22) прямой цепи. Выход сравнивающего устройства 17 (18, 19) в каждом из трех каналов соединен через последовательно соединенные интегратор 23 (24, 25) и усилитель 29 (30, 31) цепи интегральной коррекции с вторым входом сумматора 11 (12, 13) цепи интегральной коррекции, а также через усилитель 26 (27, 28) цепи позиционной коррекции - с вторым входом сумматора 14 (15, 16) цепи позиционной коррекции. BVPO (see Fig. 2) contains a calculator 9 for measuring the orientation parameters (VSIPO), a calculator 10 for algebraic estimates of the orientation parameters (VAOPO), three adders 11, 12, 13 of the integral and 14, 15, 16 positional corrections, and three comparing devices 17, 18, 19, three integrators 20, 21, 22 of the direct circuit and 23, 24, 25 of the integral correction circuit, as well as three amplifiers 26, 27, 28 of the positional and 29, 30, 31 of the integral corrections. The first three VSIPO inputs are connected to the corresponding outputs by the angular velocities of the low-pass filter unit, and the VSIPO outputs in each of the three channels are connected through the respective adders 11 (12, 13) of the integral and 14 (15, 16) position correction circuits to one of the integrators 20 (21 , 22) a direct circuit, the outputs of which are connected to three other VSIPO inputs and the inputs of the corresponding comparison devices 17 (18, 19), the second inputs of which are connected to the corresponding outputs of the VAOPO. At the same time, the VAOPO inputs are connected to six outputs of the low-pass filter unit by signals of the Earth's magnetic field and acceleration signals, as well as with the outputs of two direct chain integrators (21, 22). The output of the comparator 17 (18, 19) in each of the three channels is connected through a series-connected integrator 23 (24, 25) and an amplifier 29 (30, 31) of the integrated correction circuit with the second input of the adder 11 (12, 13) of the integrated correction circuit, and also through the amplifier 26 (27, 28) of the positional correction circuit - with the second input of the adder 14 (15, 16) of the positional correction circuit.

Блок 4 идентификации режимов движения зонда (см. фиг. 3) содержит последовательно соединенные устройство умножения 32, фильтр 33 и пороговое устройство (ПУ) 34, при котором два входа устройства умножения соединены между собой. Block 4 identifying the modes of movement of the probe (see Fig. 3) contains series-connected multiplication device 32, a filter 33 and a threshold device (PU) 34, in which two inputs of the multiplying device are interconnected.

Во второй модификации БВК (см. фиг. 5) он дополнительно содержит блок 41 вычисления модуля ускорения (БМВУ), и последовательно соединенные блок 42 вычисления глубины погружения (БВГП) и вычислитель 43 приращения длины скважины (ВПДС), второй вход которого соединен со вторым выходом ВНК, а выход - с четвертым входом ВК, входы БВМУ с выходами по ускорениям блока ФНЧ, а выход - через БК с входом БВГП. При этом каждый АМК (см. фиг. 4), содержащий маятниковый чувствительный элемент 35, датчик угла 36, усилитель обратной связи 37 и датчик момента 38, дополнительно содержит устройство 39 переключения диапазонов и второй усилитель 40 обратной связи, при этом датчик угла акселерометра соединен с первым входом устройства переключения диапазонов, а два соответствующих ему выхода соединены через соответствующие усилители с датчиком момента и с вторым и третьим входами устройства переключения диапазонов, а соответствующий им выход соединен с входом акселерометра, четвертый вход устройства является входом сигнала управления переключением диапазонов и соединен с выходом БИР. In the second modification of BVK (see Fig. 5), it additionally contains an acceleration module calculation unit (BMVU) 41, and a series of immersion depth calculation unit (VVGP) 42 and a well length increment calculator 43 (VDS), the second input of which is connected to the second VNK output, and the output with the fourth VK input, the inputs of the BVMU with the outputs for the LPF unit accelerations, and the output through the BC with the input of the BVGP. Moreover, each AMC (see Fig. 4) containing a pendulum sensing element 35, an angle sensor 36, a feedback amplifier 37 and a torque sensor 38 further comprises a range switching device 39 and a second feedback amplifier 40, while the accelerometer angle sensor is connected with the first input of the range switching device, and two outputs corresponding to it are connected through the corresponding amplifiers with a torque sensor and with the second and third inputs of the range switching device, and the corresponding output is connected to the input a selerometra, fourth input unit is an input switching control signal ranges and connected to the output BIR.

В третьей модификации БВК (см. фиг. 5) он дополнительно содержит логическое устройство 44, включенное между ВПДС и ВК, при этом второй вход логического устройства подключен к второму выходу ВНК. In the third modification of the IAC (see Fig. 5), it additionally contains a logic device 44 connected between the AMS and the VC, while the second input of the logical device is connected to the second output of the VSC.

Система определения параметров разведочных скважин работает следующим образом. The system for determining the parameters of exploratory wells works as follows.

Оценки параметров ориентации ψ, ϑ, γ формируются блоком 3 по сигналам датчиков угловой скорости, магнитометров и акселерометров, предварительно обработанным в блоке 2 фильтром нижних частот, по следующему алгоритму. The estimates of the orientation parameters ψ, ϑ, γ are generated by block 3 according to the signals of the angular velocity sensors, magnetometers, and accelerometers previously processed in block 2 by a low-pass filter according to the following algorithm.

Вычислитель 9 по сигналам угловых скоростей

и оценкам параметров ориентации ψ, ϑ, γ формирует оценки скоростей изменения параметров ориентации.Calculator 9 for angular velocity signals

and estimates of the orientation parameters ψ, ϑ, γ forms estimates of the rates of change of the orientation parameters.

Вычислитель 10 по сигналам ускорений

= col (a_x, a_y, a_z), напряженности магнитного поля Земли

= col (T_x, T_y, T_z), а также, используя оценки ϑ и γ , формирует алгебраические оценки параметров ориентации.

Calculator 10 for acceleration signals

= col (a _x , a _y , a _z ), Earth's magnetic field

= col (T _x , T _y , T _z ), and also, using the estimates ϑ and γ, forms algebraic estimates of the orientation parameters.

.

Далее алгебраические оценки ψ, ϑ, γ сравниваются на сумматорах 17, 18, 19 с оценками параметров ориентации ψ, ϑ, γ и с помощью усилителей 26, 27, 28, а также усилителей 29, 30, 31 и интеграторов 23, 24, 25 реализуется позиционно-интегральная коррекция по разностям ψ^*-ψ, ϑ^*-ϑ, γ^*-γ.
Корректирующие сигналы (позиционной и интегральной коррекции) через сумматоры 11 - 16 совместно с соответствующими выходными сигналами блока 9 подаются на соответствующие интеграторы 20, 21, 22, на выходе которых и формируются оценки параметров ориентации.Further, the algebraic estimates ψ, ϑ, γ are compared on adders 17, 18, 19 with estimates of the orientation parameters ψ, ϑ, γ and with the help of amplifiers 26, 27, 28, as well as amplifiers 29, 30, 31 and integrators 23, 24, 25 implemented positional-integral correction for differences ψ ^* -ψ, ϑ ^* -ϑ, γ ^* -γ.
Correction signals (positional and integral correction) through adders 11-16 together with the corresponding output signals of block 9 are supplied to the corresponding integrators 20, 21, 22, at the output of which estimates of orientation parameters are formed.

Вычисление координат зонда осуществляется в моменты остановки бура для наращивания бурильных труб. При работающем буре датчик угловой скорости, ось чувствительности которого параллельна продольной оси зонда, реагирует на круговые вибрации, среднеквадратическое значение его сигнала, вычисляемое в блоке 4, резко увеличивается. Это служит признаком работы бура (J = 0). Таким образом, алгоритм формирования управляющего сигнала имеет следующий вид:

где
Δ = 0,01 с^-2;
T = 20 - 40 с - постоянная времени;
p - оператор дифференцирования.The coordinates of the probe are calculated at the moments when the drill stops to build drill pipes. When the storm is operating, the angular velocity sensor, the sensitivity axis of which is parallel to the longitudinal axis of the probe, responds to circular vibrations, the rms value of its signal, calculated in block 4, increases sharply. This is a sign of the drill (J = 0). Thus, the algorithm for generating the control signal has the following form:

Where
Δ = 0.01 s ^-2 ;
T = 20 - 40 s - time constant;
p is the differentiation operator.

При остановке бура блок 4 вырабатывает сигнал J = 1 и блок 6 коммутирует выходы БВПО и входы ВНК, где определяются направляющие косинусы
c₂₁= sinϑ; c₂₂= cosϑ•cosγ; c₂₃= -cosϑ•sinγ. (5) .When the drill stops, block 4 generates a signal J = 1 and block 6 commutes the outputs of the BVPO and the inputs of the VNK, where the direction cosines are determined
c ₂₁ = sinϑ; c ₂₂ = cosϑ • cosγ; c ₂₃ = -cosϑ • sinγ. (5) .

После этого 8 однократно определяет координаты зонда по алгоритму: n = n + 1;

,
где
L = L_T - длина наращиваемых бурильных труб;
n - порядковый номер остановки бура.After that, 8 once determines the coordinates of the probe according to the algorithm: n = n + 1;

,
Where
L = L _T is the length of the drill pipe being stacked;
n is the sequence number of the drill stop.

При счислении координат по сигналам маятниковых компенсационных акселерометров (БВК второй модификации - см. фиг. 5) система работает следующим образом. When reckoning coordinates according to the signals of the pendulum compensation accelerometers (BVK of the second modification - see Fig. 5), the system operates as follows.

Перед опусканием зонда в скважину при неработающем буре в систему подается питание. В блоке 4 формируется сигнал определенного уровня (J = 1), который коммутирует ключи в блоке 6 и переключает обратную связь и входной сигнал в каждом акселерометре с помощью устройства 39 на усилитель 40 малого диапазона измерения (1,01 g). Сигналы акселерометров поступают в блок 2, который срезает в них высокочастотные составляющие частотой выше 5 Гц. Затем сигналы ускорения поступают в блок 41, который формирует оценку модуля ускорения по следующему алгоритму:

.Before lowering the probe into the well with an idle storm, power is supplied to the system. In block 4, a signal of a certain level is formed (J = 1), which switches the keys in block 6 and switches the feedback and input signal in each accelerometer using device 39 to an amplifier 40 with a small measuring range (1.01 g). The signals of the accelerometers enter block 2, which cuts off the high-frequency components in them with a frequency above 5 Hz. Then, the acceleration signals enter block 41, which generates an estimate of the acceleration module according to the following algorithm:

.

Выходной сигнал блока 41 поступает в блок 42, где фиксируется значение модуля ускорения на поверхности Земли

.The output signal of block 41 goes to block 42, where the value of the acceleration modulus on the Earth’s surface is fixed

.

При последующих остановках процесса бурения акселерометры описанным выше способом переводятся на малый диапазон измерения и по их сигналам в блоке 42 определяется глубина погружения зонда по следующему алгоритму:

,
где
R = 6,37 • 10⁶ м - радиус Земли.At subsequent shutdowns of the drilling process, the accelerometers are transferred to a small measurement range as described above, and the probe immersion depth is determined by their signals in block 42 according to the following algorithm:

,
Where
R = 6.37 • 10 ⁶ m - the radius of the Earth.

Блок 43 с учетом значения η_n и значения глубины η_n-1 погружения зонда при предыдущей остановке определяет приращение длины скважины
L_a= (η_n-η_n-1)/c₂₂. (10) .Block 43, taking into account the value of η _n and the depth value η _{n-1 of the} immersion of the probe at the previous stop, determines the increment of the length of the well
L _a = (η _n -η _n-1 ) / c ₂₂ . (ten) .

После этого в блоке 8 по аналогии с выражениями (6) определяются координаты зонда, при этом L = L_a.After that, in block 8, by analogy with expressions (6), the coordinates of the probe are determined, with L = L _a .

При третьей модификации БВК (фиг. 6) перед вычислением координат с помощью логического устройства 44 определяется, что принять за истинное приращение длины скважины: L_T - длину бурильной трубы или L_a. При этом учитывается, что при приближении продольной оси зонда к плоскости горизонта точность определения приращения длины скважины по сигналам акселерометров резко снижается и за истинное значение данного параметра следует принимать L_T (блок 43 определяет L = L_T). При других ориентациях зонда сравнение L_a и L_T позволяет определить остановки бура, не связанные с наращиванием бурильных труб - в этих условиях блок 44 определяет L = L_a или выдает сигнал на запрет вычисления координат на данном такте. Таким образом, алгоритм работы логического устройства имеет следующий вид:

сIn the third modification of the IOS (Fig. 6), before calculating the coordinates using the logical device 44, it is determined what to take for the true increment of the well length: L _T is the length of the drill pipe or L _a . It is taken into account that when the longitudinal axis of the probe approaches the horizontal plane, the accuracy of determining the well length increment from the signals of accelerometers decreases sharply and L _T should be taken as the true value of this parameter (block 43 determines L = L _T ). For other probe orientations, a comparison of L _a and L _T allows you to determine the drill stops that are not associated with the extension of the drill pipe - under these conditions, block 44 determines L = L _a or gives a signal to prohibit the calculation of coordinates on this cycle. Thus, the algorithm of the logical device has the following form:

with

Claims

1. The system for determining the parameters of exploratory wells, comprising a probe, which includes a module of primary information sensors in the form of three pendulum compensation accelerometers with orthogonal sensitivity axes and two angular velocity sensors, as well as an information processing module, characterized in that the primary information sensor module additionally introduced a third angular velocity sensor, the sensitivity axis of which is perpendicular to the sensitivity axes of two other angular velocity sensors, as well as three meters a gnithometer with orthogonal sensitivity axes, an information processing module includes a low-pass filter unit, an orientation parameter calculation unit, a probe movement mode identification unit, a coordinate calculation unit containing a switching unit, a guide cosine calculator and a coordinate calculator, while the outputs of all sensors are connected through a low-pass filter unit with corresponding inputs of the orientation parameter calculation unit, the three outputs of which are connected through a switching unit with by a connecting calculator of guiding cosines and a coordinate calculator, and the output of the angular velocity sensor, the sensitivity axis of which is parallel to the longitudinal axis of the probe, is additionally connected through the identification unit of the motion modes of the probes to the control input of the switching unit, while the orientation parameter calculation unit contains an orientation parameter calculator, a calculator algebraic estimates of orientation parameters, three comparators, three adders of positional and integral of projections, three integrators of the direct circuit and the integral correction circuit, as well as three amplifiers of positional and integral corrections, while the first three inputs of the calculator for measuring the orientation parameters are connected to the corresponding outputs by the angular velocities of the low-pass filter unit, and the outputs of each calculator in each of the three channels are connected through the respective adders of the integrated and positional correction circuits to one of the direct circuit integrators, the outputs of which are connected to three other inputs of the b) changes in the orientation parameters and the inputs of the corresponding comparison devices, the second inputs of which are connected to the corresponding outputs of the algebraic estimator of the orientation parameters, the inputs of which are connected to the six outputs of the low-pass filter block by the signals of the Earth’s magnetic field and acceleration signals, as well as the outputs of two direct integrators circuit, the output of the comparison device in each of the three channels is connected through a series-connected integrator and amplifier circuit integrated corrections with the second input of the adder of the integral correction circuit, as well as through the amplifier of the positional correction circuit, with the second input of the adder of the positional correction circuit, while the identification block of the probe motion modes contains a multiplication device, a filter, and a threshold device, and two inputs of the multiplication device are connected between themselves.

2. The system according to claim 1, characterized in that each pendulum compensation accelerometer further comprises a range switching device and a second feedback amplifier, while the angle sensor of the pendulum compensation accelerometer is connected to the first input of the range switching device, and two corresponding outputs are connected through the corresponding amplifiers with a torque sensor and with second and third inputs of the range switching device, and the corresponding output is connected to the output of the pendulum compensation of the accelerometer, the fourth input of the device is the input of the range switching control signal and is connected to the output of the probe motion mode identification unit, while the coordinate calculation unit further comprises an acceleration module calculation unit, and a dive depth calculation unit and a well length increment calculator, the second input of which is connected in series connected to the second output of the calculator, directing cosines, and the output to the fourth input of the coordinate calculator, the inputs of the module calculation unit accelerations are connected to the acceleration outputs of the low-pass filter unit, and the output through the switching unit with the input of the immersion depth calculation unit.

3. The system according to claim 2, characterized in that the coordinate calculation unit further comprises a logic device connected between the well length increment calculator and the coordinate calculator, wherein the second input of the logical device is connected to the second output of the guide cosine calculator.