logo
ИИС геологического исследования скважин

3.2 Зонд бокового каротажа

Рисунок 10. Зонд бокового каротажа

Назначение: измерение кажущегося удельного электрического сопротивления (УЭС) горных пород (?к) по 3-х электродной схеме.

Таблица 7. Основные технические характеристики

Наличие транзита межмодульных сигналов с верхнего стыковочного узла к нижнему стыковочному узлу

есть

Интерфейс телеметрической системы

RS-485

Разъемы модуля

Трехконтактный герметичный СН-67-3

Диапазон измерений ?к зондами БКЗ при максимальном отношении кажущегося удельного сопротивления породы к сопротивлению промы-вочной жидкости (?п/?c) не более 2000, Ом·м:

- зондами A8.0M1.0N, A4.0M0.5N, A2.0M0.5N, N0.5M2.0A, A1.0M0.1N

от 0,2 до 5000

- зондами A0.4M0.1N, N11.0M0.5A

от 0,2 до 1000

Диапазон измерений ?к зондом трёхэлектродного БК при максимальном отношении кажущегося удельного сопротивления породы к сопротивлению промывочной жидкости (?п/?c) не более 10000, Ом·м

от 0,2 до 10000

Диапазон измерений ?с резистивиметром, Ом·м

от 0,05 до 5

Предел допускаемой основной относительной погрешности при измерении ?к зондами БКЗ, %: ?В - верхнее значение диапазона измерения параметра, Ом·м ?изм. - измеряемое значение параметра, Ом·м

?БКЗдопуст=±[4+0,005(?В/?изм.)-1]

Предел допускаемой основной относительной погрешности измерения ?к зондом трёхэлектродного БК, %

?БКдопуст=·10 %

Предел допускаемой основной относительной погрешности при измерении ?с резистивиметром, %: ?В - верхнее значение диапазона измерения параметра, Ом·м ?изм. - измеряемое значение параметра, Ом·м

?РЕЗдопуст=±[5+0,2(?В/?изм.)-1]

Допускаемая дополнительная погрешность измерения, вызванная влиянием температуры относительно стандартного значения, равного 20 °С, (при изменении температуры на каждые 10 °С) не превышает

0,1 значения основной погрешности

Питание модуля осуществляется от источников питания со следующими параметрами:

- величина действующего значения переменного тока питания модуля, А

0,4 ±0,02

- частота переменного тока питания, Гц

400 ±5

- мощность потребления, В·А, не более

15

Коэффициент мощности нагрузки

0,7

Габаритные размеры, мм, не более:

- длина модуля

20000

- максимальный диаметр модуля

80

Масса модуля, кг, не более

250

Условия эксплуатации

Диапазон температуры окружающей среды рабочих условий применения, °С

от +5 до +120

Максимальная продолжительность времени непрерывной работы модуля в скважине:

- при температуре +120 °С, ч, не более

4

- при общей продолжительности работы, ч, не более

8

Время установления рабочего режима модуля, мин, не более

15 мин. с момента включения

Максимальное гидростатическое давление рабочих условий применения, МПа

80

Максимальная скорость каротажа, м/ч

1000

Удельное сопротивление раствора, Ом·м

от 0,05 до 5

3.2.1 Генератор

Рисунок 11. Плата генератора

Назначение: генерация синусоидального сигнала 400Гц, синхронного с питающим током прибора.

В основе функционального блока лежит ЦАП с токовым выходом. Управление происходит микроконтроллером через последовательный интерфейс SPI. После ЦАП включен преобразователь ток-напряжение на ОУ. После преобразователя ток-напряжение стоит сглаживающий фильтр с полосой пропускания 400 Гц.

Характеристики генератора представлены в таблице 7.

Таблица 7. Характеристики генератора

частота дискретизации

51,2 кГц

амплитуда выходного сигнала

5В

частота выходного сигнала

400 Гц

напряжение питания

+5В, +12В

температурный диапазон

-40…+125 град

потребляемая мощность

0,2 Вт

3.2.2 Усилитель мощности (УМ)

Рисунок 12. Плата усилителя мощности

Представляет собой источник тока, управляемый напряжением. Rн = (0,1…100)Ом. имеет защиту по напряжению в случае Rн = (работа источника вне скважины).

Характеристики усилителя мощности представлены в таблице 8.

Таблица 8. Характеристики усилителя мощности

сопротивление нагрузки

0,1…100Ом

амплитуда выходного тока

0…2А

диапазон частот

0…1кГц

диапазон входного напряжения

-5…+5В

температурный диапазон

-40…+125 град

напряжение питания

+24В

потребляемая мощность

14Вт

3.2.3 Датчик тока

Рисунок 13. Резистор с рассеиваемой мощностью 2Вт

Реализован на низкоомном резисторе с большой рассеиваемой мощностью. Снимаемое напряжение прямо пропорционально протекающему току.

Характеристики датчика тока представлены в таблице 9.

Таблица 9. Характеристики датчика тока

номинал

0,2 Ом ±0,1%

максимальная рассеиваемая мощность

2 Вт

температурный диапазон

-40…+125 град

3.2.4 Генераторный электрод

Рисунок 14. Поле растекающихся токов с генераторного электрода

Назначение: Фокусировка тока, проникающего в породу. Изготовлен из железа марки 40Х с хромированным покрытием для повышения устойчивости к коррозии. Максимальное выдерживаемое давление 100МПа. Максимальный ток 10А.

3.2.5 Измерительный электрод

Рисунок 15. Схема измерения напряжения измерительным электродом

Назначение: обеспечение контакта со стенкой скважины для измерения падения напряжения в породе. Изготовлен из железа марки 40Х с хромированным покрытием для повышения устойчивости к коррозии. Максимальное выдерживаемое давление 100МПа.

3.2.6 Усилители

Рисунок 16. Схема инвертирующего усилителя

Назначение: приведение входного напряжения падения в породе и падения напряжения на датчике тока к пределу измерения АЦП ±10В. Выполнены на ОУ, включенных по инвертирующей схеме для обеспечения высокого входного сопротивления.

Характеристики усилителей представлены в таблице 10.

Таблица 10. Характеристики усилителя

коэффициент усиления

2 и 50

граничная частота усиления

1МГц

входное сопротивление

1Мом

максимальная амплитуда выходного напряжения

12В

напряжение питания

+12В, -12В

температурный диапазон

-40…+125 град

потребляемая мощность

0,15Вт

3.2.7 Фильтр

Рисунок 17. Схема RC-фильтра

Назначение: выделение сигнала 400Гц. Выполнен на R, C элементах. Граничная частота 400Гц. Температурный диапазон от минус 40 о плюс 125 град.

3.2.8 2-х канальный АЦП

Рисунок 18. Микросхема 2-канального АЦП

Назначение: синхронная оцифровка сигналов тока и напряжения. Конструктивно выполнен в виде микросхемы и содержит в себе: 2 одинаковых 16-разрядных АЦП поразрядного уравновешивания, тактовый генератор 25МГц, источник опорного напряжения, входной управляемый делитель для расширения диапазона измеряемого напряжения, регистр выходного кода.

Характеристики микросхемы 2-х канального АЦП представлены в таблице 11.

Таблица 11. Характеристики микросхемы 2-х канального АЦП

диапазон измеряемых напряжений

-5…+5В

-10…+10 при использовании входного делителя

напряжение встроенного ИОН

5В

частота встроенного тактового генератора

25 МГц

максимальная частота дискретизации

500кГц

разрядность АЦП

16

тип выходного кода

параллельный 16-разрядный

температурный диапазон

-40…+125 град

напряжение питания

+5В, +12В, -12В

потребляемая мощность

0,15Вт

3.2.9 Микроконтроллер

Рисунок 19. Микросхема микроконтроллера

Назначение: управление процессом измерения, обработка результатов, обмен данными с платой телеметрии.

Характеристики микроконтроллера представлены в таблице 12.

Таблица 12. Характеристики микроконтроллера

тип микроконтроллера

МС8051

тактовая частота

50МГц

количество портов

4 8-разрядных двунаправленных порта

встроенные последовательные интерфейсы

UART, SPI

температурный диапазон

-40..+150 град

напряжение питания

+5В

потребляемая мощность

0,6Вт

3.2.10 Плата телеметрии

Рисунок 20. Плата телеметрии

Назначение: согласование интерфейса UART и биполярного фазоманипулированного кода. Конструктивно ФБ выполнен как отдельная плата. Устанавливается в скважинный прибор, используемый в комплексе.

Основу составляет микроконтроллер типа МС8051, который выполняет функцию распознавания пришедших команд, сравнение адреса прибора в команде со своим адресом, расчет контрольной суммы.

Характеристики платы телеметрии представлены в таблице 13.

Таблица 13. Характеристики платы телеметрии

тип входного сигнала

биполярный фазо-манипулированный код

диапазон напряжений входного сигнала

-30…+30В

тип выходного сигнала

UART

температурный диапазон

-40…+125 град

напряжения питания

+5В, +12В

потребляемая мощность

0,5Вт

3.2.11 Блок питания

Рисунок 21. Блок питания

Назначение: формирование напряжений питания, необходимых для работы функциональных блоков скважинного прибора из стабилизированного тока 400мА, 400Гц.

Конструктивно блок питания выполнен в виде отдельной платы. В основе лежат импульсные стабилизаторы напряжения со сглаживающими выходными фильтрами, рассчитанные на необходимые значения напряжений.

Характеристики блока питания представлены в таблице 14.

Таблица 14. Характеристики блока питания

тип используемых стабилизаторов напряжения

импульсный

рабочий ток в первичной обмотке силового трансформатора тока

400 мА

уровни выходных напряжений

+5В, +12В, +24В, -12В

температурный диапазон

-40…+125 град

максимальная выходная мощность

16Вт