RU2528105C2 - Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer - Google Patents
Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2528105C2 RU2528105C2 RU2012156992/28A RU2012156992A RU2528105C2 RU 2528105 C2 RU2528105 C2 RU 2528105C2 RU 2012156992/28 A RU2012156992/28 A RU 2012156992/28A RU 2012156992 A RU2012156992 A RU 2012156992A RU 2528105 C2 RU2528105 C2 RU 2528105C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- signal
- axis
- input
- outputs
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 40
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims abstract description 36
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 33
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 13
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 6
- 239000013598 vector Substances 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 5
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 4
- 238000007562 laser obscuration time method Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- BQXJLKVZTDDERJ-UHFFFAOYSA-N (Z)-butanethial oxide Chemical compound CCCC=S=O BQXJLKVZTDDERJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано, например, для построения скважинных приборов (СП) непрерывных малогабаритных гироскопических инклинометров для обследования нефтяных, газовых и геофизических скважин, путем непрерывного движения СП в скважине при автономной начальной выставке в азимуте.The invention relates to precision instrumentation and can be used, for example, to build downhole tools (SP) of continuous small-sized gyroscopic inclinometers for examining oil, gas and geophysical wells, by continuously moving the SP in the well during an autonomous initial exhibition in azimuth.
Известен гироскопический инклинометр (АС 1788224 СССР, МКИ E21B 47/02. Инклинометр. / Рогатых Н.П., Куклина Л.А. // БИ 1993, №2).Known gyroscopic inclinometer (AS 1788224 USSR, MKI E21B 47/02. Inclinometer. / Rogatykh N.P., Kuklina L.A. // BI 1993, No. 2).
Для построения гироинерциального блока используются два идентичных (селективно подобранных по дрейфам) гирополукомпаса (ГПК), оси наружных рамок которых совпадают с продольной осью СП. Каждый ГПК состоит из наружных рамок, в которых установлены гироузлы (внутренние рамки с гиромоторами), по осям подвеса установлены датчики углов, которые измеряют углы поворота корпуса СП относительно стабилизированных в пространстве векторов кинетических моментов.To build a gyro-inertial unit, two identical gyro-half-compasses (GPC) are used (the axes of the outer frames of which coincide with the longitudinal axis of the joint venture) (selectively selected according to drifts). Each CCP consists of external frames in which gyro nodes are installed (internal frames with gyromotors), angle sensors are installed along the suspension axes, which measure the rotation angles of the joint venture relative to the space-stabilized kinetic moment vectors.
Горизонтальные коррекции ГПК состоят из жидкостных МЧЭ (обычно датчики жидкостные маятниковые типа ДЖМ-9Б) и коррекционных моторов. Так как в ГПК векторы кинетических моментов должны быть повернуты относительно базовых рисок корпуса на равные углы, то приборы должны иметь систему механического арретирования или электрического арретирования, которая, как указывают авторы Рогатых Н.П. и Куклина Л.А., на схеме условно не показана. Но введение систем механического арретирования значительно усложнит конструктивно и, вероятно, увеличит диаметр СП, а для системы электрического арретирования необходимо по осям подвеса гироузлов дополнительно устанавливать коррекционные моторы, что также увеличивает диаметр СП.Horizontal corrections of the HPA consist of liquid MCE (usually liquid pendulum sensors of the type DZHM-9B) and correction motors. Since in the CCP the vectors of kinetic moments must be rotated with equal angles relative to the base body patterns, the devices must have a mechanical locking system or electrical locking system, which, as the authors indicate, N. N. Rogatykh and Kuklina L.A., conditionally not shown in the diagram. But the introduction of mechanical locking systems will significantly complicate the design and will probably increase the diameter of the joint venture, and for the electric locking system it is necessary to additionally install correction motors along the axes of the suspension of the gyro units, which also increases the diameter of the joint venture.
К известным техническим решениям можно отнести измерительный блок инклинометра (АС 1827541 СССР, МКИ G01C 19/00. Измерительный блок инклинометра./ Галкин В.И. и др. // БИ 1993, 26).Known technical solutions include the measuring unit of the inclinometer (AC 1827541 USSR, MKI G01C 19/00. The measuring unit of the inclinometer. / Galkin V.I. et al. // BI 1993, 26).
Измерительный блок инклинометра состоит из магнитного гироскопа типа ГМП-М со сферическим ротором из магнитомягкого материала с цилиндрической полостью по оси его вращения, что необходимо для работы двухкоординатных датчиков углов и датчиков моментов.The measuring unit of the inclinometer consists of a GMP-M type magnetic gyroscope with a spherical rotor of soft magnetic material with a cylindrical cavity along the axis of rotation, which is necessary for the operation of two-coordinate angle sensors and moment sensors.
Гироскоп ГМП-М с пассивным магнитным подвесом ротора может работать в качестве двухкомпонентного измерителя угловой скорости и трехкомпонентного измерителя ускорений. Для этого сигналы датчиков углов, измеряющие углы отклонения ротора относительно корпуса в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, через усилители с последовательно включенными масштабными резисторами, с которых снимаются сигналы, пропорциональные угловым скоростям, подключают к соответствующим входам двухкоординатного датчика моментов.The GMP-M gyroscope with a passive magnetic rotor suspension can operate as a two-component angular velocity meter and a three-component acceleration meter. To this end, the signals of angle sensors measuring angles of deviation of the rotor relative to the housing in two mutually perpendicular planes, through amplifiers with series-connected scale resistors, from which signals proportional to angular velocities are taken, are connected to the corresponding inputs of the two-coordinate moment sensor.
Недостатки: магнитный гироскоп имеет сложную конструкцию, а сам инклинометр по идеологии построения является точечным.Disadvantages: the magnetic gyroscope has a complex structure, and the inclinometer itself is point based on the construction ideology.
Известен также инклинометр гироскопического типа (Патент РФ 2004786, МКИ E21B 47/02. Инклинометр. / Белянин Л.Н. и др. // БИ №45, от 15.12.1993).A gyroscopic type inclinometer is also known (RF Patent 2004786, MKI E21B 47/02. Inclinometer. / Belyanin L.N. et al. // BI No. 45, dated December 15, 1993).
В этой схеме гироинерциального модуля (ГИМ) рационально объединены два подхода: часть схемы является фрагментом бескарданной системы ориентации (БСО), содержащей двухкомпонентные акселерометр и датчик угловых скоростей (ДУС), жестко закрепленные на корпусе, с осями чувствительности, перпендикулярными продольной оси СП, а вторая часть схемы - классическим трехстепенным гироскопом (ТСГ) с маятниковой горизонтальной коррекцией. При этом из метода на основе БСО заимствуется принцип начальной выставки, но уже для вектора кинетического момента ТСГ, сигнал курсового датчика угла которого используется для формирования азимута скважины, причем в зависимости от режима функционирования - выставка или работа - в ТСГ включается или выключается горизонтальная коррекция.In this scheme of the gyroinertial module (GIM), two approaches are rationally combined: part of the scheme is a fragment of a gimballess orientation system (BSO) containing a two-component accelerometer and an angular velocity sensor (DLS), rigidly fixed to the body, with sensitivity axes perpendicular to the longitudinal axis of the SP, and the second part of the circuit is a classic three-degree gyroscope (TSG) with horizontal pendulum correction. In this case, the principle of the initial exhibition is taken from the BSO-based method, but already for the TSG kinetic moment vector, the signal of the course angle sensor of which is used to form the azimuth of the well, and depending on the operating mode — exhibition or work — horizontal correction is turned on or off in the TSG.
Недостатки: наличие ТСГ в кардановом подвесе, у которого при искривлении скважины рамки имеют тенденцию к совмещению, а также значительные габариты по диаметру СП. Кроме того, при движении в скважине имеется вращение СП вокруг продольной оси, что отрицательно сказывается на измерениях акселерометра и ДУС.Disadvantages: the presence of TSG in the gimbal suspension, which, when the well is bent, the frames tend to be aligned, as well as significant dimensions in terms of diameter of the joint venture. In addition, when moving in the well, there is a rotation of the SP around the longitudinal axis, which adversely affects the measurements of the accelerometer and TLS.
Известен также гироскопический инклинометр (Патент РФ №2030574, МКИ E21B 47/02. Способ определения азимута скважины в последовательных точках и гироскопический инклинометр. / Григорьев Н.И. и др. // Бюл. №7, 10.03.95), гироинерциальный модуль (ГИМ) которого построен на базе двух акселерометров (измерителей ускорений) и двух двухкоординатных датчиков угловых скоростей (измерителей угловых скоростей) на основе трехстепенных гироскопов, например, динамически настраиваемых гироскопов, которые жестко закреплены на корпусе скважинного прибора. При этом датчики угловых скоростей в процессе формирования измерительной информации устанавливают последовательно в два положения, отличающиеся друг от друга разворотом на 180° относительно оси, перпендикулярной к осям измерения угловых скоростей, совпадающей с продольной осью СП.A gyroscopic inclinometer is also known (RF Patent No. 2030574, MKI E21B 47/02. A method for determining the azimuth of a well at successive points and a gyroscopic inclinometer. / Grigoryev N.I. et al. // Bul. No. 7, 03/10/95), gyroinertial module (GIM) which is built on the basis of two accelerometers (acceleration meters) and two two-coordinate angular velocity sensors (angular velocity meters) based on three-stage gyroscopes, for example, dynamically tuned gyroscopes that are rigidly fixed to the body of the downhole tool. In this case, the angular velocity sensors in the process of forming the measurement information are installed sequentially in two positions, differing from each other by a 180 ° rotation relative to the axis perpendicular to the angular velocity measuring axes, which coincides with the longitudinal axis of the joint venture.
Указанные гироинерциальные модули обуславливают инклинометру следующие недостатки: инклинометр работает только в точечном режиме, что увеличивает время обследования скважин и приводит к снижению производительности инклинометрических работ, кроме того, такая схема гироинерциального модуля не позволяет создавать малогабаритные инклинометры.The indicated gyroinertial modules cause the inclinometer the following disadvantages: the inclinometer operates only in the spot mode, which increases the time for examining wells and reduces the productivity of inclinometric work, in addition, such a scheme of the gyroinertial module does not allow the creation of small-sized inclinometers.
Известен гироинерциальный модуль гироскопического инклинометра, описанный в патенте РФ 2100594 «Способ определения азимута и зенитного угла скважины и гироскопический инклинометр». / Е.А.Порубилкин, B.C.Фрейман, С.В.Кривошеев и др. // БИ №36, 1997, принятый за прототип, в котором гироинерциальный модуль построен на базе одноосного индикаторного гиростабилизатора.Known gyroinertial module of a gyroscopic inclinometer described in RF patent 2100594 "Method for determining the azimuth and zenith angle of the well and gyroscopic inclinometer." / E.A. Porubilkin, B.C. Freiman, S.V. Krivosheev and others // BI No. 36, 1997, adopted as a prototype in which the gyroinertial module is based on a uniaxial indicator gyrostabilizer.
Гироинерциальный модуль гироскопического инклинометра содержит одноосный индикаторный гиростабилизатор, на платформе которого жестко установлены измерители ускорений с взаимно перпендикулярными осями чувствительности и ориентированными перпендикулярно оси стабилизации гиростабилизатора и трехстепенной гироскоп, второй датчик угла которого через усилитель стабилизации соединен с двигателем отработки, кинематически связанным с осью стабилизации, на которой закреплен выходной датчик угла, выполненный, например, в виде синусно-косинусного трансформатора, и блок цифровой обработки, к соответствующим входам которого подключены выходы выходного датчика угла гиростабилизатора, выходы измерителей ускорений и выход измерителя угловой скорости, причем первый выход блока цифровой обработки соединен с управляющим входом задатчика эталонного тока, сигнальный выход которого подключен к первому датчику момента гироскопа, расположенному на оси, перпендикулярной оси стабилизации, а второй и третий выходы блока цифровой обработки через каротажный кабель соединены с наземным вычислителем.The gyroinertial module of the gyroscopic inclinometer contains a uniaxial indicator gyrostabilizer, on the platform of which acceleration meters are rigidly mounted with mutually perpendicular sensitivity axes and oriented perpendicular to the gyro stabilizer stabilization axis and a three-degree gyroscope, the second angle sensor of which is connected through the stabilization amplifier to the workout motor through a stabilization amplifier connected to a stabilization motor which secures the output angle sensor, made, for example, in the form of a sinus an inus transformer, and a digital processing unit, to the corresponding inputs of which are connected the outputs of the output gyro stabilizer angle sensor, the outputs of the acceleration meters and the output of the angular velocity meter, the first output of the digital processing unit being connected to the control input of the reference current master, the signal output of which is connected to the first torque sensor a gyroscope located on an axis perpendicular to the stabilization axis, and the second and third outputs of the digital processing unit via a wireline cable are connected to the ground calculator.
Для определения начальной ориентации осей чувствительности измерителей ускорений платформу, на которой они установлены, в соответствии со способом, приведенном в данном патенте, вращают в азимуте вокруг оси стабилизации (на один-два оборота). При этом по сигналам канала измерения угловой скорости трехстепенного гироскопа формируют массив измерений горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли и, используя процедуру численной оптимизации функции невязки, представляющей сумму квадратов разности эталонной угловой скоростиTo determine the initial orientation of the sensitivity axes of the acceleration meters, the platform on which they are installed, in accordance with the method described in this patent, is rotated in azimuth around the stabilization axis (one to two turns). In this case, an array of measurements of the horizontal component of the angular velocity of the Earth’s rotation is formed from the signals of the channel for measuring the angular velocity of a three-stage gyroscope and, using the procedure of numerical optimization of the residual function, which is the sum of the squares of the difference
где ωв - средняя угловая скорость вращения платформы;where ω in - the average angular velocity of rotation of the platform;
Ωзг - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли;Ω zg - horizontal component of the angular velocity of rotation of the Earth;
αx1 - фазовый сдвиг, который является азимутальным углом осей чувствительности измерителей ускорений в момент начала выставки;α x1 is the phase shift, which is the azimuthal angle of the sensitivity axes of the acceleration meters at the time the exhibition starts;
j - номер измерения;j is the measurement number;
и измеренной угловой скорости ωj на всем наборе измерений, минимизируют ее по фазовому сдвигу, а азимутальный угол осей чувствительности измерителей ускорений в момент окончания выставки определяют по формулеand the measured angular velocity ω j over the entire set of measurements, minimize it by the phase shift, and the azimuthal angle of the sensitivity axes of the acceleration meters at the end of the exhibition is determined by the formula
αxв=ψв-ψ1+αx1,α xb = ψ in -ψ 1 + α x1 ,
где ψ1, ψв - углы поворота осей чувствительности измерителей ускорений относительно корпуса скважинного прибора вокруг оси стабилизации в моменты начала и окончания выставки соответственно.where ψ 1 , ψ in are the angles of rotation of the sensitivity axes of the acceleration meters relative to the body of the downhole tool around the stabilization axis at the moments of the beginning and end of the exhibition, respectively.
Недостатком гироинерциального модуля прототипа является потенциально более низкая точность определения начального азимутального угла αхв, который является ключевым элементом при решении задачи навигации движения СП в скважине.The disadvantage of the gyroinertial module of the prototype is the potentially lower accuracy of determining the initial azimuthal angle α xv , which is a key element in solving the problem of navigating the movement of SP in the well.
Применение двухкомпонентного измерителя угловой скорости в режиме начальной выставки позволяет получить избыточную информацию, что, как известно, способствует при определенной структуре алгоритмов повышению точности определения того параметра, который функционально связан с измеряемой величиной. В данном случае параметром является начальный азимутальный угол αхв, а измеряемой величиной - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли в проекции на измерительные оси двухкомпонентного измерителя угловой скорости.The use of a two-component angular velocity meter in the initial exhibition mode allows you to get redundant information, which, as you know, helps with a certain structure of algorithms to increase the accuracy of determining the parameter that is functionally related to the measured value. In this case, the parameter is the initial azimuthal angle α xv , and the measured value is the horizontal component of the angular velocity of the Earth's rotation in projection onto the measuring axes of the two-component angular velocity meter.
Технический результат заявляемого изобретения состоит в повышении точности определения начального азимутального угла осей чувствительности измерителей ускорений гироинерциального модуля, построенного по схеме одноосного индикаторного гиростабилизатора, а следовательно, и в целом - повышению точности работы инклинометра.The technical result of the claimed invention consists in increasing the accuracy of determining the initial azimuthal angle of the sensitivity axes of the accelerometer gyro-inertial module, built according to the scheme of a uniaxial indicator gyrostabilizer, and therefore, in general, to increase the accuracy of the inclinometer.
Технический результат достигается тем, что в гироинерциальном модуле гироскопического инклинометра, содержащем одноосный гироскопический стабилизатор,The technical result is achieved by the fact that in the gyroinertial module of the gyroscopic inclinometer containing a uniaxial gyroscopic stabilizer,
на платформе которого жестко установлены два измерителя ускорений с двумя взаимно перпендикулярными осями чувствительности, которые перпендикулярны оси стабилизации гиростабилизатора, трехстепенной гироскоп, по осям подвеса которого установлены датчики углов и датчики моментов, двигатель отработки, соединенный с выходом усилителя стабилизации и кинематически связанный с осью стабилизации, на которой закреплен выходной датчик угла, выполненный в виде синусно-косинусного трансформатора, и блок цифровой обработки, к первому и второму входам которого подключены выходы выходного датчика угла гиростабилизатора, к третьему и четвертому - выходы измерителей ускорений, к шестому - выход датчика температуры, а к пятому - второй сигнальный выход первого усилителя канала измерения угловой скорости, на сигнальный вход которого подключен выход датчика угла относительно оси подвеса внутренней рамы, а первый сигнальный выход первого усилителя канала измерения угловой скорости подключен к датчику момента относительно оси подвеса наружной рамы, при этом первый выход блока цифровой обработки соединен с управляющим входом задатчика эталонного тока, второй и третий выходы блока цифровой обработки через каротажный кабель подключены к наземному вычислителю, новым является то, чтоon the platform of which two acceleration meters are rigidly installed with two mutually perpendicular axes of sensitivity, which are perpendicular to the stabilization axis of the gyrostabilizer, a three-stage gyroscope, along the axes of the suspension of which angular sensors and torque sensors are installed, a mining engine connected to the output of the stabilization amplifier and kinematically connected to the stabilization axis, on which the output angle sensor is made, made in the form of a sine-cosine transformer, and a digital processing unit, to the first and second the inputs of which are connected the outputs of the output sensor of the gyrostabilizer angle, the third and fourth - the outputs of the acceleration meters, the sixth - the output of the temperature sensor, and the fifth - the second signal output of the first amplifier of the channel for measuring angular velocity, the signal input of which is connected to the output of the angle sensor relative to the suspension axis the internal frame, and the first signal output of the first amplifier of the channel for measuring angular velocity is connected to the torque sensor relative to the suspension axis of the external frame, while the first output of the digital unit the processing is connected to the control input of the reference current setter, the second and third outputs of the digital processing unit are connected via a wireline cable to the ground computer, new is that
что трехстепенной гироскоп установлен в поворотной раме, ось подвеса которой перпендикулярна оси стабилизации гироскопического стабилизатора, совпадает с осью чувствительности одного из измерителей ускорений и с которой кинематически связаны датчик угла позиционирования поворотной рамы и двигатель разворота, к входу которого через усилитель двигателя разворота подключен выход третьего управляемого коммутатора, первый и второй управляющие входы которого соединены с первым и вторым выходами логического устройства, первый сигнальный вход третьего управляемого коммутатора подключен ко второму выходу задатчика эталонного тока, первый выход которого подключен ко второму сигнальному входу третьего управляемого коммутатора и к сигнальному входу второго управляемого коммутатора, выход которого соединен с вторым входом усилителя стабилизации, первый вход которого соединен с первым сигнальным выходом первого управляемого коммутатора, управляющий вход которого соединен с третьим выходом логического устройства, четвертый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго усилителей каналов измерения угловой скорости и управляющим входом второго управляемого коммутатора, сигнальный вход первого управляемого коммутатора соединен с датчиком угла относительно оси подвеса наружной рамы, второй сигнальный выход первого управляемого коммутатора соединен с сигнальным входом второго усилителя канала измерения угловой скорости, первый сигнальный выход которого соединен с датчиком момента относительно оси подвеса внутренней рамы, а к первому и второму входам логического устройства подключены четвертый и пятый выходы блока цифровой обработки, к седьмому входу которого подключен второй сигнальный выход второго усилителя канала измерения угловой скорости, а к третьему и четвертому входам логического устройства подключены третий и четвертый выходы преобразователя сигналов, первый и второй выходы которого соединены с третьим и четвертым сигнальными входами третьего управляемого коммутатора, а первый и второй входы преобразователя сигналов соединены с выходами датчика угла позиционирования поворотной рамы.that a three-stage gyroscope is mounted in a rotary frame, the suspension axis of which is perpendicular to the stabilization axis of the gyroscopic stabilizer, coincides with the sensitivity axis of one of the acceleration meters and with which the rotational frame position sensor and the reversal engine are kinematically connected, to the input of which the output of the third controllable motor is connected switch, the first and second control inputs of which are connected to the first and second outputs of the logical device, the first signal the third input of the third managed switch is connected to the second output of the reference current master, the first output of which is connected to the second signal input of the third managed switch and to the signal input of the second managed switch, the output of which is connected to the second input of the stabilization amplifier, the first input of which is connected to the first signal output of the first managed switch, the control input of which is connected to the third output of the logical device, the fourth output of which is connected to the control input and the first and second amplifiers of the channels for measuring the angular velocity and the control input of the second managed switch, the signal input of the first managed switch is connected to the angle sensor relative to the suspension axis of the outer frame, the second signal output of the first managed switch is connected to the signal input of the second amplifier of the channel for measuring angular velocity, the first signal the output of which is connected to a torque sensor relative to the suspension axis of the inner frame, and to the first and second inputs of the logic device the fourth and fifth outputs of the digital processing unit, to the seventh input of which the second signal output of the second amplifier of the channel for measuring angular velocity is connected, and the third and fourth inputs of the logic device are connected to the third and fourth outputs of the signal converter, the first and second outputs of which are connected to the third and fourth the signal inputs of the third managed switch, and the first and second inputs of the signal converter are connected to the outputs of the rotational frame positioning angle sensor.
Сущность изобретения поясняется чертежами, приведенными на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, гдеThe invention is illustrated by the drawings shown in figure 1, figure 2, figure 3, figure 4, where
фиг.1 - структурно-кинематическая схема гироинерциального модуля гироскопического инклинометра;figure 1 is a structural-kinematic diagram of the gyroinertial module of a gyroscopic inclinometer;
фиг.2 иллюстрирует взаимное положение систем координат (СК) при повороте поворотной рамы на угол χ;figure 2 illustrates the relative position of coordinate systems (SK) when the rotation of the rotary frame at an angle χ;
фиг.3 иллюстрирует взаимное положение СК при вращении осей, связанных с гироскопом и платформой, в процессе начальной азимутальной выставки;figure 3 illustrates the relative position of the SK during the rotation of the axes associated with the gyroscope and the platform during the initial azimuthal exhibition;
фиг.4 поясняет работу датчика угла позиционирования рамы.4 illustrates the operation of the frame positioning angle sensor.
На фиг.1 приняты следующие обозначения:In figure 1, the following notation:
1 - гироинерциальный модуль (ГИМ) на базе одноосного гиростабилизатора (ГС), входящий в состав скважинного прибора (СП);1 - gyroinertial module (GIM) based on a uniaxial gyrostabilizer (GS), which is part of the downhole tool (SP);
2 - каротажный кабель (КК);2 - wireline cable (QC);
3 - наземный вычислитель;3 - ground computer;
4 - первый управляемый коммутатор (имеет один управляющий вход, один сигнальный вход и два сигнальных выхода);4 - the first managed switch (has one control input, one signal input and two signal outputs);
5 - поворотная рама;5 - rotary frame;
6 - блок цифровой обработки (БЦО);6 - digital processing unit (BTsO);
7 - задатчик эталонного тока (имеет управляющий вход и два выхода);7 - reference current master (has a control input and two outputs);
8 - датчик температуры;8 - temperature sensor;
9 - платформа ГС;9 - HS platform;
10 - выходной датчик угла, выполненный в виде синусно-косинусного трансформатора (СКТ);10 - output angle sensor, made in the form of a sine-cosine transformer (SKT);
11 - двигатель отработки (ДО);11 - a mining engine (DO);
12 - трехстепенной гироскоп (или двухканальный гироскоп);12 - three-stage gyroscope (or two-channel gyroscope);
13, 14 - измерители ускорений;13, 14 - acceleration meters;
15 - первый усилитель канала измерения угловой скорости (имеет один управляющий вход, один сигнальный вход и два сигнальных выхода);15 - the first amplifier channel measuring angular velocity (has one control input, one signal input and two signal outputs);
16 - усилитель стабилизации (УС);16 - stabilization amplifier (US);
17 - второй усилитель канала измерения угловой скорости (имеет один управляющий вход, один сигнальный вход и два сигнальных выхода);17 - second amplifier channel measuring the angular velocity (has one control input, one signal input and two signal outputs);
18 - ротор трехстепенного гироскопа;18 - rotor three-stage gyroscope;
19 - внутренняя рамка (BP) трехстепенного гироскопа;19 - inner frame (BP) of a three-stage gyroscope;
20 - наружная рамка (HP) трехстепенного гироскопа;20 - outer frame (HP) of a three-stage gyroscope;
21 - датчик угла относительно оси подвеса BP (ДУ1);21 - angle sensor relative to the axis of the suspension BP (DN1);
22 - датчик момента относительно оси подвеса BP (ДМ1);22 - torque sensor relative to the suspension axis BP (DM1);
23 - датчик угла относительно оси подвеса HP (ДУ2);23 - angle sensor relative to the axis of the suspension HP (DN2);
24 - датчик момента относительно оси подвеса HP (ДМ2);24 - torque sensor relative to the axis of the suspension HP (DM2);
25 - логическое устройство (ЛУ) (имеет четыре входа и четыре выхода);25 - logical device (LU) (has four inputs and four outputs);
26 - двигатель разворота (ДР);26 - reversal engine (DR);
27 -датчик угла позиционирования рамы (ДУПР);27 - frame positioning angle sensor (DUPR);
28 - усилитель двигателя разворота (УДР);28 - amplifier engine reversal (UDR);
29 - преобразователь сигналов (имеет два сигнальных входа и четыре сигнальных выхода);29 - signal converter (has two signal inputs and four signal outputs);
30 - второй управляемый коммутатор (имеет управляющий вход, сигнальный вход и сигнальный выход);30 - the second managed switch (has a control input, signal input and signal output);
31 - третий управляемый коммутатор (имеет два управляющих входа, четыре сигнальных входа и один сигнальный выход);31 - the third managed switch (has two control inputs, four signal inputs and one signal output);
XCYCZC - СК, связанная с корпусом СП, причем YC - продольная ось СП;X C Y C Z C - SC associated with the body of the joint venture, and Y C - the longitudinal axis of the joint venture;
XnYnZn - СК, связанная с платформой 9, причем Yп - ось подвеса платформы, совпадает с осью YС СП;X n Y n Z n - SK associated with the platform 9, and Y p - the axis of suspension of the platform, coincides with the axis Y C SP;
XгYгZг - СК, связанная с гироскопом 12 (оси Xг, Yг являются измерительными осями гироскопа в режиме двухканального ДУС, когда он повернут на угол χ=90°);X g Y g Z g - SC associated with the gyroscope 12 (the X g and Y g axes are the measuring axes of the gyroscope in the dual-channel TLS mode when it is rotated through an angle χ = 90 °);
ХА, ZA - оси чувствительности измерителей ускорений 13 и 14, причем оси чувствительности совпадают с осями Хп, Zn платформы 9;X A , Z A - sensitivity axes of
ψ - угол поворота платформы 9 относительно корпуса;ψ is the angle of rotation of the platform 9 relative to the housing;
UДО - входное напряжение ДО 11;U DO -
UДР - входное напряжение ДР 26;U DR - input voltage DR 26;
UB - команда перехода к режиму выставки, подаваемая с БЦО 6 на ЛУ 25;U B - the team transition to the exhibition mode, filed with
UИ - команда перехода к режиму измерения, подаваемая с БЦО 6 на ЛУ 25;U And - the command to switch to the measurement mode, filed with
Uχ0,Uχ90 - логические выходные сигналы, поступающие на ЛУ 25 от преобразователя сигналов 29 и соответствующие наличию или отсутствию выходных напряжений ДУПР 27 в заданных диапазонах;U χ0 , U χ90 - logical output signals arriving at the
Uχ1, Uχ2 - выходные напряжения преобразователя сигналов 29, пропорциональные углу отклонения рамы от положений χ=0° и χ=90°, измеряемые ДУПР 27;U χ1 , U χ2 are the output voltages of the
U1…U7 - входные напряжения БЦО 6;U 1 ... U 7 -
U0, -U0 - выходные напряжения задатчика эталонного тока 7.U 0 , -U 0 - output voltage of the reference
На фиг.2 и фиг.3 приняты следующие обозначения:In figure 2 and figure 3 the following notation:
XgYgZg - земная географическая СК, причем ось Xg ориентирована на север (N), ось Yg ориентирована по местной вертикали, Zg дополняет систему координат до правой (направлена на восток);X g Y g Z g - terrestrial geographical SK, with the x g axis oriented to the north (N), the y g axis oriented in the local vertical, Z g complements the coordinate system to the right (facing east);
XпjYпjZпj,
XпвYпвZпв - СК, связанная с платформой 9 в момент перехода к режиму измерения;X pv Y pv Z pv - SK associated with platform 9 at the time of transition to the measurement mode;
XгZгZг - СК, связанная с гироскопом 12; (оси Xг, Yг являются измерительными осями гироскопа в режиме двухканального ДУС, когда он повернут на угол χ=90°);X g Z g Z g - SC associated with the
XгjYгjZгj,
ψj,
ψB - угол поворота платформы 9 в момент перехода к режиму измерения;ψ B is the angle of rotation of the platform 9 at the time of transition to the measurement mode;
χ - угол поворота поворотной рамы 5;χ - angle of rotation of the
αxj,
αхв - азимут оси Хп платформы 9 в момент перехода к режиму измерения;α xs - azimuth axis X n platform 9 at the time of transition to the measuring mode;
Δj - угол поворота платформы 9 относительно начального положения в режиме выставки.Δ j - the angle of rotation of the platform 9 relative to the initial position in the exhibition mode.
На фиг.4 приняты следующие обозначения:In figure 4, the following notation:
Yг1 - ось подвеса HP 20 гироскопа 12 при угле поворота поворотной рамы 5, равном χ=χ1; при таком положении ДУПР 27 измеряет угол Δχ0 отклонения поворотной рамы 5 от положения χ=0°;Y g1 -
Yг2 - ось подвеса HP 20 гироскопа 12 при угле поворота поворотной рамы 5, равном χ=χ2; при таком положении ДУПР 27 измеряет угол Δχ90 отклонения поворотной рамы 5 от положения χ=90°;Y g2 -
Δχ - зоны измерения углов отклонения поворотной рамы 5 от положения χ=0° и χ=90°.Δχ - zone for measuring the angles of deviation of the
Гироинерциальный модуль гироскопического инклинометра содержит платформу 9, на которой размещена полезная нагрузка в виде двух измерителей ускорений 13 и 14, оси чувствительности ХА, ZA которых взаимно перпендикулярны и перпендикулярны оси Yп подвеса платформы 9. Также на платформе 9 установлен гироскопический датчик 12, в качестве которого может использоваться трехстепенной гироскоп или двухканальный гироскоп (например, гироскоп с внутренним упругим подвесом или на сферической опоре). При этом углы поворота вектора
При нулевом положении рамы 5 (χ=0°) ось Yг подвеса наружной рамки 20 гироскопа 12 совпадает с осью Yп подвеса платформы 9, ось Zг, по которой направлен вектор кинетического момента
На платформе 9 установлены упоры, ограничивающие угол поворота поворотной рамы 5 в пределах (0°-Δχ; 90°+Δχ), где Δχ=2…5° (см. фиг.4). Угол поворота χ поворотной рамы 9 измеряется датчиком угла поворотной рамы 27, который измеряет отклонение Δχ0 рамы от положения χ=0° или отклонение Δχ90 рамы от положения χ=90°. Соответственно с выходов датчика угла 27 снимаются напряжения, пропорциональные вышеуказанным отклонениям. В качестве датчика угла может использоваться, например, синусно-косинусный трансформатор, с синусной обмотки которого снимается сигнал, соответствующий отклонению Δχ0, а с косинусной - отклонению Δχ90. Другим вариантом реализации данного датчика угла является применение, например, индуктивного датчика угла, имеющего две зоны пропорциональности в положениях χ=0° и χ=90°, величина которых относительно заданных положений равна Δχ=±(2…5)°. Если поворотная рама 5 находится вне зон пропорциональности, то выходные сигналы с датчиков углов будут отсутствовать.On the platform 9, stops are installed that limit the angle of rotation of the
Выход датчика угла 21, установленного по оси подвеса BP 19, через первый усилитель контура измерения угловой скорости 15 подключен к датчику момента 24 по оси подвеса HP, образуя контур измерения угловой скорости в проекции на ось подвеса BP. В режиме «измерение» этот контур является контуром электрического арретирования.The output of the
Выход датчика угла 23, установленного по оси подвеса HP 20, через первый управляемый коммутатор 4 и второй усилитель контура измерения угловой скорости 17 подключен к датчику момента 22 по оси подвеса BP 19, образуя контур измерения угловой скорости в проекции на ось подвеса HP в режиме «выставка». В режиме «измерение» выход датчика угла 23 через первый управляемый коммутатор 4 (второй вход - первый выход) и усилитель стабилизации 16 подключается на вход двигателя отработки 11, образуя контур индикаторной стабилизации.The output of the
Центральным звеном в управлении работой ГИМ является логическое устройство (ЛУ) 25, которое имеет четыре входа (логических) и четыре выхода (логических). На первый и второй входы ЛУ 25 поступают два управляющих сигнала UB и UИ. Эти сигналы формируются в БЦО 6 по команде наземного вычислителя 3, которая передается в цифровой форме последовательным кодом по каротажному кабелю 2. При этом сигналы UB и UИ определяют режим работы в соответствии с таблицей №1.The central link in the management of the work of the GIM is a logical device (LU) 25, which has four inputs (logical) and four outputs (logical). The first and second inputs of
На третий и четвертый входы ЛУ 25 поступают два управляющих сигнала Uχ0 и Uχ90, которые формируются в преобразователе сигналов 29, входы которого подключены к выходам датчика угла позиционирования рамы 27. Причем преобразователь сигналов работает таким образом, что указанные напряжения имеют высокий уровень (соответствуют логической единице) при наличии выходного напряжения на соответствующих каналах ДУПР 27. При отсутствии выходного напряжения сигналы Uχ0 и Uχ90 имеют низкий уровень, что соответствует логическому нулю.The third and fourth inputs of the
Выходные сигналы логического устройства определяются в соответствии с таблицей №2.The output signals of the logical device are determined in accordance with table No. 2.
В таблице приведены не напряжения UB, UИ, Uχ0, Uχ90,
Выходные сигналы ЛУ, приведенные в таблице №2, могут быть получены с помощью следующих логических функций:The LU output signals given in table No. 2 can be obtained using the following logical functions:
Y1=X1;
Пояснение функции выходных сигналов ЛУ 25, приведенных в таблице:Explanation of the function of the output signals
1)
2)
3)
Напряжение
Кроме того, сигнал
Рассмотрим работу управляемых коммутаторов.Consider the operation of managed switches.
Первый управляемый коммутатор 4First Managed
Управляемый коммутатор 4 имеет один сигнальный вход и два сигнальных выхода. На сигнальный вход поступает выход датчика угла 23 по оси подвеса HP 20 гироскопа 12. Первый сигнальный выход подключен к первому входу усилителю стабилизации 16, а второй - к сигнальному входу второго усилителя контура измерения угловой скорости 17.Managed
Управляемый коммутатор 4 управляется по сигналу
Второй управляемый коммутатор 30Second Managed
Управляемый коммутатор 30 имеет один сигнальный вход и один сигнальный выход. На сигнальный вход подключен первый выход задатчика эталонного тока 7, который, при поступлении на его управляющий вход соответствующего сигнала от БЦО 6, формирует на первом выходе напряжение U0.The managed
Выход управляемого коммутатора подключен ко второму входу усилителя стабилизации 16.The output of the managed switch is connected to the second input of the
По команде
Третий управляемый коммутатор 31Third Managed
Управляемый коммутатор 31 имеет четыре сигнальных входа, один сигнальный выход. На сигнальные входы подключены выходы задатчика эталонного тока 7 и выходы преобразователя сигналов 29. Задатчик эталонного тока при поступлении соответствующего сигнала от БЦО 6 формирует на своих выходах напряжения U0 и -U0. На выходах преобразователя сигналов 29 формируются напряжения Uχ1, Uχ2, пропорциональные соответственно углам Δχ0 и Δχ90 отклонения рамы от положений χ=0° и χ=90°, измеряемые ДУПР 27 и прошедшие преобразование в преобразователе сигналов 29.The managed
Выход управляемого коммутатора 31 зависит от сигналов
Напряжение с выхода третьего управляющего коммутатора 31 через усилитель двигателя разворота 28 поступает на двигатель разворота 26 поворотной рамы 5. При этом двигатель 26 начинает поворачивать раму 5 в одно из двух заданных положений χ=0° или χ=90°.The voltage from the output of the
ГИМ может работать в трех режимах:GIM can operate in three modes:
«подготовка», «выставка» и «измерение».“Preparation”, “exhibition” and “measurement”.
Управление ГИМ осуществляется оператором с наземного вычислителя 3, который связан с блоком цифровой обработки (БЦО) 6 через каротажный кабель 2.GIM control is carried out by the operator from the
Режим «Подготовка».Preparation mode.
В соответствии с таблицей №2 режим состоит из этапов 1-6.In accordance with table No. 2, the mode consists of steps 1-6.
В начале работы скважинный прибор (СП) ГИ выставляется с помощью зажимов в вертикальное положение в устье скважины. На ГИМ ГИ подается питание, при этом ротор 18 гироскопа 12 начинает разгоняться, измерители ускорений 13 и 14 начинают работать.At the beginning of the work, the downhole tool (SP) of the GI is set using clamps in a vertical position at the wellhead. Power is supplied to the GMI GI, while the
На этапах 1-3 осуществляется приведение и стабилизация поворотной рамы в положении χ=0°. По команде оператора БЦО 6 формирует напряжения UB=0, UИ=0, поступающие на ЛУ 25. Сигналы UB, UИ сохраняют свое состояние на всем протяжении этапов 1-3.At stages 1-3, the rotation frame is brought in and stabilized in the position χ = 0 °. At the command of the operator, the
Независимо от сигналов Uχ0 и Uχ90, а следовательно, и от положения поворотной рамы 5, ЛУ 25 формирует сигналы
Сигнал
Выходные сигналы ЛУ 25
Этап 1.
Этап 1 начинается в случае, если поворотная рама 5 находится в положении, близком к χ=90°. При этом сигналы, поступающие на ЛУ 25 с преобразователя сигналов 29, принимают значения Uχ0=0, Uχ90=1. Согласно таблице №2, выходные напряжения ЛУ 25 примут при этом значения
где kУДР - коэффициент усиления УДР 28.where k UDR -
Под действием напряжения UДР=-kУДРU0 поворотная рама 5 начинает поворачиваться в сторону нулевого положения. При этом, выходя из зоны измерения отклонения от положения χ=90°, сигнал Uχ90 становится равным Uχ90=0. Напряжение Uχ0 по-прежнему Uχ0=0. При этом осуществляется переход к этапу 2.Under the action of voltage U DR = -k UDR U 0, the
Этап 2
На этом этапе поворотная рама 5 занимает среднее положение, при котором отсутствуют сигналы обоих каналов датчика угла позиционирования рамы, при этом выходные напряжения преобразователя сигналов 29 принимают значения Uχ0=0, Uχ90=0. Согласно таблице №2 выходные напряжения ЛУ 25 примут значения
поступающего на ДР 26.entering the DR 26.
Когда поворотная рама подойдет к зоне измерения в области нулевого положения, появляется сигнал ДУПР 27 в канале измерения отклонения от положения χ=0°. При этом преобразователь сигналов 29 формирует сигнал Uχ0=1. Напряжение Uχ90 по-прежнему Uχ90=0. При этом осуществляется переход к этапу 3.When the rotary frame approaches the measurement zone in the zero position region, an ARR signal 27 appears in the deviation measurement channel χ = 0 °. When this
Этап 3.
На этом этапе поворотная рама 5 занимает положение, близкое к положению χ=0°. При этом выходные напряжения преобразователя сигналов 29 принимают значения Uχ0=1, Uχ90=0. Согласно таблице №2 выходные напряжения ЛУ 25 примут значения
Выход УДР 28 подключен к ДР 26, на который, соответственно, поступает напряжениеThe output of the
под действием которого ДР 26 доводит поворотную раму 5 в нулевое положение и удерживает (стабилизирует) раму в этом положении с заданной точностью.under the influence of which the DR 26 brings the
После того как рама 5 приведена в нулевое положение с заданной точностью, оператору предлагается, пользуясь сигналами акселерометров выставить СП ГИ по вертикали с требуемой точностью.After the
Этап 4.
По окончании выставки СП по вертикали с требуемой точностью оператору предлагается перейти к развороту гироскопа на 90°. По команде оператора БЦО 6 формирует напряжения UВ=1, UИ=0, поступающие на ЛУ 25. Сигналы UB, UИ сохраняют свое состояние на всем протяжении этапов 4-6.At the end of the SP exhibition, the operator is prompted with the required accuracy to switch to a gyroscope turn of 90 °. At the command of the operator, the
Независимо от сигналов Uχ0 и Uχ90, а, следовательно, и от положения поворотной рамы 5, ЛУ 25 формирует сигналы
Выходные сигналы ЛУ 25
Под действием напряжения
Этап 5
На этом этапе поворотная рама 5 занимает среднее положение, при котором отсутствуют сигналы обоих каналов датчика угла позиционирования рамы 27. При этом выходные напряжения преобразователя сигналов 29 принимают значения Uχ0=0, Uχ90=0. Так как UB=1, UИ=0, то согласно таблице №3 выходные напряжения ЛУ 25 примут значения
поступающего на ДР 26.entering the DR 26.
Когда поворотная рама подошла к зоне измерения в области положения χ=90°, появляется сигнал в ДУПР 27 в канале измерения отклонения от положения χ=90°. При этом преобразователь сигналов 29 формирует сигнал Uχ90=1. Напряжение Uχ0 по-прежнему Uχ0=0. При этом осуществляется переход к этапу 6.When the rotary frame approached the measurement zone in the region of the position χ = 90 °, a signal appears in DUPR 27 in the channel for measuring the deviation from the position χ = 90 °. When this
Этап 6.
На этом этапе поворотная рама 5 занимает положение, близкое к положению χ=90°. При этом выходные напряжения преобразователя сигналов 29 принимают значения Uχ0=0, Uχ90=1. Согласно таблице №2 выходные напряжения ЛУ 25 примут значения
Выход УДР 28 подключен к ДР 26, на который, соответственно, поступает напряжениеThe output of the
под действием которого ДР 26 доводит поворотную раму 5 в положение χ=90° и удерживает (стабилизирует) раму в этом положении с заданной точностью.under the influence of which the DR 26 brings the
Режим «Выставка».Exhibition mode.
В соответствии с таблицей работы ЛУ25 режим состоит из этапа 7.In accordance with the LU25 operation table, the mode consists of
Этап 7.
По достижении χ=90° с заданной точностью оператору предлагается перейти к режиму «Выставка». По команде оператора БЦО 6 формирует напряжения UВ=1, UИ=1, поступающие на ЛУ 25. Так как поворотная рама 5 при этом удерживается в положении χ=90°, то сигналы, формируемые преобразователем сигналов 29, сохраняют состояние Uχ0=0, Uχ90=1. Согласно таблице №2 выходные напряжения ЛУ 25 сохранят значения
под действием которого ДР 26 удерживает (стабилизирует) раму в положении χ=90° с заданной точностью.under the influence of which the DR 26 holds (stabilizes) the frame in the position χ = 90 ° with a given accuracy.
Выходные напряжения
Сигнал
Сигнал
Второй управляемый коммутатор 30 по сигналу
где kу2 - коэффициент усиления УС 16 по второму входу. При этом ДО 11 начинает вращать платформу 9 с постоянной угловой скоростью (1-2%).where k y2 is the gain of
Во время вращения платформы 9 в дискретных точках измеряются и записываются проекции горизонтальной угловой скорости вращения Земли на оси Xгj и Yгj, а также показания СКТ 10.During the rotation of the platform 9 at the discrete points, projections of the horizontal angular velocity of the Earth's rotation on the axis X gj and Y gj are measured and recorded, as well as the readings of
По совершении N оборотов сигналы UВ и UИ принимают значения UB=0 и UИ=0. При этом состояние входных сигналов ЛУ 25 совпадает с состоянием входных сигналов на этапе 1, т.е. UВ=0, UИ=0, Uχ0=0, Uχ90=1 Таким образом, этапы 8, 9, 10 будут совпадать с этапами 1, 2, 3 соответственно.Upon completion of N revolutions, the signals U B and U And take the values U B = 0 and U AND = 0. In this case, the state of the input signals
Вращение платформы прекращается, а поворотная рама 5 возвращается в нулевое положение, которое необходимо на этапе измерения.The rotation of the platform is stopped, and the
По сохраненным в наземном вычислителе массивам угловых скоростей и сигналов СКТ 10 вычисляется азимут осей платформы 9 (осей чувствительности измерителей ускорений) на момент начала выставки по формулеUsing the arrays of angular velocities and signals of
где αх1 - азимут оси Хп1 платформы на момент начала выставки;
Формула (11) получена на основании применения метода наименьших квадратов к массивам измеренных угловых скоростей и углов поворота платформы. При этом формируется функция невязки как сумма квадратов разности между измеренными
где
ωдх, ωдy - систематические составляющие дрейфа, которая в развернутом виде принимает видω dx , ω dy are the systematic components of the drift, which in expanded form takes the form
Условия минимизации - три уравнения, представляющие равенство нулю частных производных по искомым параметрам αх1, ωдх, ωду Minimization conditions - three equations representing the partial equality of derivatives with respect to the desired parameters α x1 , ω dx , ω du
решением которых (при условии, что платформа совершает целое число оборотов) являются формула (11) и систематические составляющие дрейфаwhose solution (provided that the platform makes an integer number of revolutions) are formula (11) and the systematic components of the drift
Режим «Измерение»Measurement Mode
Этапы 8-10.Steps 8-10.
Последовательность действий в этих этапах работы соответствует ранее рассмотренным этапам 1-3.The sequence of actions in these stages of work corresponds to the previously considered stages 1-3.
Этап 11.
По завершении начальной выставки и приведении поворотной рамы 5 в положение χ=0°, оператору предлагается перейти к режиму измерения. При поступлении от оператора соответствующей команды с БЦО 6 на ЛУ 25 поступают напряжения UB=0, UИ=1. Сигналы, поступающие с преобразователя сигналов 29, имеют значения Uχ0=1, Uχ90=0. Согласно таблице №2 выходные напряжения ЛУ 25 примут значения
Согласно таблице №3 по сигналам
Выход УДР 28 подключен к ДР 26, на который, соответственно, поступает напряжениеThe output of the
под действием которого ДР удерживает (стабилизирует) раму в положении χ=0° с заданной точностью на всем протяжении режима измерения.under the influence of which the DR holds (stabilizes) the frame in the position χ = 0 ° with a given accuracy throughout the measurement mode.
Сигнал
По сигналу
Для начала работы алгоритма измерения параметров скважины необходимо знать азимут αхв осей чувствительности акселерометров на момент начала измерения (см. фиг.3). Азимут αхв может быть определен как сумма вычисленного в результате выставки азимута ах] и угла, на которой повернулась платформа 9 от момента начала выставки до момента начала режима измерения (ψB-ψ1)To start the operation of the algorithm for measuring the parameters of the well, it is necessary to know the azimuth α xv of the sensitivity axes of the accelerometers at the time the measurement begins (see figure 3). The azimuth α xb can be defined as the sum of the azimuth a x] calculated as a result of the exhibition and the angle at which platform 9 turned from the moment the exhibition started to the moment the measurement mode started (ψ B -ψ 1 )
где ψB - угол поворота платформы 9 в момент начала измерения (на момент окончания выставки - см. фиг.3).where ψ B is the angle of rotation of the platform 9 at the time of the start of measurement (at the time of the end of the exhibition - see figure 3).
Полученный угол (16) используется для формирования начальной матрицы ориентации в соответствии со способом, приведенным в прототипе.The resulting angle (16) is used to form the initial orientation matrix in accordance with the method described in the prototype.
К вопросу о реализации гироинерциального модуля.To the question of the implementation of the gyroinertial module.
По идее построения ГИМ является измерительной системой с переменной структурой, у которой гироскоп в зависимости от режима работы меняет свою ориентацию на 90°. Если вектор кинетического момента гироскопа параллелен оси подвеса платформы, то он превращается в двухканальный измеритель угловой скорости. Если вектор кинетического момента гироскопа перпендикулярен оси подвеса платформы, то он превращается в датчик углов для индикаторной стабилизации платформы.According to the idea of building, a GIM is a measuring system with a variable structure, in which the gyroscope, depending on the operating mode, changes its orientation by 90 °. If the vector of the kinetic moment of the gyroscope is parallel to the suspension axis of the platform, then it turns into a two-channel angular velocity meter. If the vector of the kinetic moment of the gyroscope is perpendicular to the axis of the platform suspension, then it turns into an angle sensor for indicator stabilization of the platform.
Как и в прототипе, выходными сигналами ГИМ являются: сигналы двух измерителей ускорений, сохраненный начальный азимут платформы, вычисленные систематические составляющие дрейфа гироскопа и выходные сигналы СКТ.As in the prototype, the output signals of the GIM are: the signals of two acceleration meters, the stored initial azimuth of the platform, the calculated systematic components of the gyro drift and the output signals of the SKT.
Предлагаемый ГИМ проектировался с таким расчетом, чтобы математическое обеспечение алгоритмов ориентации и навигации гироинклинометра в режиме «Измерение», когда скважинный прибор опускается (поднимается) в скважину на каротажном кабеле, оставалось без изменения, т.е. соответствовало бы алгоритмам прототипа.The proposed GIM was designed in such a way that the mathematical support of the gyroinclinometer orientation and navigation algorithms in the Measurement mode, when the downhole tool is lowered (rises) into the well on a wireline, remains unchanged, i.e. would match prototype algorithms.
Таким образом, предлагаемый ГИМ позволяет строить непрерывный ГИ с автономной азимутальной выставкой повышенной точности, алгоритм функционирования которого при спуске (подъеме) соответствует алгоритмам ГИ с одноосным индикаторным гиростабилизатором, как указано в патенте №2100594 прототипа, СП которого имеет диаметр 73 мм.Thus, the proposed GIM allows you to build a continuous GI with an autonomous azimuthal exhibition of improved accuracy, the algorithm of which during descent (ascent) corresponds to the GI algorithms with a uniaxial indicator gyrostabilizer, as described in patent No. 2100594 of the prototype, the joint venture of which has a diameter of 73 mm
Некоторые вопросы технической реализации.Some issues of technical implementation.
1. В качестве гироскопа ГИМ в данном устройстве планируется применить серийный динамически настраиваемый гироскоп, например, ГВК-16.1. As a GIM gyroscope in this device, it is planned to use a serial dynamically tuned gyroscope, for example, GVK-16.
2. Поворотной рамой при этом будет оправка с полуосями, к которой жестко крепится гироскоп.2. The swinging frame will be a mandrel with half shafts, to which the gyroscope is rigidly attached.
3. Привод рамы: малогабаритный двигатель серии ДПР, который кинематически с помощью, например, безлюфтовых шестеренок будет передавать момент на ось поворотной рамы. Конструктивно ДПР будет размещен таким образом, чтобы размер СП по диаметру не увеличивался.3. Frame drive: a small-sized engine of the DPR series, which kinematically, using, for example, gearless gears, will transmit torque to the axis of the rotary frame. Structurally, the DPR will be placed so that the size of the joint venture does not increase in diameter.
4. Двигатель отработки: серийный моментный двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов ДС-27 (аналогично прототипу).4. Development engine: serial DC torque motor with excitation from permanent magnets DS-27 (similar to the prototype).
5. Датчик угла позиционирования рамы, например, индуктивного типа, имеющий две зоны пропорциональности в области 0° и 90° угла поворота рамы.5. A frame positioning angle sensor, for example, of an inductive type, having two proportional zones in the region of 0 ° and 90 ° of the frame rotation angle.
6. Измерители ускорений - малогабаритные акселерометры АТ-1104.6. Acceleration meters - small-sized accelerometers AT-1104.
7. Выходной датчик угла, выполненный в виде синусно-косинусного трансформатора (аналогично прототипу).7. The output angle sensor, made in the form of a sine-cosine transformer (similar to the prototype).
8. Электронные узлы могут быть реализованы на серийных аналоговых и цифровых схемотехнических элементах.8. Electronic components can be implemented on serial analog and digital circuitry elements.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012156992/28A RU2528105C2 (en) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012156992/28A RU2528105C2 (en) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012156992A RU2012156992A (en) | 2014-06-27 |
| RU2528105C2 true RU2528105C2 (en) | 2014-09-10 |
Family
ID=51216167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012156992/28A RU2528105C2 (en) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2528105C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2818661C1 (en) * | 2024-02-26 | 2024-05-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева-КАИ" | Gyro direction indicator with compensation of temperature drift |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2004786C1 (en) * | 1990-07-10 | 1993-12-15 | нин Лев Николаевич Бел | Inclinometer |
| RU2030574C1 (en) * | 1991-06-10 | 1995-03-10 | Раменское приборостроительное конструкторское бюро | Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer |
| RU2100594C1 (en) * | 1996-02-09 | 1997-12-27 | Малое инновационное предприятие "АРАС" | Method of determination of well direction and inclination and gyroscopic inclinometer |
| RU2130118C1 (en) * | 1997-04-30 | 1999-05-10 | Государственное предприятие "Ижевский механический завод" | Gyroscopic inclinometer |
| RU2159331C1 (en) * | 1999-10-05 | 2000-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью предприятие "АРКОН" | Method determining azimuth and zenith angle of well and gyroscopic inclinometer |
-
2012
- 2012-12-25 RU RU2012156992/28A patent/RU2528105C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2004786C1 (en) * | 1990-07-10 | 1993-12-15 | нин Лев Николаевич Бел | Inclinometer |
| RU2030574C1 (en) * | 1991-06-10 | 1995-03-10 | Раменское приборостроительное конструкторское бюро | Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer |
| RU2100594C1 (en) * | 1996-02-09 | 1997-12-27 | Малое инновационное предприятие "АРАС" | Method of determination of well direction and inclination and gyroscopic inclinometer |
| RU2130118C1 (en) * | 1997-04-30 | 1999-05-10 | Государственное предприятие "Ижевский механический завод" | Gyroscopic inclinometer |
| RU2159331C1 (en) * | 1999-10-05 | 2000-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью предприятие "АРКОН" | Method determining azimuth and zenith angle of well and gyroscopic inclinometer |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2818661C1 (en) * | 2024-02-26 | 2024-05-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева-КАИ" | Gyro direction indicator with compensation of temperature drift |
| RU2829726C1 (en) * | 2024-03-26 | 2024-11-05 | Акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборов подземной навигации" | Gyro-inclinometer for inclinometric survey and method of its performance |
| RU2826371C1 (en) * | 2024-05-24 | 2024-09-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Gyro direction indicator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012156992A (en) | 2014-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11220899B2 (en) | Gyro measurement while drilling system and method therefor | |
| US10550686B2 (en) | Tumble gyro surveyor | |
| EP2068118B1 (en) | Method and system for heading indication with drift compensation | |
| US6918186B2 (en) | Compact navigation system and method | |
| US20030220743A1 (en) | Inertially-stabilized magnetometer measuring apparatus for use in a borehole rotary environment | |
| US10287872B2 (en) | Inertial carousel positioning | |
| RU2030574C1 (en) | Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer | |
| JP2002296037A (en) | Gyrocompass device | |
| RU2528105C2 (en) | Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer | |
| Peng et al. | An automatically mode-matched MEMS gyroscope based on phase characteristics | |
| CA2484104C (en) | Method and apparatus for mapping the trajectory in the subsurface of a borehole | |
| US9976408B2 (en) | Navigation device and method for surveying and directing a borehole under drilling conditions | |
| US20070095124A1 (en) | Inertial north finder | |
| RU2507392C1 (en) | Method for zenith angle and drift direction determination and gyroscopic inclinometer | |
| RU2503810C1 (en) | Method for determining well deviation angles | |
| RU2269001C1 (en) | Method for well path measuring in azimuth and dual-mode body-mounted gyroscopic inclinometer for above method implementation | |
| RU2499224C1 (en) | Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer | |
| RU2482270C1 (en) | Method for determining orientation of downhole instrument in borehole | |
| RU2387828C1 (en) | Method to determine well angular orientation by gyro inclination metre | |
| AU2019201449A1 (en) | Borehole survey instrument and method | |
| RU2250371C1 (en) | Inclinometer | |
| Chikovani | Precision angle orientation measurement with the use of inertial measuring unit employing low accuracy optical gyros | |
| Zaitsev et al. | Research Article Study of Systems Error Compensation Methods Based on Molecular-Electronic Transducers of Motion Parameters | |
| Gao et al. | Borehole survey system using fiber optic gyroscopes strapdown inertial navigation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151226 |