專利名稱：井底照相自動(dòng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于井底照像的電子控制裝置，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域。
在石油鉆井過(guò)程中，為了測(cè)量某時(shí)刻油井底部的傾斜角和方位角，通常都使用單點(diǎn)測(cè)斜儀。目前最常用的是美國(guó)依斯特曼公司(EASTMANWHIPSTOCKINC)生產(chǎn)的“R”型單點(diǎn)測(cè)斜儀。這種測(cè)斜儀由磁羅盤(pán)，照像器和控制器三部分組成。在使用過(guò)程中，先用纜繩將該儀器下放到井底，然后，控制器將照像器的電源打開(kāi)，照亮磁羅盤(pán)，照像器內(nèi)的膠片對(duì)此感光，記錄下當(dāng)時(shí)的井斜角和方位角，然后把儀器提上井來(lái)沖洗出膠片即得到測(cè)量結(jié)果。當(dāng)前，單點(diǎn)測(cè)斜儀的控制器使用的是機(jī)械式定時(shí)器或電子定時(shí)器，使用時(shí)，這兩種定時(shí)器都要求操作者根據(jù)所測(cè)油井的深度和儀器下放的速度估計(jì)儀器到井底所需的時(shí)間，然后將它預(yù)制。當(dāng)計(jì)時(shí)到這個(gè)預(yù)定的時(shí)間時(shí)，控制器就將單點(diǎn)測(cè)斜儀照像器的光源接通一段時(shí)間，以對(duì)磁羅盤(pán)刻度照像，然后關(guān)閉照像器。在實(shí)際使用時(shí)，由于定時(shí)器所設(shè)置的時(shí)間不合適，經(jīng)常出現(xiàn)還不到井底就照像的情況，或者測(cè)量的時(shí)間花費(fèi)很長(zhǎng)，使用起來(lái)很不方便，可靠性也不高。
本發(fā)明的目的就是要制造一種成本低而可靠性又高的井底照像控制器，使定向井測(cè)量作業(yè)變得簡(jiǎn)單可靠，又節(jié)省時(shí)間。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用力敏感傳感器，用來(lái)檢測(cè)測(cè)斜儀是處于下放過(guò)程還是處于井底的靜止?fàn)顟B(tài)。從傳感器出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后送到邏輯控制電路，當(dāng)滿足照像的條件時(shí)，邏輯控制電路觸發(fā)照像執(zhí)行電路，以打開(kāi)照像燈，完成照像過(guò)程后又關(guān)斷電路。時(shí)基發(fā)器產(chǎn)生幾種固定頻率的脈沖以保證邏輯控制器正常工作。
為了更清楚地弄明白本發(fā)明的基本思想和特征，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明決不限于一個(gè)實(shí)施例中。


圖1是按本發(fā)明的井底照像控制器電氣部分結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是電氣裝置的時(shí)序波形圖。
圖3是信號(hào)放大器的一種具體電路圖。
圖4是時(shí)基發(fā)生器的一種具體電路圖。
圖5是邏輯控制電路的電路圖。
圖6是狀態(tài)顯示器電路圖。
圖7是照像器執(zhí)行器電路8是電源開(kāi)關(guān)控制器和電源分配器電路圖。
圖9是按本發(fā)明的井底照像自動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，(1)為傳感器，(2)為信號(hào)放大器，(3)為時(shí)基發(fā)生器，(4)為邏輯控制器，(5)為狀態(tài)顯示器，(6)為照像執(zhí)行器，(7)為電源開(kāi)關(guān)控制，(8)為電源分配器。
傳感器(1)是一個(gè)壓電式加速度計(jì)，信號(hào)放大器(2)起阻抗變換及電壓放大作用，信號(hào)放大器(2)與傳感器(1)配合能檢測(cè)出測(cè)斜儀的加速度信號(hào)，當(dāng)加速度大于某一預(yù)定的值(該值可在0.01-0.1G范圍內(nèi)選擇)時(shí)，認(rèn)為測(cè)量?jī)x處于下放過(guò)程，當(dāng)加速度小于該預(yù)定的值時(shí)，認(rèn)為測(cè)量?jī)x已到達(dá)井底。放大后的加速度信號(hào)供給邏輯控制器(4)。當(dāng)滿足照像條件時(shí)，邏輯控制器(4)觸發(fā)照像執(zhí)行器(6)以打開(kāi)照像燈。時(shí)基發(fā)生器(3)由振蕩器和計(jì)數(shù)延時(shí)器組成，產(chǎn)生多種固定頻率的脈沖提供給邏輯控制器(4)，以保證照像過(guò)程的正確運(yùn)行。狀態(tài)顯示器(5)是一個(gè)發(fā)光二極管，用于指示本單點(diǎn)測(cè)斜儀起初一段時(shí)間(比如240S)自鎖的工作狀態(tài)，其信號(hào)來(lái)自時(shí)基發(fā)生器(3)，并受邏輯控制器(4)輸出的LED信號(hào)控制。電源開(kāi)關(guān)控制器(7)用于接通和斷開(kāi)由電池來(lái)的電源。電源分配器(8)將電源分成兩路E1和E2，E1供給數(shù)字電路(3)和(4)，E2供給信號(hào)放大器(2)。
下面結(jié)合圖2所示的時(shí)序波形圖，并參見(jiàn)圖5，對(duì)邏輯控制器的控制過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖2波形中，EN表示加給電源分配器(8)上的電壓;TP1D、TP4D、TP32D是時(shí)基發(fā)生器(3)產(chǎn)生的脈沖波形;GRES、COMP、RES、CEN、H分別是邏輯控制器產(chǎn)生的總復(fù)位、比較、清零、照像執(zhí)行、電源保持信號(hào)波形。當(dāng)電源接通即EN為高電位時(shí)(T1時(shí))，邏輯控制器產(chǎn)生一種總復(fù)位脈沖GRES，使各邏輯部件處于預(yù)定狀態(tài)，此時(shí)，H為高電平，以保持電源繼續(xù)供電，COMP為低電平，通過(guò)與門(mén)D2、D4使得CEN也為低電平，即將照像執(zhí)行器(6)閉鎖住，同時(shí)，邏輯控制器還輸出一個(gè)RES信號(hào)，將時(shí)序發(fā)生器(3)清零，然后開(kāi)始發(fā)出脈沖信號(hào)TP1D、TP4D、TP32D，如果TP1D的脈沖寬度為7.5S，那么，TP4D則為30S，TP32D則為240S即4分鐘。由圖2可見(jiàn)，在電源接通4分鐘后，即T2時(shí)刻，TP32D才第一次由低電平變?yōu)楦唠娖剑仓挥性诖藭r(shí)，TP32D的上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器D6使COMP信號(hào)變成高電平，使CNE通道打開(kāi)，因此在照像執(zhí)行通道打出之前有4分鐘時(shí)間作為井上操作時(shí)間。T3-T4時(shí)間為測(cè)量?jī)x下放時(shí)間，此間，由傳感器(1)檢測(cè)到的并經(jīng)信號(hào)放大器(2)放大后的加速度信號(hào)SIM有效(即超過(guò)前述的預(yù)定值)，此信號(hào)被送到邏輯控制器(4)即產(chǎn)生清零信號(hào)RES，使時(shí)基發(fā)生器中的計(jì)數(shù)延時(shí)器復(fù)位，TP4D為低電位，CEN也為低電位。
當(dāng)測(cè)量?jī)x到達(dá)井底時(shí)，即T4時(shí)刻，SIN信號(hào)無(wú)效，即檢測(cè)到的加速度信號(hào)低于前述的預(yù)定值，RES信號(hào)消失，時(shí)基發(fā)生器繼續(xù)發(fā)出脈沖。30秒后，即T5時(shí)刻，TP4D變?yōu)楦唠娖?，發(fā)出照像執(zhí)行脈沖，它持續(xù)7.5秒即一個(gè)TP1D脈沖寬度，7.5秒過(guò)后，即T6時(shí)刻，TP1D的下降沿觸發(fā)D觸發(fā)器1使得H變?yōu)榈碗娖?，H供給電源控制器(7)使電源切斷，從而完成一次照像任務(wù)。
從圖2中，可以直接得出RES＝SIM·COMP+GRESCEN＝COMP·TP4DH＝TPID·TP4D·COMP。
圖3是信號(hào)放大器的一種具體電路圖，場(chǎng)效應(yīng)晶體管BG1和R1、R2、C1等構(gòu)成輸入級(jí)，起阻抗變換作用。晶體管BG2-4，電阻R3-8、電容C2-5組成一個(gè)多級(jí)負(fù)反饋放大器，溫度穩(wěn)定性好，C2、C4、C5還起到濾波作用，將輸入信號(hào)中的高頻干擾濾去(截止頻率可選為7-8KG)。其輸入端I與壓電式加速度計(jì)相連。
圖4顯示了時(shí)基發(fā)生器(3)的一種具體電路圖。其中利用了COMS傳輸門(mén)轉(zhuǎn)移特性的不變性(對(duì)溫度)組成了RC振蕩器，可使電路簡(jiǎn)單成本低，可靠性也好，二進(jìn)制分頻器做計(jì)時(shí)延時(shí)作用，兩者構(gòu)成了時(shí)基發(fā)生器(3)。其中，振蕩器的頻率為HZ，T為T(mén)P32D脈沖持續(xù)時(shí)間，N為分頻器級(jí)數(shù)，分頻脈沖供狀態(tài)顯示器(5)使用。如果采用14級(jí)串行計(jì)數(shù)器CC4060，可利用其本身提供的反相器構(gòu)成RC振蕩器，器件可以更加節(jié)省，這時(shí)N＝13。
圖5是以上升沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器(CC4013)為主體構(gòu)成的邏輯控制器(4)，電源接通時(shí)，與門(mén)D1產(chǎn)生約10毫秒的總復(fù)位脈沖GRES，以及清零脈沖RES，使雙D觸發(fā)器復(fù)位，同時(shí)清除計(jì)數(shù)延時(shí)器。與門(mén)D2的兩個(gè)輸入端分別接TP4D和COMP信號(hào)。輸出端通過(guò)D4發(fā)出CEN信號(hào)，當(dāng)H為低電平時(shí)，BG9、BG8均截止，電源E被切斷。
圖9顯示了按照上述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所組裝的一種具體結(jié)構(gòu)圖。它是沿軸線的一個(gè)剖面圖，圖中所編序號(hào)分別表示為91插接座、92插頭座、93外殼、94開(kāi)關(guān)、95主體、96接頭、97插接座、98座套、99外殼、910蓋板、911指示燈、912電路板、913密封膠圈。
外殼93主要起保護(hù)電路板作用，電路裝好后，電路板912與插頭座92連接好，再套上外殼93。外殼93與主體95連接(可及螺紋連接方式)。主體95與接頭96采用可拆結(jié)構(gòu)，使傳感器有足夠的安裝空間，又便于裝換。傳感器裝在接頭96的中間，螺扣上緊。開(kāi)關(guān)94選用小型開(kāi)關(guān)，使主體95結(jié)構(gòu)更為緊湊、精巧。插接座91、97，需要與外殼絕緣，故插頭座92和插座98選用玻璃布棒，達(dá)到絕緣目的。插接座91套在插頭座92上。外殼93和外殼99兩端均有螺扣，各自兩端的螺紋尺寸規(guī)格是相同的，以便與現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常使用的外接器件聯(lián)用，而且現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)兩頭都可安裝，免去了判斷哪端是安裝扣的麻煩。為了減少磁性干擾，外殼93、外殼99均選用LY12非磁性材料。限于井底照像控制器的電路安裝空間，本系統(tǒng)不可能另外設(shè)計(jì)隔沖裝置。井底照像控制器在使用時(shí)是投入井下測(cè)試，受到的沖擊較強(qiáng)烈，應(yīng)避免使用軟彈簧系統(tǒng)隔沖。本設(shè)計(jì)中采用剛性高的固定連接方式達(dá)到隔沖效果。這種類似硬彈簧的隔沖系統(tǒng)在整體受到比允許值要大的沖擊，加速度不致過(guò)大，所以不會(huì)發(fā)生硬碰硬的撞擊。但固定連接剛性高，能量吸收差。本設(shè)計(jì)插頭座92設(shè)計(jì)成自由端，僅在徑向有約束力。這種結(jié)構(gòu)可彌補(bǔ)上述不足。外殼99靠螺紋與接頭96聯(lián)接，插頭座97與套座98連接后再與接頭96螺紋聯(lián)接，接頭96與主體95再進(jìn)行聯(lián)接。
本發(fā)明的照像自動(dòng)控制器使用于單點(diǎn)測(cè)斜儀，由于靈敏度設(shè)置合適，所以經(jīng)過(guò)多次實(shí)際測(cè)試可靠性很好，沒(méi)有誤動(dòng)作。而且由于裝有指示燈，使用時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，指示燈即指示電路正常工作。測(cè)量?jī)x下到井底后停1-2分鐘，即可自動(dòng)照像，操作簡(jiǎn)單，操作者沒(méi)有顧慮，而且可靠和節(jié)省時(shí)間。由于信號(hào)放大器穩(wěn)定性好，故此裝置可在-40-100℃環(huán)境下可靠地工作。
權(quán)利要求
1.一種井底自動(dòng)控制照像控制器，其特征在于它包括傳感器(1)；信號(hào)放大器(2)，將傳感器(1)檢測(cè)出的信號(hào)加以放大并經(jīng)過(guò)邏輯控制器(4)；時(shí)基發(fā)生器(3)，產(chǎn)生多個(gè)時(shí)序脈送給邏輯控制器(4)；邏輯控制器(4)，產(chǎn)生照像控制脈沖送給照像執(zhí)行器(6)；狀態(tài)顯示器(5)，接收由邏輯控制器(4)送來(lái)的直流工作電壓以用由時(shí)基發(fā)生器(3)送來(lái)的脈沖電壓信號(hào)；照像執(zhí)行器(6)；電源開(kāi)關(guān)控制器(7)，接收由邏輯控制器(4)送來(lái)的電源保持信號(hào)H，當(dāng)H為高電平時(shí)將電源送給電源分配器(8)；電源分配器(8)，將電源開(kāi)關(guān)控制器(7)送來(lái)的電源分成兩路分別送給模擬電路信號(hào)放大器(2)和數(shù)字電路時(shí)基發(fā)生器(3)、邏輯控制器(4)。
2.按照權(quán)利要求1的井底照像自動(dòng)控制器，其特征在于所說(shuō)的傳感器(1)是一個(gè)力敏的壓電式加速度計(jì)，或者是一個(gè)磁介質(zhì)敏感式傳感器。
3.按照權(quán)利要求1的井底照像自動(dòng)控制器，其特征在于所說(shuō)的信號(hào)放大器(2)由一個(gè)阻抗變換器和一個(gè)多級(jí)負(fù)反饋放大器組成，在放大器中還有多個(gè)濾波電容，可將高頻干擾(大于7-8KHZ)濾去。該放大器(2)和傳感器(1)配合可在0.01-0.1G中選取一個(gè)最佳值作為閾值。
4.按照權(quán)利要求1井底照像自動(dòng)控制器，其特征在于所說(shuō)的時(shí)基發(fā)生器(3)和由RC振蕩器和計(jì)時(shí)延時(shí)分頻器組成，其中RC振蕩器可用CMOS傳輸門(mén)構(gòu)成，用二進(jìn)制分頻器做延時(shí)計(jì)時(shí)分頻器?；蛘哒麄€(gè)時(shí)基發(fā)生器采用14級(jí)串行計(jì)數(shù)器CC4060，利用其本身提供的反相器構(gòu)成RC振蕩器。
5.按照權(quán)利要求1的井底照像自動(dòng)控制器，其特征在于所說(shuō)的邏輯控制器(4)采用雙D觸發(fā)器為主體，配合于多個(gè)與門(mén)，完成下列邏輯關(guān)系式RES＝SIM·COMP+GRESCEN＝COMP·TP4DH＝TP1D·TP4D·COMP。
6.按照權(quán)利要求1的井底照像自動(dòng)控制器，其特征在于所說(shuō)的狀態(tài)顯示器(6)是由一個(gè)發(fā)光二極管和隔離二極管組成。
7.按照權(quán)利要求1的井底照像自動(dòng)控制器，其特征在于所說(shuō)的照像執(zhí)行電路(6)由電阻R10和三極管BG5-7組成。
8.按照權(quán)利要求1的井底照像自動(dòng)控制器，其特征在于所說(shuō)的電源開(kāi)關(guān)控制電路(7)由按鍵開(kāi)關(guān)S和三極管BG8、9、電阻R11、12和電容C8構(gòu)成。
9.按照權(quán)利要求1的井底自動(dòng)控制器，其特征在于所說(shuō)的電源分配器由電阻R13、二極管Z6、穩(wěn)壓二極管Z5和保護(hù)電容C9組成。
10.按照權(quán)利要求1的井底照像自動(dòng)控制器，其特征在于它們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電路板912裝在外殼93內(nèi);外殼93與主體95用螺絲連接方式聯(lián)接;主體95與接頭96采用可拆結(jié)構(gòu);傳感器裝在接頭96的中間螺扣上;照像器裝在外殼99內(nèi);外殼93和外殼99兩端均有螺紋尺寸規(guī)格的螺扣;插頭座92有一個(gè)自由端，僅在徑向有約束力。
全文摘要
一種單點(diǎn)測(cè)斜儀控制器，其特征在于它包括用壓電式加速度計(jì)做為傳感器，用場(chǎng)效應(yīng)管作輸入端的放大器，以雙D觸發(fā)器為主體構(gòu)成了邏輯控制器，由RC振蕩器和計(jì)時(shí)延時(shí)器構(gòu)成了時(shí)基發(fā)生器，以及電源開(kāi)關(guān)控制器和電源分配器構(gòu)成。它用于“R”型單點(diǎn)測(cè)斜儀，以消除使用電子定時(shí)器時(shí)，估計(jì)并預(yù)置測(cè)量操作的不便。
文檔編號(hào)G01C9/06GK1036452SQ8810167
公開(kāi)日1989年10月18日 申請(qǐng)日期1988年4月5日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月5日
發(fā)明者呂鈾, 張曉麗 申請(qǐng)人:石油工業(yè)部石油勘探開(kāi)發(fā)科學(xué)研究院鉆井工藝研究所