способ температурной коррекции блока акселерометров в процессе бурения

Формула изобретения

Способ температурной коррекции блока акселерометров в процессе бурения, основанный на измерении в заданных точках траектории скважины проекций ускорения силы тяжести на три взаимно перпендикулярные оси, измерении температуры блока акселерометров и коррекции выходных сигналов акселерометров с помощью температурных коэффициентов, полученных экспериментально для ряда значений температур из температурного диапазона эксплуатации акселерометров, отличающийся тем, что определяют в нормальных условиях модуль вектора ускорения, задают допуск погрешности, соответствующий требуемой точности определения модуля вектора ускорения, рассчитывают модуль вектора ускорения по скорректированным с учетом температурных коэффициентов выходным сигналам акселерометров, сравнивают последний с модулем вектора ускорения, полученным в нормальных условиях, и в случае неравенства сравниваемых величин осуществляют одновременно для всех акселерометров поиск температурных коэффициентов из ряда значений температурных коэффициентов, полученных экспериментально до равенства сравниваемых величин с точностью, определяемой заданным допуском погрешности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой измерительной технике, в частности к средствам контроля забойных параметров при бурении и геофизических исследованиях скважины.

Известен способ определения изменения параметров компенсационного акселерометра, включающий испытание акселерометра в термокамере при двух его положениях: начальном и повернутом на 180° от начального положения. При каждом положении проводят два цикла измерений, один - при температуре t₁° C, другой - при температуре t ₂° С. В каждом цикле измеряют выходной сигнал акселерометра в исходном его положении, поворачивают акселерометр на некоторый угол, измеряют выходной сигнал, затем поворачивают акселерометр на некоторый угол в другую сторону, опять измеряют выходной сигнал, разворачивают акселерометр относительно оси подвеса, после чего цикл измерений повторяют. Из соотношений измеренных в каждом цикле величин по расчетным зависимостям определяют параметры акселерометра по всем четырем циклам испытаний (см. а.с. СССР №1755205 кл. G 01 Р 21/00 опубл. 1992 г.).

Недостаток этого способа заключается в том, что для некоторых типов акселерометров, которые используются в телеметрических системах и инклинометрах и имеют выходную характеристику при температурных воздействиях существенно нелинейного характера, а также значительное смещение нуля, необходим большой объем лабораторных испытаний акселерометров в термокамерах для учета погрешности выходного напряжения акселерометра.

Кроме того, отсутствуют общий контроль за температурной погрешностью блока, состоящего из трех ортогонально расположенных акселерометров после температурной коррекции каждого акселерометра, и технология уменьшения этой погрешности в процессе эксплуатации блока акселерометров.

Наиболее близким способом температурной коррекции к заявленному является способ температурной коррекции инклинометрических углов, предназначенный для контроля за траекторией ствола скважины или за положением бурильного инструмента при бурении скважины, основанный на измерении ускорений и проекций угловой скорости по трем взаимно перпендикулярным осям при помощи трех одноосных акселерометров и двух трехстепенных гироскопов, усилении выходных сигналов гироскопов, преобразовании их в код, коррекции этих сигналов в зависимости от температуры внутри корпуса инклинометра, определении величины инклинометрических углов при помощи вычислителя, размещенного в корпусе инклинометра, и передачи на поверхность Земли по каналу связи (см., например: патент RU №2101487 кл. Е 21 В 47/022 опубл. 1998 г.).

Недостаток этого способа заключается в отсутствии контроля за погрешностью температурной коррекции, возникающей при измерении во время бурения или исследованиях скважины, когда температура в скважине может меняться в некоторых пределах от точки к точке замера или в течение времени, и в отсутствии технологии уменьшения этой погрешности при необходимости.

Целью изобретения является повышение точности температурной коррекции выходных сигналов акселерометров в процессе бурения за счет постоянного контроля за температурой совместно с постоянным контролем за модулем вектора ускорения силы тяжести при сокращении времени температурных испытаний в термокамерах.

Поставленная цель достигается тем, что в способе температурной коррекции блока акселерометров в процессе бурения, основанном на измерении в заданных точках траектории скважины проекций ускорения силы тяжести на три взаимно перпендикулярные оси, измерении температуры блока акселерометров и коррекции выходных сигналов акселерометров с помощью температурных коэффициентов, полученных экспериментально для ряда значений температур из температурного диапазона эксплуатации акселерометров, определяют в нормальных условиях модуль вектора ускорения, задают допуск погрешности, соответствующий требуемой точности определения модуля вектора ускорения, рассчитывают модуль вектора ускорения по скорректированным с учетом температурных коэффициентов выходным сигналам акселерометров, сравнивают последний с модулем вектора ускорения, полученным в нормальных условиях, и в случае неравенства сравниваемых величин осуществляют одновременно для всех акселерометров поиск температурных коэффициентов из ряда значений температурных коэффициентов, полученных экспериментально, до равенства сравниваемых величин с точностью определяемой заданным допуском погрешности. На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего данный способ.

Блок схема включает: блок 1 акселерометров, в котором размещены сами акселерометры 2, 3, 4, и датчик 5 температуры, блок 6 температурной коррекции выходных сигналов акселерометров, блок 7 формирования модуля вектора ускорения |G_t|, блок 8 сравнения модуля вектора ускорения |G_t| с модулем вектора, полученным в нормальных условиях |G|, блок 9 управления циклом формирования коррекции температурной погрешности.

Для реализации данного способа в лабораторных условиях в термокамере измеряют выходные сигналы акселерометров 2, 3 и 4 при изменении с малым шагом температуры во всем заданном диапазоне, фиксируя показания датчика 5 температуры в блоке акселерометров 1. При минимальной выдержке блока акселерометров 1 при данной температуре определяют коэффициенты коррекции выходных сигналов акселерометров. Затем в процессе бурения или исследования скважины измеряют выходные сигналы акселерометров 2, 3, 4 датчика 5 температуры, и по измеренной температуре блока 1 акселерометров определяют в блоке 6 температурной коррекции с помощью заранее определенных температурных коэффициентов скорректированные выходные сигналы акселерометров G_xt, G_yt, G _zt. По этим значениям в блоке 7 рассчитывают модуль вектора ускорения силы тяжести |G_t|

В блоке 8 сравнивают величину модуля скорректированного вектора ускорения |G_t| с величиной модуля вектора ускорения |G|, определенной в нормальных условиях без коррекции. Если разница этих величин меньше заданной, то скорректированные сигналы считаются истинными, если этого не происходит, то блок 9 управления дает команду в блок 6 температурной коррекции на изменение коэффициентов температурной коррекции для всех трех акселерометров 2, 3 и 4 соответственно, а выбор их величин происходит последовательно цикл за циклом из ряда значений для температур и температурных коэффициентов соответственно, определенных в лабораторных условиях, до тех пор пока не станут |G_t | |G|, тогда скорректированные сигналы будут считаться истинными.

Таким образом, использование постоянного контроля за температурой вместе с постоянным контролем за модулем вектора ускорения позволяет уменьшить время и стоимость температурных испытаний, повысить точность измерения выходных сигналов акселерометров при бурении и исследовании скважин, особенно в условиях нестабильности температуры окружающей среды.