Устройство для электромагнитного каротажа скважин

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИАГНИТНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН, содержащее зонд, включающий разнесенные излучающие и приемные катушки, размещенные на непроводящей основе, генераторный блок, выходы которого соединены с излучакхцими катуижами, и двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты, входы которого соединены с приемными катушками, а также наземный регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения электрических свойств ropHbJx пород за счет , устранения влияния нестабильности начального сдвига фаз между каналами измерителя разности фаз, в него дополнительно введены интегратор, преобразователь амплитуды сигнала с частотой девиацией в управляющий сигнал и элемент с регулируемой фазочастотной характеристикой, при этом интегратор включен между выходом двухканального измерителя разности фаз и входом наземного регистратора, вход.преобразователя амплитуды сигна-ла с частотой девиации в управляющий сигнал соединен с выходом двухканального измерителя разности фаз, а вы-, ход подключен к управляющему входу элемента с регулируемой фазочастотной характеристикой, включенного между одной из приемных катушек и одним из входов двухканального измерителя разности фаз. 2.Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что генераторный блок выполнен в виде низкочастотного переключающего генератора и двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты, переключающий вход которого соединен с выходом низкочастотного переключающего генератора , а выход нагружен на одну из излучающих катушек, причем значения , рабочих частот двухчастотного пере- Q ключаемого генератора высокой часто- iS |ТЫ отличаются друг от друга на ве (/) личину удвоенной промежуточной частоты в двухканальном измерителе разности фаз и являются зеркальными по отношению к частоте его гетеродина , а частота низкочастотного переключающего генератора в 5-10 раз выше максимальной частоты гармоник , содержащихся в пространственном спектре регистрируемого сигнала, 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что двухканальный измеритель разности фаз выполнен с линейной и четной функциональной зависимостью выходного сигнала от величины измеряемой разности фаз. 4.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, двухчастотный переключаемый генератор высокой частоты выполнен с девиацией рабочих частот на величину, не меньшую ,чем отклонение центральных частот под воздействием дестабилизирующих факторов и с фиксированной частотой девиации, находящейся в диапазоне , ограниченном снизу значением частоты низкочастотного переключающего генератора, а сверху значением промежуточной частоты двухканального измерителя разности фаз.

„„SU„„ I 0737

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ССЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) G 01 U 3/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ V ОТКРЫТИЙ (21) 3495606/18-25 (22) 06.10.82 (46) 15.02.84. Бюл. М б (72) Д.С.Даев, С.Б.Денисов, В.С.Зинченко, A.A.Кулигин, A.Ä.Талалов и Ю.Я.Толмачев (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе (53) 550.832 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 212387, кл. G 01 V 3/18, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

М 382990, кл, G 01 Ч 3/28, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР

Ь 820337, кл. 6 01 Ч 3/28, 1981 (прототип) . (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН, содержащее зонд, включающий разнесенные излучающие и приемные катушки, размещенные на непроводящей основе, генераторный блок, выходы которого соединены с излучающими катушками, и двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты, входы которого соединены с приемными катушками, а также наземный регистратор, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения электрических свойств горных пород"эа счет:.

Устранения влияния нестабильности начального сдвига фаз между каналами измерителя разности фаэ, в него дополнительно введены интегратор, преобразователь амплитуды сигнала с частотой девиацией в управляющий сигнал и элемент с регулируемой фаэочастотной характеристикой, при этом интегратор включен между выходом двухканального измерителя разности фаз и входом наземного регистратора, вход.преобразователя амплитуды сигна-ла с частотой девиации в управлякщий сигнал соединен с выходом двухканального измерителя разности фаз, а вы-, ход подключен к управляющему входу элемента с регулируемой фаэочастотной характеристикой, включенного между одной иэ приемных катушек и одним из входов двухканального измерителя разности фаз.

2. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что генераторный блок выполнен в виде низкочастотного переключающего генератора и двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты, переключающий вход которого соединен с выходом низкочастотного переключающего генератора, а выход нагружен на одну иэ излучающих катушек, причем значения

: рабочих частот двухчастотного переключаемого генератора высокой часто тЫ отЛичаются друг от друга на величину удвоенной промежуточной частоты в двухканальном измерителе разности фаэ и являются зеркальными rlo отношению к частоте его гетеродина, а частота низкочастотного переключающего генератора в 5-10 раэ выше максимальной частоты гармоник, содержащихся в пространственном спектре регистрируемого сигнала.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что двухканальный измеритель разности фаз выполнен с линейной и четной функциональной зависимостью выходного сигнала от величины измеряемой разности фаэ.

4. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, двухчастотный переключаемый генератор высокой частоты выполнен с девиацией рабочих частот на величину, не меньшую,чем отклонение центральных частот под воздействием дестабилизирующих факторов н с фиксированной частотой девиации, находящейся в диапазоне, ограниченном снизу значением частоты низкочастотного переключающего генератора, а сверху значением промежуточной частоты двухканального измерителя разности фаз.

1073732

Изобретение относится к аппаратуре для исследования скважин и может быть преимущественно использовано при электромагнитном каротаже сква.— жин.

Известно устройство для диэлектрического каротажа скважин, содержащее генераторную часть, зонд с генераторной и двумя приемными катушками, двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразова- 10 нием часто:ы входных сигналов, входы которого соединены с приемными катушками, а выход соединен с наземным регистратором. Устройство измеряет разность фаз сигналов в приемных 15 катушках зонда, создаваемых электромагнитным полем генераторной катушки. По величине измеренной разности фаэ судят об электрических свойствах пород (1) °

Регистрация начального сдвига фаэ в этом устройстве производится вне исследуемой среды (вне скважины) на дневной поверхности. Помещение устройства в условия исследования горных пород (в скважину), отличные от условий регистрации начального сдвига фаз, приводит к возникновению дополнительного, не учитываемого сдвиГа фаэ, обусловленного изменением температуры и перепадом амплитуд входных сигналов, что вызывает нестабильность величины начального сдвига фаз и снижает точность измерений.

Известно также устройство для 35 электромагнитного каротажа скважин, включающее первый генератор, зонд с основной генераторной катушкой, подключенной к выходу первого генератора, двумя приемными катушками и од- 40 ной, расположенной между ними, дополнительной генераторной катушкой, второй генератор, настроенный на частоту, равную частоте первого генератора, подключенный к дополни- 45 тельной генераторной катушке, двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты входных сигналов, входы которого соединены с приемными катушками зонда, а выход соединен с наземным регистратором (2)..

За счет наличия в составе зонда дополни тельной ген ера торн ой катушки, помещенной между приемными катушками и соединенной со вторым генератором, частота которого равна частоте основного генератора, это устройство позволяет регистрировать величину начального сдвига фаэ в ус- 60 ловиях исследования горных пород, т.е. в скважине, путем дистанционного (по команде с поверхности) выключения первого генератора и включения второго.

Недостатком этого устройства является низкая точность определения начального сдвига фаз "в скважине, обусловленная тем, что показания дифференциального зонда, образованного двумя приемными катушками и одной дополнительной гвнераторной катушкой, помещенной между приемными, зависят не только от начального сдвига фаз между измерительными каналами, но и от электрических свойств окружающих пород.

Наиболее близким к изобретению является устройство для электромагнитного каротажа скважин, включающее зонд с разнесенными излучающими и приемными катушками, размещенными на непроводящей основе, генераторный блок, выходы которого соединен с излучающими катушками, и двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты, входы которого соединены с приемными катушками, а также наземный регистратор. Генераторный блок содержит первый генератор, выход которого подключен к основной излучающей катушке, и второй и третий генераторы, выходы которых нагружены на дополнительную излучающую катушку, расположенную между приемными катушками; частота второго генератора равна частоте первого, частота третьего генератора равна частоте гетеродина, а генераторный блок соединен с коммутатором, обеспечивающим дистанционное (с поверхности) включение первого, либо второго и третьего генераторов.

За счет наличия в составе устройства третьего генератора, частота которого равна частоте гетеродина, величина сдвига фаз, измеряемого дифференциальным зондом в скважи-. не, не зависит от электрических свойств окружающей среды и для достаточно высокоомных сред соответствует значению начального сдвига фаз между измерительными каналами (3).

Недостатком этого устройства яв- ляется низкая точность определения начального сдвига фаэ в низкоомных породах или при высокой минералиэации бурового раствора, заполняющего скважину. Объясняется это тем, что вследствие разной длины основного и дифференциального зондов амплитуды сигналов в приемных катушках при работе основной и вспомогательной излучающих катушек могут существенно отличаться,что ведет к возникновению ошибок в определении истинной величины начального сдвига фаэ в ниэкоомных участках разреза.

Кроме того, данное устройство не обеспечивает непрерывный контроль за величиной начального сдвига фаэ, которая непрерывно меняется в про1073732 цессе каротажа вследствие изменения температуры и электрических параметрон окружающей среды и, следовательно, принципиально не может обеспечить непрерывного устранения влияния нестабильности начального сдвига фаз на результаты измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерения электрических свойств горных пород за счет устранения влия10 ния нестабильности начального сдвига фаз между каналами измерителя разности фаз.

Для достижения этой цели в устройстве для электромагнитного каротажа скважин, содержащем зонд, включающий разнесенные излучающие и приемные катушки, размещенные на непроводящей основе, генераторный блок, выходы которого соединены с излучающими катушками и двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты, входы кото15

20 рого соединены с приемными катушками, а также наземный регистратор, дополнительно введены интегратор, преобразователь амплитуды сигнала с частотной девиацией в управляющий сигтотной характеристикой, при этом интегратор включен между выходом . двухканального измерителя разности фаэ и входом наземного регистратора, вход преобразователя ампдитуды сигнала с частотой девиации в управляю30 щий сигнал соединен с выходом двухка35

6S нального измерителя разности фаз, а выход подключен к управляющему входу элемента с регулируемой фазочастотной характеристикой, включенного между одной из приемных катушек и одним из входов двухканального измерителя разности фаэ.

При этом генераторный блок выполнен в виде низкочастотного переключающего генератора и двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты, переключающий вход которого соединен с выходом низкочастотного переключающего генератора, а выход нагружен на одну иэ излучающих катушек, причем значения рабо- . чих частот двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты отличаются друг от друга на величину удвоенной промежуточной частоты в двухканальном измерителе разности фаз и являются зеркальными по отношению к частоте его гетеродина, а частота низкочастотного переключающего генератора в. 5-10 раэ выше максимальной частоты гармоник, имеющихся в спектре регистрируемого сигнала.

Двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты входных сигналов выполнен с линейной и четной функциональной

50 нал и элемент с регулируемой фазочасзависимостью выходного сигнала от величины измеряемой разности фаз .

Для увеличения точности измерений фазового сдвига между приемными катушками путем устранения влияния нестабильности промежуточной частоты измерителя разности фаз двухчастотный переключаеьий генератор высокой частоты выполнен с девиацией частот на величину не меньшую, чем отклонение центральных частот под воздействием дестабилизирующих факторов и с фиксированной частотой девиации, находящейся в диапазоне, ограниченном снизу значением частоты управляющего низкочастотного генератора, а сверху значением промежуточной частоты двухканального измерителя разности фаз.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для электромагнитного каротажа скважин с автоматической регулировкой фазочастотной характеристики одного из каналов измерителя разности фаз; на фиг. 2 зависимость выходного напряжения двухканального измерителя разности

-фаз для двух рабочих частот — основной и зеркальной по отношению к частоте его гетеродина.

Устройство (фиг. 1) содержит зонд, включающий разнесенные по оси скважины приемные катушки 1-1, 1-2 и излучающие катушки 2-1, 2-2, 2-3, закрепленные на непроводящей основе; генераторный блок 3, выполненный в виде двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты 4 и низкочастотного переключающего генератора 5. Переключающий вход генератора высокой частоты соединен с выходом низкочастотного переключающего генератора 5, а выход нагружен на одну из излучающих катушек. Двухканальный измеритель разности фаз 6 с гетеродинным преобразованием частоты на входе, входы которого соединены с приемными катушками 1-1, 1-2 соединен интегратором 7, выход которого соединен с наземным регистратором 8.

Устройство содержит также преобразователь 9 амплитуды сигнала с частотой девиации, вход которого подключен к выходу двухканального измерителя разности фаз 6, а выход соединен с управляющим входом эле— мента и регулируемой фазочастотной характеристикой 10, включенного между одной из приемных катушек и входом одним из входов двухканального измерителя разности фаэ.

Устройство работает следующим образом.

Низкочастотный переключающий генератор 5 вырабатывает управляющий сигнал, обеспечивающий поочередное включение рабочих частот двухчастотного переключаемого генератора вы1073732 сокой частоты 4 на равные промежутки нремени. Минимально допустимая частота переключений зависит от максимальной скорости подъема устройства и для облегчения фильтрации ныходного сигнала выбирается в 5-10 5 раэ выше максимальной частОты гармоник, содержащихся в пространственном спектре регистрируемого сигнала.

Цвухчастотный переключаемый генератор высокой частоты 4 генераторного блока 3 питает одну из излучающих катушек зонда, например 2-2, попеременно током двух высоких частот, основной и зеркальной по отношению к частоте.гетеродина, отличающихся друг от друга на величину равную удвоенному значению промежуточной частоты, примененной в двухканальном измерителе разности фаз 6 гетеродинным преобразованием частоты на входе. Излучающая катушка, например

2-2, возбуждает н окружающей среде высокочастотное электромагнитное по-, ле. Приемные катушки 1-1 и 1-2 регистрируют электромагнитное поле одной из рабочих частот н двух точках, удаленных на заданное расстояние по оси скважины, причем сдвиг фаз электромагнитного поля между этими точками зависит от диэлектрической проницаемости и удельного 30 электрического сопротивления пластов горных пород, окружающих скважину.

Двухканальный измеритель разности фаэ 6, входы которого соединены с приемными катушками преобразует вели- 35 чину сдвига фаз ЭДС в приемных катушках в постоянное напряжение, пропорци он альн ое э тому сд ни гу .

В общем случае измеряегьгй фазовый сдвиг в условиях исследования скважин складывается из начального сдвига фаэ между каналами измерителя разности фаз — Ь4р н сдвига фаэ агап обусловленного влиянием окружающйх скважину пород.

Известно,что в измерителях разности фаэ с гетеродинным преобразованием частоты на входе, при переходе с основной рабочей частоты .Г, (фиг. 2) на зеркальную по отношению к частоте гетеродина частоту F>, абсолютная 50 величина измеряемого фазового сдвига ЬЧ„ сохраняется неиэменной, а знак меняется на обратный, н то время как .величина Ьг ; обуслонленная начальным сдвигом фаз, своего 55 знака не изменяет. Поскольку двухканальный измеритель разности фаз 6 в данном устройстве выполнен. с линейной и четной функциональной зависимостью выходного напряжения от 60 величины измеряемой разности фаэ (см. фиг. 2), при работе на частоте

F< величина выходного сигнала U равнаг

U1= "(г о+4г п1 г (!

65 а при работе на частоте F нелнчина выходного сигнала U иу=- (и -д пГ (2! где К (В/раб, J — Коэффициент преобраэ он а ни я и эмери те ля разности фаз.

Из (1) и (2) следует (3)

- " 4 ã = (г т.е. среднее арифметйческое значение выходного напряжения измерителя разности фаэ при работе на основной и зеркальной частотах не зависит от величины начального сдвига фаз

4МО, его нестабильности и от нулевого сигнала Uo, определяется лишь фазовым сдвигом, обусловленным породами, окружающими скважину. Выделение среднего значения выходного сигнала двухканального измерителя разности фаз в соответствии с формулой (3) осуществляет интегратор 7, с выхода которого напряжение, пропорциональное значению измеряемого сдвига фаэ(й 9 ) поступает иа поверхность для регистрации.

Двухчастотный переключаемый генератор высокой частоты 4 генераторного блока 3 питает одну иэ излучающих катушек зонда, например 2-2, попеременно током двух высоких частотг основной Fg и зеркальной Г, с одновременной девиацией их значений на неличину4Р, не меньшую чем отклонение центральных частот F„ F под воздействием дестабилизирующих факторов и с фиксированной частотой девиации, значение которой ограничено снизу значением частоты низкочастотного управляющего генератора 5, а сверху значением промежуточной частоты, применяемой н измерителе разности фаз 7.

Вследствие нестабильности промежуточной частоты двухканального измерителя разности фаз 7 девиация рабочих частот Fq u F вьгсокочастотного электромагнитного йоля, находящегося н приемных катушках 1-1 и 1-2 приводит к появлению на выходе изме-" рителя разности фаз 6 сигнала с частотой девиации, амплитуда которого определяется идентичностью фазочастотных характеристик измерительных

Каналов двухканального измерителя

35аэностн фаз. Сигнал с частотой де,виации поступает на вход преобразователя 9 амплитуды сигнала с частотой девиации н управляющий сигнал.

Управляющий сигнал, пропорциональный величине идентичности фазочастотных характеристик измерительных каналов, поступает на вход элемента с регулируемой фаэочастотной характеристикой

10, который в зависимости от величины управляющего сигнала изменяет фазочастотную характеристику измерительного канала двухканального иэме1073732 рителя разности фаэ б. В результате в устройстве возникает отрицательная обратная связь по амплитуде сигнала с частотой девиации, минимизирующая разницу фазочастотных характеристик измерительных каналов двухканального измерителя разности фаэ. При достигаемой таким образом идентичности фаэочастотных характеристик измерительных каналов-нестабильность промежуточной частоты двухканального измерителя .разности фаз вносит одинаковый сдвиг фаз в оба канала и, следовательно, не сказывается на величине измеряемой разности фаз.

Генераторный блок выполнен следую- 15 щим образом. Двухчастотный переключаемый генератор высокой частоты 4 выполнен в виде задающих генераторов с кварцевой стабилизацией частоты, рабочие частоты которых соответствуют Р„=43200 кГц и Fp =

42800 кГц, которые поочередно подключаются к усилителю мощности высокой частоты (не показан), при помощи электромагнитного реле, на обмотку которого подается напряжение от низкочастотного переключающего генератора частотой 25 Гц и скважностью 2.

Двухканальный измеритель разности фаэ содержит два смесителя, подключенных первыми входами к измерительным катушкам 1-1 и 1-2, а вторыми входами к общему гетеродину (не показан) два аналогичных усилителя промежуточной частоты, входы 35 которых соединены с выходами смесителей, а на выходы подсоединена фаэоизмерительная схема с линейной и четной функциональной зависимостью от величины измеряемого сдви- 4О га фаз.

Преобразователь амплитуды сигнала с частотой девиации в управляющий сигнал 9 может быть выполнен в виде последовательно соединенных избирательного усилителя, настроенного на частоту девиации и активного выпрямителя °

Элемент с регулируемой фазочастотной характеристикой может быть выполнен в виде резонансного конту- ра, настроенного на промежуточную частоту и содержащего емкость, величина которой изменяется под воздействием управляющего напряжения (варикап), которое подается с, выхода активного выпрямителя преобразователя амплитуды сигнала с частотой девиации в управляющий сигнал.

Технико-экономическая эффективность применения данного технического решения заключается в повышении точности измерений сдвига фаэ, создаваемого породами в условиях исследования скважин при изменении температуры окружающей среды и ее удельного электрического сопротивления в широких пределах. Это позволяет вопервых, расширить область применения данного вида исследования скважин и геологическую достоверность получаемых результатов, во-вторых, увеличить производительность труда за счет сокращения времени на проведение каротажа и последующую обра-. ботку материалов, так как устройство может работать непрерывно и не требуют э аписи величины начального сдвига фаз в отдельных точках исследуемого интервала скважин, а также последующего учета его изменений при обработке.

Точность измерений по сравнению с известным устройством за счет устранения влияния нестабильности начального фазового сдвига ЛЧО увеличивается приблизительно в 10 раз.

1073732

ВНИИПИ Закав 325/46

Тираж 711 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство для электромагнитного каротажа скважин Устройство для электромагнитного каротажа скважин Устройство для электромагнитного каротажа скважин Устройство для электромагнитного каротажа скважин Устройство для электромагнитного каротажа скважин Устройство для электромагнитного каротажа скважин 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к промыслово-геофизической технике и может использоваться для измерения и изучения распределения удельного электрического сопротивления горных пород как вдоль оси скважины, так и по направлениям, лежащим в плоскостях, перпендикулярных ее оси, например с целью выделения трещинных коллекторов, исследования наклонно-направленных и горизонтальных скважин

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано при каротаже скважин

Изобретение относится к области геофизических исследований в скважинах и может быть использовано для измерения электрических характеристик горных пород

Изобретение относится к исследованиям горных пород в горизонтальной скважине с помощью прибора многокомпонентного каротажа и предназначено для определения положения соседнего слоя относительно скважины и расстояния от скважины до границы между двумя слоями пород или до границы между текучими средами

Изобретение относится к конфигурации генераторной петли, используемой для наземной и скважинной электромагнитной геофизической разведки
Наверх