Устройство для измерения параметров залежей подземных минералов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) ((l) GD 4 G О1 V ..3/14 всисеежм И,", ., 13, Olla CAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 2691828/18-25 (22) 30. 11. 78 (46) 07 ° 04.88. Бюл. №- 13 (53) 550.838.08 (088.8)

, (/1) Институт химической кинетики и горения СО АН СССР (72) А. Г. Семенов, А.И. Бурштейн, А.Ю.Пусеп и М.Д.Щиров (56) Бородин П.М. и др. Ядерный магнитный резонанс в земном поле.

Л., Ленинградский университет, 1967, с.171-178.

Патент США ¹ 3.019383, кл. 324-0. 5, опублик. 1962. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ЗАЛЕЖЕЙ ПОДЗЕМНЫХ МИНЕРАЛОВ, дающих сигнал магнитного резонанса, содержащее расположенную на поверхности земли проволочную петлю, программно-управляемый переключатель, соединенный выходом с проволочной петлей, радиочастотный генератор, соединенный с входом переключателя, последовательно соединенные усилитель с программно-управляемым регулятором усиления, синхронный детектор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), соединенные с выходом переключателя, причем опорный вхоД синхронного детектора соединен с выходом радиочастотного генератора, о. т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью получения данных о глубине залегания, мощности и концентрации минерала, оно снабжено программноуправляемыми регуляторами амплитуды и длительности возбуждающих импульсов радиочастоты и электронно-вычислительной машиной (ЭВМ), причем выходы регуляторов амплитуды и длительности импульсов соединены с входом генератора, информационный вход

ЭВМ соединен с выходом АЦП, управляющие выходы ЭВМ соединены с управляющими входами переключателя, регуляторов усиления, амплитуды и длительности возбуждающих импульсов радиочастотного генератора и АЦП.

1079063

Изобретение относится к области геофизики и предназначено для прямых измерений глубины залегания, мощности и концентрации подземных минералов, дающих сигнал магнитного резонанса, например воды или нефти, без бурения скважин. В случае измерения водоносных слоев изобретение может найти применение в изыскательских работах при строительстве железных дорог, опор линий электропередачи и других сооружений, а также при выборе места для эксплуатационных водозаборных скважин.

Известны устройства для измерения параметров залежей подземных минералов, основанные на измерении сигнала ядерного магнитного резонанса при опускании измерительного устройства в буровые скважины.

Недостатками этих устройств являются громоздкость оборудования, длительный процесс бурения и необходимость для бурения большого количества воды, что создает определенные трудности в безводных районах.

Наиболее близким по своей техниМ ческой сущности является устройство для измерения параметров залежей подземных минералов, в котором также используется явление магнитного резонанса.С помощью проволочной петли или катушки, расположенной на поверхности земли, создают последовательность возбуждающих импульсов переменного магнитного поля с несущей частотой, равной резонансной частоте искомого минерала. Вследствие нутации во время действия каждого импульса обусловленный ядерным магнетизмом магнитный момент залежи отклоняется от своего статического положения, определяемого магнитным полем земли.

По окончании возбуждающего импульса магнитный момент возвращается к своему статическому положению, совершая прецессионные движения вокруг вектора индукции В, магнитного поля земли, создавая при этом над залежью минерала затухающие колебания переменного магнитного поля (сигнал свободной прецессии). В промежутках между возбуждающими импульсами с помощью той же проволочной петли осуществляют прием этих колебаний.

Наличие или отсутствие в приемном устройстве сигнала на заданной частоте колебаний говорит соответственно о наличии или отсутствии искомого минерала.

Устройство содержит расположенную на поверхности земли проволочную петлю, соединенную через согласующий трансформатор с программно-управляемым переключателем, к выходам которого подсоединены радиочастотный генератор и последовательно соединенные

10

55 ном повторении цикла возбуждения и приема сигнал с выхода вычитателя усредняется интегратором и регистрируется на самописце. Таким образом достигается повышение чувствительности устройства. С этой же целью устройство предварительной обработки производит стирание записанного на магнитофонных лентах сигнала, если во время цикла приема в петле возникла импульсная помеха. Для этого в каждом канале устройства предварительной обработки имеются вспомогасогласующий трансформатор усилителя, усилитель, двухканальное устройство на магнитофонной ленте для предварительной обработки сигнала с резонансными цепями и детекторами на выходе каждого канала, вьгчитатель, объединяющий выходы каналов, интегратор и самописец.

Работа устройства начинается с цикла возбуждения, что обеспечивается подключением петли к выходу генератора с помощью программно-управляемого переключателя. По окончании

25 цикла возбуждения программно-управляемый переключатель подключает петлю к входу усилителя и начинается цикл приема сигнала. При этом один канал устройства предварительной

30 обработки запоминает на магнитофонной ленте усиленный сигнал свободной прецессии плюс шум. Другой канал запоминает только шум, в связи с чем он включается позже первого канала, т.е. когда сигнал свободной прецес35 сии заведомо спадает. Затем заломненные в каналах сигналы одновремен- . но считываются с магнитофонных лент, раздельно фильтруются резонансными цепями, детектируются и поступают

40 на вычитатель, который из продетектированного напряжения первого канала вычитает напряжение, получаемое . на выходе детектора второго канала.

В результате на выходе вычитателя

45 остается только полезный сиГнал свободной прецессии. При многократз 10 тельные считывающие головки, соединенные со своими усилителями, детекторами, временными задержками и стирающими приспособлениями. При превышении сигналом некоторого заранее установленного уровня вспомогательные детекторы включают стирающие приспособления, поврежденный помехой сигнал открывается и, следовательно, не поступает на входы вычитателя.

Недостатком указанного технического решения является то, что оно не предлагает каких-либо конкретных путей для получения данных о глубине залегания, мощности и концентрации минерала.

Целью изобретения является получение данных о глубине залегания, мощности и концентрации минерала.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее расположенную на поверхности земли проволочную петлю, программно-управля емый переключатель, соединенный выходом с проволочной петлей, радиочастотный генератор, соединенный с входом переключателя, последовательно соединенные усилитель с программно-управляемым регулятором усиления, синхронный детектор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), соединенные с выходом переключателя, причем опорный вход синхронного детектора соединен с выходом радиочастотного генератора, дополнительно снабжено программно-управляемычи регуляторами амплитуды и длительности возбуждающих импульсов радиочастоты и электронновычислительной машиной (ЭВМ), причем выходы регуляторов амплитуды и дль тельности импульсов соединены с входом генератора, информационный вход

ЭВМ соединен с выходом АЦП, управляющие выходы ЭВМ соединены с управ- ляющими входами переключателя, регуляторов усиления, амплитуды.и длительности возбуждающих импульсов рапиочастотного генератора и АЦП.

На фиг.1 изображена схема устройст- ва; на фиг.2 — результаты измерения и расчетов.

Устройство содержит проволочную

-петлю 1, расположенную на поверхности земли. Петля подсоединена к програм" мно-управляемому переключателю 2. К одному из выводов переключателя подсоединен своим силовым выходом радиочастотный генератор 3, снабженный

79063 программно-управляемыми регуляторами амплитуды 4 и длительности 5 возбуж-" дающих импульсов. К другому выводу переключателя подключены последовательно соединенные усилитель 6 с программно-управляемым регулятором усиления 7 и синхронный детектор 8.

К выходу детектора информационньи входом подключен программно-управляемый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, выход которого соединен с информационным входом ЭВМ 10. Управ-" ляющие выходы ЭВМ соединены с соответствующими входами программно-управляемых переключателя 2, регулятора амплитуды 4, регулятора длительности

5, регулятора усиления 7 и АЦП 9.

В генераторе 3 предусмотрен дополнительный выход опорного напряжения, который соединен с опорным входом синхронного детектора 8.

50 В процессе измерения регистрируют кривую зависимости амплитуды Е начальной части сигнала, излучаемого минералом, от произведения амплитуды

I< импульса тока возбуждения в петле

55 на длительность этого импульса.

Затем находят зависимость р {2) распределения концентрации минерала от расстояния до поверхности земли

Е из, интеграла

Работа устройства начинается с

25. цикла возбукдения. С целью устранения перегрузки усилителя 6 паразитньм напряжением, просачивающимся через переключатель 2 во время возбуждения, и уменьшения тем самым

З0 мертвого времени приемного тракта

3ВМ I0 устанавливает регулятор уси ления 7 в положение минимального усиления. Одновременно ЭВМ 10 устанавливает регуляторы 4 и 5 в начальное

35 состояние, а переключателем 2 под-

-т ключает петлю 1 к генератору. 3. По окончании этих установок в петле 1 возникает импульс тока возбуждения.

По окончании импульса ЭВМ 10 пере4, клочателем 2 подключает петрово к усилителю 6, а регулятор усиления 7 устанавливает в положение, соответствующее приему сигнала свободной прецессии. Усиленный сигнал подается на детектор 8. По команде ЭВМ 10 запускает АЦП 9 и продетектированный и преобразованный в цифровую форму сигнал отправляется в память ЭВМ 10.

1079063

Е (1 )= g fII f М ЙЕ g (2) ) dx 4у/,(г) взп { —,-gP,(о)1, о» > где — гидромагнитное отношение для магнитного ядра, вхо" дящего в состав минерала;

 — вектор индукции магнито ного поля земли;

М вЂ” статический магнитный о момент единицы объема чистого минерала, обусловленный ядерным магнетизмом, в поле земли;

1,(} — перпендикулярная к вектору В компонента магнитной индукции наземной петли при токе в ней IA в точке залежи с координатами с, (х,у,Z).

Зависимость Д (Е) дает полную информацию о залежи, расположенной под петлей, т.е. глубину залегания, мощность слоя и изменение концентрации минерала в толщине слоя.

Из-эа неизбежного мертвого времени приемного тракта начальная часть сигнала .свободной прецессии Ео обычно теряется. В то же время точность определения концентрации минерала зависит от точности измерения величины Е . Поэтому ЭВМ 10 из получено ного сигнала методом экстраполяции вычисляет значение Е„ и запоминает эту первую точку кривой Е (I, с ), а ненужную информацию в памяти стирает. После этого ЭВМ 10 устанавливает регуляторы 4 и 5 в новое положение и цикл возбуждения, приема сигнала и его обработки повторяется.

В результате ЭВМ запоминает вторую точку кривой Ео(I, ° С ). Так процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто предельное положение регуляторов 4 и 5 и вся начальная часть кривой Е„ (Е, ) окажется в памяти

ЭВМ 10. Точка обрыва этой кривой определяется максимально достижимой или конкретного устройства площадью

I возбуждающего импульса. Для повышения точности измерений кривая

Е, (1 ) должна накапливаться в памяти ЭВМ 10 путем ее многократного прохождения и усреднения.

После накопления ЭВМ 10 производит по формуле вычисление функции

g (Z)ю которую и Регистрируют на своем выводном устройстве.

Проверка предложенного технического решения производилась на водоносных пластах со следующими параметга Ра

А - глубина «5,5 м, мощность слоя 25,5 м;

Б — глубина =5,5 м, мощность слоя 14,5 м;

 — глубина = 24 м, мощность слоя =4,0 м.

Данные о распределении концентрации воды по толще пластов отсутствовали. Известно только, что в среднем зо2 02

Измерения производились петлей диаметром 50 м, состоящей из двух витков провода. Результаты измерений и расчетов приведены на фиг.2. На

З5 ней сплошными линиями изображены кривые Е„ (I, с ), вычисленные по формуле для указанных выше водоносных пластов А, Б и В. Там же нанесены и экспериментально полученные значения для тех же пластов.

Измеренные устройством значения концентрации воды оказались для пластов:

А — Я = 0,12;

45 .В 0 1В.

 — = 0,175, что даст удовлетворительное совпадение экспериментальных точек с расчетными кривыми.

1079063

4ек

И®1. ад фиг.2 ед М.Дидык

Заказ 3368

Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4