Способ скважинного радиопросвечивания горных пород

 

СПОСОБ СКВАЖИННОГО РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, заключающийся в том, что зондируют горные породы посредством периодических электромагнитных импульсов, излучаемых у устья первой скважины Или во второй скважине, и регистрируют прямые и отраженные от горных пород .электромагнитные сигналы в процессе движения приемника в первой скважине путем измерения амплитуд, фаз и груп.пового времени запаздывания, по которым судят о геологическом строении горных пород, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности , дальности, помехозащищенности и информативности измерений, излучаемый электромагнитный импульс устанавливают в виде осциллирующей периодической функции вида E(t)S2(t) ,8(t-3 ) sinwt 0(t) 1.0 - 0, T, где SJ(t) - весовая функция; w - круговая частота осцилляции; Т - период повторения;. (х - длительность импульса; t - текущее время, а длительность импульса Т и частоту осцилляции W устанавливают из условия 4h Т7,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 3(51) G 01 Ч 3/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫПФ (21) 3548861/18-25 (22) 07.02.83 (46) 23.04.84. Бюл. Р 15 (72) Е.В. Василенко, А.Н. Громыко и А.Н. Коляда (71) Марийский ордена Дружбы народов политехнический институт им.А.M. Горького, (53) 550.837(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

У 136480, кл. G 01 Ч 3/12, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 868681, кл. G 01 V 3/12, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

У 968776, кл. С 01 V 3/12, 1981 (прототип). (54)(57) СПОСОБ СКВАИ1ННОГО РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОЛ, заключающийся в том, что зондируют горные породы посредством периодических электромагнитных импульсов, излучаемых у устья первой скважины или во второй скважине, и регистрируют . прямые и отраженные от горных пород .электромагнитные сигналы в процессе движения приемника в первой скважине путем измерения амплитуд, фаз и груп пового времени запаздывания, по которым судят о геологическом строении горных пород, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дальности, помехозащищенности и информативности измерений, излучаемый электромагнитный импульс устанавливают в виде осциллирующей периоди ческой функции вида

E(t)= Q(t)exp ., 1sinwt

2,8(t-3 ) 1

t 10 (е467

О,б.са (TI где Я (й) - весовая функция;

w — круговая частота осцилляции;

Т вЂ” период повторения;, — длительность импульса;

t. — текущее время, а длительность импульса с и частоту осцилляции ю устанавливают из условия где ДЬ вЂ” требуемая разрешающая способность по дальности; ч — средняя ожидаемая скорость распространения электромагнитного импульса в горных породах, полосу пропускания приемника устанавливают из условия энергетического согласования со спектром излучае. мого импульса

0,63

Э где Д f — эффективная полоса пропускания приемника, подстраивают перед началом измерений приемник по.максимуму энергетического 2 отношения сигнал/помеха.

942 2 пород электромагнитные сигналы в процессе движения приемника в первой. скважине путем измерения амплитуд, фаз и группового времени запаздывания, по которым судят о геологическом строении горных пород 1.3 3.

Недостатки известного способа. заключаются в низкой точности измерения дальности до объекта поиска, связанной с погрешностью установки скорости распространения электромагнитных волн в среде, невозможностью определения проводимости и диэлектрической проницаемости среды и объекта поиска.

Целью изобретения является повышение точности дальности помехозащнщенности информативности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу скважинного радиопросвечивания горных пород, заключающемуся в том, что зондируют горные породы посредством периодических электромагнитных импульсов, излучаемых у устья первой скважины или во второй скважине, и регистрируют прямые и отраженные от горных пород электромагнитные сигналы в процессе .движения приемника в первой скважине путем измерения амплитуд, фаз и группового времени запаздывания, rio которым судят о геологическом строении горных пород, излучаемый электромагнитный импульс устанавливают в виде осцилллирующей периодической функции вида

1 2,8(t-3ъ)

E(t)=R(t) езср() выл(, 1,0 <

w — круговая частота осцилляции;

Т - период повторения; — длительность импульса;

t — текущее время, а длительность импульса t и частоту осцилляции w устанавливают из условия

) Т )i (8 12) с 21(hh ч

1 1087

Изобретение относится к геофизическому иссле.сованию горных пород в необсаженных скважинах и может быть использовано для разведки рудных тел и изучения их свойств и параметров в межскважинном и околоскважинном

5 пространстве, измерения параметров горных пород, окружающих скважины.

Известен способ разведки рудных месторождений, основанный на просве10 чивании толщины пород между двумя скважинами электромагнитными волнами, излучаемыми радиопередатчиком, опускаемым в одну скважину, и принимаемыми приемником, опускаемым

15 в другую скважину. При этом регистрируется интенсивность прошедших толщу пород волн, но величине которой рассчитывают проводимость среды и судят о геологическом стрбении исследуемого участка.

Способ позволяет рассчитать величину электропроводности горных пород в межскважинном пространстве, обнаружить и приблизительно определить размеры крупных рудных тел в межскважинном пространстве (1 .

Однако он не позволяет обнаружить и измерить параметры и размеры рудных тел, лежащих за пределами межскважинного пространства, измерить

30 диэлектрическую проницаемость масси" ва горных пород в межскважиниом, пространстве.

Известен способ радиопросвечиваиня массива горных пород, основанный З5 ия излучении и приеме .электромагнитных волн с изменяющейся частотой и регистрации частоты, при которбй достигает .определенного значения ото 40 ношение меридиально составляющей электромагнитного поля к радиаль" ной, и по результатам измерений опре.делении проводимости массива горных . пород (23. (,Однако этот способ не позволяет определить диэлектрическую проницаемость среды и обнаружить рудные тела, лежающие вне пространства измерения.

Наиболее близким к изобретению по 50 технической сущности способ скважинl ного радиопросвечивания горных пород, заключающийся в том, что зондируют горные породы посредством периоди- . где d h— ческих электромагнитных импульсов, излучаемых у устья первой скважины ч— или во второй скважине, и регистрируют прямые и отраженные от горных требуемая разрешающая способность .по дальности; средняя ожидаемая скорость распространения электромагнитного импульса в горных

С8д 4с 1 снап

Q з 10879 породах, полосу пропускания приемника устанавливают из условия энергетического согласования спектром излу" чаемого импульса, 0,63

hf где ЬЙ вЂ” эффективная полоса пронускания приемника, подстраивают перед началом измерений приемник по максимуму энергетического отношения сигнал/помеха.

В процессе измерений приемник помещают в одну скважину, излучатель, - в другую, соседнюю скважину или рас полагают на поверхности земли у устья первой скважины и в процессе непрерывного погружения приемника регистрируют интенсивности, времена группового запаздывания и фазы прямого и отраженных от .объектов поисКа сигналов.

По полученным результатам рассчи- . тывают константы пород и пространственное расположение объектов поиска и судят о геологическом строении исследуемого участка.

На чертеже приведена структурная.. схема устройства для реализации пред лагаемого способа.

Устройство состоит иэ погружае-: мых скважинных снарядов и наземной части (пунктир). Приемный погружаемый снаряд состоит из антенны 1, соединенной с предварительным усилителем 2. Предварительный усйлитель

2 соединен с логарифмическим усили- телем 3 наземной части посредством . каротажного кабеля 4. Логарифмический усйлитель 3 соединен с регистратором 5 амплитуд и времен запазды-

40 ванйя сигналов и с усилителем-ограни" чителем 6. Фазовый детектор 7 соединен с регистратором 8 фазы сигналов, задающим генератором 9 и с уаилителем-ограничителем 6. Импульсный мо45 дулятор 10 соединен с задающим генератором 9 и посредством картажного кабеля .1 1 соединен с выходным усилителем 12 который соединен с излучающей антенной 13. Скваженные снаряды погружены в первую 14 и вторую 15 скважины, между которыми находится .объект 16 поиска.

Задающий генератор 9 вырабатывает 55 синусоидальное напряжение с частотой

w, которое в модуляторе 10 преобразуется в периодические радиоимпуль42 1 сы с колоколообразной сгибающей, которые далее через усилитель 12 поступают на вход антенны 13 и излучаются в массив пород. Прямой и отраженный от объекта 16 поиска сигналы, показанньщ прямой и ломанной стрелками, приходят к приемной антенне 1 со сдвигом времен группового запаздывания, пропорциональный разнице в длинах лучей. Предварительно усиленные в усилителе 2 сигналы подаются на основной усилитель 3, имеющий логарифмическую характеристику, и с него на регистратор 5 времен группо-. вого запаздывания и амплитуды сигналов и через, усилитель-ограничитель 6 на один вход фазового детектора. На другой вход фазового детектора подается опорное напряжение от задаю-. щего генератора 9. Сигналы .с выхода фазового детектора 7 подаются на регистратор 8 фазы.

В качестве примера последовательности рассчета константных пород по результатам измерений можно привести следующий рассчет.

По годографам времен группового запаздывания прямого сигнала и известным расстояниям между приемником и излучателем для случая радиопрозрачной среды, т.е. при где с/"- угол диэлектрических потерь среды, рассчитывают показатель преломления среды по формуле где с — скорость распространения электромагнитных волн в вакууме; й„ вЂ” время группового запаздывания прямого сигнала; п - расстояние между приемником и излучателем.

По годографам времен группового запаздывания отраженных сигналов и известному показателю преломления среды рассчитывают пространственное положение" объектов поиска..По формуле

4 =.6 11 -10 — 18

Т и где Ри — мощность излучаемых электромагнитных волн; — длина волны в среде;

Кд — 1б -„, у Я Р К 1

16Ь1 — у

О

К=10 где К вЂ” коэффициент поглощения по трассе излучатель — объект = приемник; 20 — длина луча на трассе излучц чатель — объект — приемник;

P — мощность отраженного сигна0 ла на входе приемника, рассчитывают коэффициент отражения 25

КО от объекта поиска сигнала, и по формуле

1I - 1

2, 81фн ((0

fc +1

0 О" +2

51 пЧ r0, к -

О I азы от аж

Э5 где sign Y знак ф р енного от объекта поиска сигнала, измеренный относительно фазы прямого сигнала, о 4О

5 108794

G„,G> коэффициенты усиления антенн .прие.яника и излучателя соответственно; — расстояние между излучателем и приемником; 5

P — мощность прямого сигнала и ,на входе приемника; — проводимость среды;

n - показатель преломления среды, 10 рассчитывают проводимость среды по формуле рассчитывают относительный показатель преломления объекта поиска и о

Преимущества предла аемого способа по сравнению с известным заклю- чаются в том, что применение сигнала с ограниченным спектром и согласованный с полосой пропускания приемного устройства уменьшает искажения сигналов, прошедших через толщу гор ных пород, что в свою очередь приводит к повышению дальности поиска и точности измерения времен группового запаздывания прямого и отраженных сигналов; применение импульсных периодических осциллирующнх сигналов позволяет получить снижение воздействия помех от пространственно распределенных неоднородностей среды, временное разделение (а следовательно, и пространственное) прямого и отраженных от объектов поиска сигналов; регистрация времен группового запаздывания, амплитуд и фаз сигналов при непрерывном погружении приемного устройСтва в скважину позволяет однозначно найти пространственное положение объекта поиска не только в межскважинном пространстве, но и при расположении объекта вне межскважинного пространства, снизить затраты времени при проведении геофизических работ; регистрация фазы прямого и отраженных от объек-. тов поиска сигналов позволяет установить соотношение относительных диэлектрических проводимостей.вмещающих горных пород и объектов поиска и, таким образом, найти само значение относительной диэлектрической проницаемости объектов поиска.

Заказ 26б7/43

Подписное

ЯВИ ИПИ

Тираж 711

Филиал ШШ. "Патент", г. Ужгород, уи. Проектная, 4