Аппаратура для исследования бурящихся скважин. МАК-2. Устройство, подготовка к работе и методика проведения работ

">б) Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности преобразования коэффициента затухания упругих волн в отношении амплитуд электрических импульсов не более ±1,4 Дб/м. в диапазоне от 3,0 до 15 Дб/м и не более ±2,8 Дб/м. в диапазоне от 15 до 30 Дб/м.

в) Питание аппаратуры осуществляется от сети переменного тока напряжением (220±22) В и частотой (50±1) Гц.

г) Частота запуска излучателя скважинного прибора (25±1) Гц

д) Частота первого периода упругих колебаний, возбуждаемых излучателем скважинного прибора, не более 20 кГц.

е) Амплитуда второго полупериода сигнала ближнего зонда на выходе блока

  управления на  сопротивлении нагрузки 1 кОм в свободной  стальной колонне  с нагруженным  диаметром 146 мм  при минимальном  коэффициенте усиления  скважинного прибора  не менее 5 В.

ж) Уровень электронных шумов, наводок и волны-помехи по звукоизолятору в интер-

вале  времени от 200 до 700 мкс по первому  каналу измерений  и от 250 до 1000 мкс  по второму каналу измерений на выходе блока управления меньше амплитуды  второго полупериода  сигнала в свободной  стальной трубе с  наружным диаметром (146±6) мм не менее чем на 50 Дб.

з) Средняя наработка на отказ при рабочей температуре скважинного прибора до 125°С не менее 200 ч.;

- установленная безотказная  наработка не менее  20 ч.;

- полный средний срок службы не менее 6 лет;

- Установленный срок  службы не менее 3 лет.

и) Время установления рабочего режима аппаратуры 15 мин.

к) Время непрерывной аппаратуры 8 ч.

         

    3. Принцип действия скважинного прибора аппаратуры МАК-2 и ее функциональ-ная схема.

      Каждый акустический зонд содержит блоки приемников, блок излучателей и звукоизолирующий фильтр, соединяющий блоки. Так как в комплект поставки входят два скважинных прибора, то при выпуске предусмотрено один из них собирать с акустическим зондом, содержащим излучатель диаметром 73 мм, а другой 100 мм. На концах блоков приемника и излучателя установлены разъемы типа 2РМ24, причем на блоке излучателя штыревой, а на блоке приемников гнездовой. Соединения между ними и обмотками преобразователей осуществляются в соответствии со схемой электрической соединений. Электронные блоки скважинных приборов размещены в защитных кожухах с наружным диаметром 73 мм, на которых устанавливаются центраторы.

  

       3.1 Устройство скважинного прибора аппаратуры МАК-2

     а) Аппаратура содержит два скважинных прибора – один с излучателем диаметром 73 мм, другой с излучателем диаметром 100 мм и блок управления.

б) Блок управления аппаратуры вырабатывает переменное напряжение для питания скважинного прибора, позволяет ступенчато регулировать коэффициент  
 
 
 

усиления  прибора, разделяет синхроимпульсы и информационные сигналы, ступающие со скважинного прибора, и выдает их в форме удобной для последующих измерений параметров сигналов.

в) В качестве сигнала связи между скважинным прибором и блоком управления

используется трехжильный каротажный бронированный каротажный кабель КГЗ-60-180 длиной до 5500 м. Для питания скважинного прибора и передачи информационных сигналов аппаратуры требуется две жилы каротажного кабеля и его броня. Третья жила кабеля не используется и является резервной

 

   

      3.2 Работа скважинного прибора аппаратуры МАК-2

       Питание аппаратуры осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Через силовой трансформатор Т2 блок  управления переменное напряжение поступает на формирователь напряжения питания ФНП скважинного прибора. ФНП позволяет ступенчато через 5 В регулировать напряжение питания скважинного прибора в пределах от 110 до 120 В в зависимости от длины каротажного кабеля, а также производить смещение напряжения питания скважинного прибора (см. Диаграмму «а» на рисунке 1) относительно точки заземления (корпуса прибора) на постоянную велечину 6 В (положительную или отрицательную). 

 
 

Рисунок 1 – временные диаграммы работы аппаратуры МАК-2

При стандартном режиме питания скважинного прибора (без смещающего

напряжения) коэффициент усиления скважинного прибора  имеет минимальное  значение. При положительном  смещающем напряжении

коэффициент усиления принимает  среднее значение, а при отрицательном – максимальное значение. Через дроссели L1 и L2 среднюю точку трансформатора Т1

блока управления переменное напряжение частотой 50 Гц через первую, вторую жилы и броню  каротажного кабеля по фантомной схеме  поступает в скважинный прибор аппаратуры. 

  Через среднюю  точку трансформатора Т1 скважинного прибора переменное напряжение поступает на силовые трансформаторы Т2 и Т3, а также на делитель напряжения R1, R2 в блок функциональный ФБ . На вторичных обмотках трансформаторов Т2 и Т3 вырабатываются переменные напряжения, необходимые

для питания блока  силового напряжения БСН-60, блока стабилизаторов напряжения БСН-7,5 и  блока выпрямителей БВ. БСН-60 выдает напряжение 60 В, необходимое для  
 
 

питания блокинг-генератора БГ и блока синхронизации  и управления БСУ. БСН-7,5 выдает стабилизированное напряжение 7,5 В и минус 7,5 В, необходимые для питания блока усилителя БУС, а также блока синхронизации и управления БСУ. Блок стабилизаторов напряжения БСН-40, который питается от блока выпрямителей, вырабатывает стабилизированные напряжения 40 В и минус 40 В, необходимые для работы оконечных каскадов блока усилителя. Блокинг-генератор вырабатывает высокое напряжение, предназначенное для заряда конденсаторов С1, С2, питающих генератор импульсов возбуждения ГИВ излучателя.

     Синхронизация работы скважинного прибора осуществляется переменным напряжением частотой 50 Гц, сформированным на выходе делителя R1, R2 блока функционального БФ. С выхода этого делителя переменное напряжение поступает на вход блока синхронизации и управления, который осуществляет деление частоты 50 Гц в два раза и формирует короткие импульсы (см. диаграмму «б» на рисунке 1) частотой 25 Гц, запускающие генератор импульсов возбуждения ГИВ, а также синхроимпульсы и управляющие сигналы, необходимые для работы блока усилителя. Синхроимпульсы (см. диаграмму «к» на рисунке 1) с выхода БСУ через конденсатор С1 блока функционального БФ, среднюю точку трансформатора Т1 прибора, первую и вторую жилы каротажного кабеля относительно его брони передаются в наземный блок управления аппаратуры. Управляющие сигналы (см. диаграмму «в» на рисунке 1), вырабатываемые БСУ, поочередно с частотой 12,5 Гц

подключают  выходы приемников акустических сигналов каналов  П1 и П2 к усилительному  тракту БУС. Кроме  того, БСУ формирует  управляющие сигналы, определяющие коэффициент усиления БУС. Для формирования этих сигналов

используется  информация (±U), поступающая на вход БСУ с резистора R3 блока функционального БФ. Резистор R3 является датчиком тока питания скважинного прибора. При стандартном режиме питания постоянное напряжение смещения на этом резисторе отсутствует. При этом БСУ формирует управляющие сигналы, устанавливающие минимальный коэффициент усиления БУС. При положительном  
 

смещении  напряжения питания, сформированном в  блоке управления аппаратуры, на входе БСУ создается положительный потенциал 0,6 В, на выходе формируются управляющие сигналы, устанавливающие средний коэффициент усиления БУС. При отрицательном смещении напряжения питания прибора на выходе БСУ формируются управляющие сигналы, устанавливающие максимальный коэффициент усиления БСУ.

     Помимо вышеописанных функций, БСУ формирует импульсы длительностью (5-10) мкс, задающие время работы блокинг-генератора (см. диаграмму «г» на рисунке 1). В это время происходит заряд конденсаторов С1 и С2 высоким напряжением на выходе БГ (см. диаграмму «д» на рисунке 1).    Излучатель И скважинного прибора, возбуждаемый генератором импульсов ГИВ, периодический (с частотой 25 Гц) создает в скважине импульсы упругих колебаний (см. диаграмму «е» на рисунке 1). Которые распространяясь вдоль скважины, попадают на акустические приемники П1 и П2 (см. диаграмму «ж» и «з» на рисунке 1). Приемники П1 и П2 преобразуют принятые импульсы упругих колебаний в электрические сигналы. Поочередно с частотой 12,5 Гц электрические сигналы с выходов приемников П1 и П2 поступают в тракт усилителя БУС. После усиления с выхода БУС (см. диаграмму «и» на рисунке 1) через трансформатор Т1 прибора по первой и второй жилам каротажного кабеля информационные сигналы волновых картин ВК передаются в наземный блок управления аппаратуры. Блок управления аппаратуры с помощью трансформатора Т1, конденсатора С1, дросселей L1, L2 и селектора синхроимпульсов ССИ позволяет разделить информационные сигналы и синхроимпульсы, поступающие со скважинного прибора. Вторичный источник ВИП, вырабатывающий стабилизированные напряжения 5 В и минус 5 В, предназначен для питания селектора синхроимпульсов. С вторичной обмотки трансформатора поступают на выходы блока управления (клеммы ВК1 и ВК2).

       Информационные сигналы и синхроимпульсы, вырабатываемые на выходах блока управления аппаратуры МАК-2. предназначены для передачи в цифровую регистрирующую систему или в наземные измерительные панели УЗБА-21 и УЗБА-21А, с помощью которых производиться измерение кинематических и динамических характеристик принятых сигналов.  

     

3.3 Конструкция скважинного  прибора аппаратуры  МАК-2 

          Общий вид скважинного  прибора аппаратуры  МАК-2 приведен в чертеже 2. 

         Скважинный прибор  содержит следующие  основные узлы:

1. Блок электронный приемный

2. Блок  электронный генераторный
3. зонд акустический
4. центратор
5. заглушка
6. наконечник
7. кожух для приемного электронного блока
8. кожух для генераторного электронного блока.

      Каждый  акустический зонд содержит блоки приемников, блок излучателя и звукоизолирующий фильтр, соединяющий блоки. Так как в комплект поставки входят два скважинных прибора, то при выпуске предусмотрено один из них собирать с акустическим зондом, содержащим излучатель диаметром 73 мм, а другой 100 мм. На концах блоков приемника и излучателя установлены разъемы типа 2РМ24, причем на блоке излучателя штыревой, а на блоке приемников гнездовой. Соединения между ними и обмотками преобразователей осуществляется в соответствии со схемой электрических соединений. Электронные блоки скважинных приборов размещены в кожухах с наружным диаметром 73 мм, на которых устанавливаются центраторы.

      

          При транспортировке в таре изготовителя скважинный прибор разбирается на три части: зонд акустический, блок электронный генераторный в кожухе с наконечником и блок электронный приемный в кожухе с заглушкой, а затем компонуется в два блока. При этом на заглушку из ЗИП с двух сторон закрепляются электронные блоки (приемный и генераторный), а поверх их устанавливаются защитные кожухи с центраторами. Со стороны блока электронного генераторного, наконечник с колпаком. На концы акустического зонда устанавливаются заглушки.  


   3.4 Функциональная  схема и описание  основных элементов. 


   Центратор.

      В зависимости от диаметра исследуемой скважины на центратор устанавливаются соответствующие рессоры (для диаметров скважин 100 мм, для диаметров скважин до 220 мм или для диаметров скважин до 320 мм). Верхний и     нижний центраторы имеют одинаковую конструкцию: два корпуса соединены четырьмя

    

    рессорами одного из трех исполнений с помощью осей, закрепленных шплинтами. Для снижения уровня шумов, проходящих с центратора на корпус прибора, внутри корпусов установлены звукоизолирующие разрезные кольца, а при установке центратора на охранный кожух электронного блока с обеих сторон каждого корпуса устанавливаются цельные звукоизолирующие кольца..

      Для фиксации положения центратора на охранном кожухе установлена гильза, закрепляемая винтами. Между гильзой и цельным звукоизолирующим кольцом установлено опорное металлическое кольцо. Для настройки раскрытия рессор в соответствии с диаметром исследуемой скважины между опорным кольцом и гильзой устанавливаются разрезные металлические кольца (три исполнения: шириной 10 мм, 20 мм, 50 мм). Для увеличения жесткости центраторов при работе в скважинах с большими углами наклона аналогичные разрезные кольца могут быть установлены с внешней стороны корпусов, при этом со стороны корпуса также устанавливается опорное металлическое кольцо, с другой стороны набор разрезных

колец упирается в ограничительные  втулки, устанавливаемые  на наконечник и заглушку, или в выступы  на корпусах, расположенных  на корпусах, расположенных  на

  концах акустического  зонда. 

Блок  излучателя диаметром 73 мм или диаметром 100 мм.

      Конструкция обоих блоков одинакова. Все акустические преобразователи имеют конструкцию, состоящую из прочного корпуса и размещенных внутри него двух катушек с сердечниками из пермендюра,

Которые установлены в  резиновом чехле, залитом силиконовой  жидкостью.

      Излучатель установлен  на валу на опорных  шайбах, между которыми  расположена распорная  втулка. Соединительные провода от преобразователя 
 


  проходят через  отверстия в боковых  поверхностях вала  и распорной втулки  в канал по центру  вала. Гидроизоляция зазоров между опорными шайбами, корпусом преобразователя и валом обеспечивается конусообразными резиновыми уплотнительными кольцами, причем между ними и опорной шайбой установлены две

прокладки из паронита, между  которыми установлено  металлическое кольцо толщиной 0,5 мм. 


Блок  приемников.

      Конструкция приемников, их установка на  валу, звукоизоляция и гидроизоляция аналогичны конструкции излучателя, но в качестве чувствительных элементов использованы пьезокерамические кольца. 


Блок  электронный генераторный БЭГ.

      Конструктивно БЭГ  размещен на шасси,  с одной стороны  которого установлен  «скользящий» штыревой  разъем, предназначенный  для электрической  связи с разъемом  блока верхнего  центратора. С другой  стороны шасси  установлена розетка,  предназначенная для подсоединения к вилке блока излучателя.

      БЭГ содержит трансформаторы  Т1, Т2, Т3, блок функциональный  БФ, блок силового  напряжения БСН-60, блок выпрямителей  БВ, блокинг-генератор  БГ,

  накопительные конденсаторы  С1, С2 и генератор  импульсов возбуждения ГИВ. Электронные блоки выполнены на отдельных печатных платах.

      Трансформатор Т1  предназначен для  передачи переменного  напряжения питания в скважинный прибор и передачи синхроимпульсов и информационных сигналов в наземный блок управления.

Трансформатор Т2, Т3 вырабатывают переменное напряжение, необходимое для питания блока силового напряжения 60 В, блока выпрямителей и блока стабилизатора напряжений 7,5 в и минус 7,5 в.

 


Блок  силового напряжения.

  БСН-60 предназначен для формирования нестабилизированного напряжения  


60 В, необходимого  для питания блокинг-генератора  БГ и оконечного  каскада схемы  формирования синхроимпульсов  в блоке синхронизации  и управления БСУ. БСН-60 содержит диодный выпрямительный мост V1-V4, фильтрующие конденсаторы С1-С6

Блок  выпрямителей.

      БВ предназначен  для формирования  нестабилизированных  напряжений постоянного  тока 55 В и минус  55 В, необходимый  для питания блока  стабилизатора напряжения  БСН-40.

      На вход БВ поступает  два переменных  напряжения 50 В частотой 50 Гц с выхода трансформатора Т3 относительно его средней точки 8.

      БВ содержит диодный  выпрямительный мост  V1-V4 и два фильтрующих конденсатора С1 и С2. На выходах блока 3 и 4 относительно выхода 5 формируются напряжения постоянного тока соответственно 55 В и минус 55 В. 


Блокинг-генератор  БГ.

      БГ предназначен  для выработки  высокого напряжения, необходимого заряда  накопительных конденсаторов  С1, С2 в блоке электронном генераторном.

      На вход БГ поступает  нестабилизированное  напряжение 60 В с выхода БСН-60.

      БГ вырабатывает высокое напряжение в четвертой четверти 40 мс цикла

  работы аппаратуры, а информационные  сигналы принимаются  скважинным прибором  и передаются в  наземную часть  в первой четверти  этого цикла. Поэтому  электромагнитные наводки и помехи, создаваемые БГ не влияют на информационные сигналы. 


Генератор импульсов возбуждения  ГИВ.

      ГИВ предназначен  для возбуждения  излучателя скважинного  прибора мощными  импульсами тока.

      ГИВ состоит из  транзистора V2 и схемы управления, содержащей трансформа-тор Т, резистор R и защитный диод V1.  


      Транзистор V2 находится под напряжением в течении четверти периода возбуждения излучателя, поэтому имеет облегченный режим работы, что позволяет обеспечить высокую его надежность при повышенных температурах окружающей среды.

Блок  электронный приемный БЭП.

      Конструктивно БЭГ  размещен на шасси,  с одной стороны  которого установлен  «скользящий» штыревой  разъем, предназначенный  для электрической  связи с разъемом  блока приемников, а с другой стороны шасси установлена розетка, предназначенная для подсоединения к вилке блока излучателя.

    

  БЭП содержит блок  стабилизаторов напряжения  БСН-40, блок стабилизаторов  напряжения БСН-7,5, блок синхронизации  и управления БСУ  и блок усилителя  БУС. Электронные блоки выполнены на отдельных печатных платах. 


Блок  стабилизаторов напряжения БСН-7,5.

      БСН-7,5 предназначен  для формирования  стабилизированных  напряжений постоянного  тока 7,5 В и минус  7,5 В, необходимых  для питания блока  синхронизации и управления БСУ и блока управления БУС.

      На входы БСН-7,5 поступают переменные  напряжения 15 В со  вторичных

  обмоток трансформатора  блока электронного  генераторного.

      БСН-7,5 содержит две  идентичные схемы  выпрямителей, фильтров  и стабилизаторов напряжения. Выпрямители выполнены по мостовой схеме на диодных матрицах. Емкостные фильтры служат для сглаживания пульсации на выходе выпрямителей.

Блок  синхронизации и  управления БСУ.

      БСУ предназначен  для формирования  следующих импульсов  синхронизации и управления:

1. импульсов запуска генератора импульсов возбуждения (ИЗТ);
 
 

2. суммы импульсов синхронизации  первого, второго  канала измерений  и реперного синхроимпульса (СИ);
3. импульсов, управляющих работой блокинг-генератора (УИ);
4. импульсов и сигналов постоянного тока, управляющих работой блока усилителя

(А0, А1, А2).

      На вход БСУ  поступают следующие  сигналы:

1. Переменное напряжение 1 В частотой 50 Гц (~50 Гц);
2. сумма переменного напряжения частой 50 Гц и напряжения смещения (±U)
3. импульсы  напряжения заряда накопительных емкостей с делителя апряжения (ДН). 

      Для питания БСУ используются стабилизированные напряжения 7,5 В, минус 7,5 В и 50 В.

      К блоку усилителя  БСУ подключаются  выход ближнего (первого)  приемника  


скважинного прибора, в наземный блок управления передаются сигналы ближнего приемника, так же к БСУ подключается выход дальнего (второго) приемника скважинного прибора, в наземный блок управления передаются сигналы дальнего приемника.

     Кроме того, с помощью  БСУ осуществляется  управление коэффициентом усиления БУС и управление работой блокинг-генератора. 
 


Блок  усилителя БУС

      БУС предназначен  для поочередного  усиления сигналов  ближнего и дальнего  приемников скважинного  прибора до уровня, достаточного для  передачи в наземный  блок управления.

      Питание предварительных  каскадов БУС осуществляется  стабилизированным  напряжением 7,5 В  и минус 7,5 В,  а оконечных каскадов – стабилизированными напряжениями 40 В и минус 40 В.БУС содержит два предварительных усилителя, два  
 


аналоговых  ключа, суммирующий усилитель, оконечный усилитель и разделительные

конденсаторы. В цепях питания  установлены сглаживающие фильтры. 


Блок  управления БУ

      Конструктивно БУ  размещен в каркасе.  Для переноски  БУ в верхней части имеется кожуха имеется ручка. 


      БУ предназначен  для формирования  напряжения питания  скважинного прибора,  управления величиной  его коэффициента  усиления и разделения  информационных сигналов  и синхроимпульсов,  поступающих из  скважинного прибора.  Информационные сигналы  и синхроимпульсы из скважинного прибора поступают по двум жилам и броне каротажного кабеля на выходы 1, 2 блока управления. После разделения синхроимпульсы поступают на выход СИ блока управления, а информационные сигналы – на выходы ВК1 и ВК2.

 


      Блок управления  БУ имеет следующие органы управления:

1. Тумблер СЕТЬ;
2. переключатель ПИТ.СП;
3. переключатель УСИЛ.СП;
4. переключатель СИНХР.
 


      На передней панели БУ также размещены датчик тока (микро-амперметр), потребляемого скважинным прибором, сигнальная лампочка СЕТЬ для контроля подключения сетевого напряжения 220 В 50 Гц к БУ, два предохранителя 0,25 А, установленные в цепях питания скважинного прибора и собственно блока управления. Максимальное значение шкалы микроамперметра соответствует потребляемому току 150 мА. 


Блок выделения синхроимпульсов БВСИ 
 


      БВСИ предназначен  для разделения  информационных сигналов  и синхроимпульсов,  поступающих из  скважинного прибора,  и формирования  положительного или  отрицательного смещения  напряжения питания  скважинного прибора  с целью управления его коэффициентом усиления.

      Для питания функциональных  узлов БВСИ содержит  вторичный источник 

питания, вырабатывающий стабилизированное  напряжение 5 В и  минус 5 В. Вторичный  источник состоит  из двух идентичных схем, включающие выпрямители, сглаживающие фильтры и стабилизаторы напряжения. 


4.Подготовка аппаратуры МАК-2 к работе.    

  4.1 Подготовительные работы на скважине.

       Подготовку работы  на скважине производить  в следующей последовательности:

1. Положить скважинный прибор на две деревянные подставки на мостках скважины.
2. Для исследования скважины номинальным диаметром  до 220 мм рекомендуется  использовать скважинный прибор диаметром 73 мм, а для исследования скважин диаметром свыше 220 мм – скважинный прибор диаметром 100 мм.
3. Снять защитный колпак с кабельной головки скважинного прибора.
4. Убедится внешним осмотром в отсутствии механических повреждений скважинного прибора, уплотнительных колец и надежности соединений всех блоков прибора в местах их стыковки. При необходимости смазать уплотнительные кольца и надежно завернуть резьбовые соединения.
5. Убедиться путем сжатия центраторов в их работоспособности и проверить их максимальную раскрываемость. Для исследования
6. скважин диаметром до 220 мм должны использоваться рессоры с максимальной раскрытостью 250 мм, для скважин диаметром свыше 220 мм –рессоры с максимальной раскрытостью 350 мм. С помощью фиксирующих винтов на упорных кольцах центраторов установить раскрытость обоих центратороов одинаковой, на (10-20) мм больше номинального диаметра скважины.
 


Подсоединить  кабельный наконечник к головке скважинного  прибора.

7.Собрать схему включения аппаратуры в зависимости от наличия в каротажнойстанции наземной измерительной панели УЗБА-21А, УЗБА-21 или цифрового регистратора «ГЕКТОР».