3.2 Зонд бокового каротажа

Рисунок 10. Зонд бокового каротажа

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

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 ρк зондами БКЗ при максимальном отношении кажущегося удельного сопротивления породы к сопротивлению промы-вочной жидкости (ρп/ρc) 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 ρк зондом трёхэлектродного БК при максимальном отношении кажущегося удельного сопротивления породы к сопротивлению промывочной жидкости (ρп/ρc) не более 10000, Ом·м от 0,2 до 10000 Диапазон измерений ρс резистивиметром, Ом·м от 0,05 до 5 Предел допускаемой основной относительной погрешности при измерении ρк зондами БКЗ, %: ρВ – верхнее значение диапазона измерения параметра, Ом·м ρизм. – измеряемое значение параметра, Ом·м δБКЗдопуст=±[4+0,005(ρВ/ρизм.)-1] Предел допускаемой основной относительной погрешности измерения ρк зондом трёхэлектродного БК, % δБКдопуст=·10 % Предел допускаемой основной относительной погрешности при измерении ρс резистивиметром, %: ρВ – верхнее значение диапазона измерения параметра, Ом·м ρизм. – измеряемое значение параметра, Ом·м δРЕЗдопуст=±[5+0,2(ρВ/ρизм.)-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. R_н = (0,1…100)Ом. имеет защиту по напряжению в случае R_н = (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