Способ измерения вызванной поляризации при каротаже скважин и устройство для его реализации

 

1. Способ измерения вызванной ; поляризации при каротаже скважин, заключающийся в том, что в исследуемой среде током прямоугольной формы возбуждают электромагнитное поле и в точке измерений принимают сигналы , вьзделяют амплитуду первой гармоники и одну или несколько амплитуд нечетных гармоник более высокого порядка и по отношению разности этих амплитуд к величине одной из них судят о поляризуемости среды, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности измерений, измеряют максимальные 9 значения амплитуд первой и нечетных гармоник более высокого порядка, совпадающих во времени с максимумом первой гармоники.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ за „,, 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3625353/18-25 (22) .18.07.83 (46) 07. 12. 84. Бюл. М- 45 (72) В.P. Шефер (71) Научно-производственное объединение "Сибцветметавтоматика" (53) 550.837(088.8) (56) I. Комаров В.А. Электроразведка по методу вызванной поляризации. Л., "Недра", 1980, с. 199212.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 627428, кл. G 01 V 3/02, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР, В 335650, кл. G 01 Ч 3/02, 1971. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫЗВАННОЙ

ПОЛЯРИЗАЦИИ ПРИ КАРОТАЖЕ СКВАЖИН

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ.

„,SU„„1128212 (57) 1. Способ измерения вызванной поляризации при каротаже скважин, заключающийся в том, что в исследуемой среде током прямоугольной формы возбуждают электромагнитное поле и в точке измерений принимают сигналы, выделяют амплитуду первой гармоники и одну или несколько амплитуд нечетных гармоник более высокого порядка и по отношению разности этих амплитуд к величине одной из них судят о поляризуемости среды, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности измерений, измеряют максимальные значения амплитуд первой и нечетных гармоник более высокого порядка, совпадающих во времени с максимумом йервой гармоники.

1128212

2. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее генератор прямоугольных импульсов тока и подключенные к его выходу токовые электроды, скважинный усилитель, к входу которого подключены приемные .электроды, а выход которого через каротажный кабель подключен к входу наземного усили еля, избирательные усилители первой и высшей гармоник, подключенные входами к выходу наземного усилителя, формирователи меток перехода гармоник через "О", подключенные входами к выходам избирательных усилителей, а выходами — к входам двухвходового триггера, пиковые детекторы, один иэ которых подключен к выходу из1

Изобретение относится к области скважинной геоэлектроразведки и может использоваться для измерений методом вызванной поляризации :.(ВП) в процессе перемещения зонда при каротаже скважин.

Известен способ геоэлектроразведки по методу вызванной полярйзации, при .котором через исследуемую среду пропускают импульсы тока прямоуголь- 10 ной формы и через определенные моменты после выключения тока измеряют разность потенциалов между приемными электродами и по результатам этих измерений судят о поляризуемос- 15 ти среды. Так как вызванные потенциалы зависят от удельного сопротивления среды, их величину относят к величине сигнала на этих же приемных электродах при пропускании поляризующего тока. Полученный при делении этих величин коэффициент кажущейся поляризуемости g< не зависит от удельного сопротивления среды (1.).

° 25

Устройство, в котором реализован этот способ, содержит питающую линию, соединяющую питающие электроды: с выходом генератора, приемную линию, соединяющую приемные электроды с.входом импульсного измеритель. ного прибора, работающего в режиме стробирования, блок управления, бирательного усилителя первой гармоники, выходы пиковых детекторов соединены с входом схемы обработки и регистрации информации, о т л ич а ю щ е е с я тем, что. оно дополнительно содержит ключи сброса, ждущий мультивибратор, схему ИЛИ и стробирующий ключ, причем ключи сброса подключены к выходам пиковых детекторов, а их управляющие входы, .один из входов схемы ИЛИ и вход мультивибратора соединены с выходом триггера, выход мультивибратора нагружен вторым входом схемы ИЛИ и управляющим входом стробирующего ключа, включенного между выходом усилителя высшей гармоники и входом пикового детектора этой же гармоники.

2 управляющий работой генератора и импульсного измерительного усилителя (1 1.

Недостатками этого способа и устройства является то, что измерения разности потенциалов в момент пропускания тока и разности потенциалов вызванной поляризации производятся в разные моменты времени (измерения разнесены во времени).

Следовательно, при выполнении измерений в движении, например во время перемещения зонда при каротаже скважин, точки измерения будут также смещены вдоль скважины и могут различаться по кажущемуся сопротивлению.

Различие точек измерения по кажущемуся сопротивлению приводит к изменению разности потенциалор на приемных электродах, а следовательно, к погрешности определения коэффициента кажущейся поляризуемости

Для уменьшения этой погрешности величина перемещения зонда в интервале между двумя измерениями должна быть значительно меньше расстояния между приемными электродами. Ограничения в скорости перемещения зонда снижают производительность измерений.

Известен также способ, при котором электромагнитное поле в иссле11282

3 дуемой среде возбуждается токами двух когерентных инфразвуковых частот и в точке приема измеряют разность времен запаздывания принимаемых сигналов этих частот. Разность времен запаздывания не зависит от проводимости среды и пропорциональна коэффициенту поляризуемости C2).

Устройство, реализующее этоъ способ, содержит датчик сигналов, к выходу которого своими входами подключены. два избирательных усилителя, выходы избирательных усилителей подключены через импульс-. ные формирователи к входам триггера, к выходу триггера подключен измеритель временных интервалов (2).

Недостатком этого способа является низкая точность измерений при каротаже скважин из-за существенного влияния индукционных эффектов,. обусловленных необходимостью пользоваться как близко расположенными питающими и приемными линиями, так и приемными установками, расположенными на оси питающего провода, где сильно выражено влияние индукционных явлений.

Недостатком этого устройства яв30 ляется также низкая точность измерений вследствие временной и.температурной фазовой нестабильности используемых для выделения гармоник избирательных усилителей.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ измерения вызванной поляризации, заключающийся в том, что в исследуемой среде током прямоугольной формы возбуждают электромагнитное поле, в точке измерений принимают сигналы, выделяют первую гармонику и одну или несколько нечетных гармоник более высокого порядка и по отношению разности этих амплитуд к величине 45 одной из них судят о поляризуемости среды (3).

Недостатком, известного способа измерения является использование для определения амплитуды высокочас» 50 тотной квазнкогерентной частоты nf всех полуволн сигнала.

В один период низкой частоты укладывается и периодов высокой частоты, а во времени с максимумом по- 55 луволны низкой частоты может совпадать только один из максимумов полуволн вшсокой частоты. Измерения

12 4 также будут выполнены в моменты, не совпадающие во времени. Следовательно, когда измерения выполняются в процессе перемещения зонда, это также приводит к погрешности.

Устройство для реализации извест" ного способа содержит генератор пряI моугольных импульсов тока и подклю.ченные к его выходу токовые электроды, скважинный усилитель, к входу которого подключены приемные электроды, а выход которого через каротажный кабель подключен к входу наземного усилителя, избирательные усилители первой и высших гармоник,, подключенные входами и выходу наземного усилителя, формирователи меток перехода гармоник через "О", подключенные входами к выходам избирательных усилителей, а выходамик входам двухвходового триггера, пиковые детекторы, один из которых подключен к выходу избирательного усилителя первой гармоники, выходы пиковых детекторов соединены с входом схемы обработки и регистрации информации j3).

Недостатком известного устройства, является необходимость усредне- . ния измеряемых сигналов, по меньшей мере, в пределах одного полупериода нижней частоты. Для этого постоянная времени цепи усреднения должна быть значительно .больше периода низкочастотного измеряемого сигнала.

Так как измерения выполняются на инфразвуковых частотах и нижняя частота составляет доли герца, постоянная времени цепи усреднения долж.на составлять десятки секунд. Чтобы аномалия ВП регистрировалась без существенных искажений, время прохождения приемными электродами участка, отмечаемого аномалией, должно быть значительно больше постоянной времени цепи усреднения, что также ограничивает скорость перемещения зонда, а следовательно, снижает производительность измерений.

Цель изобретения - увеличение производительности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерение вызванной поляризации при каротаже скважин, заключающемуся в том, что в исследуемой среде током прямоугольной формы возбуждают электромагнитное поле и в точке измерений

5 112821 принимают сигналы, вьделяют амплитуду первой гармоники и одну или несколько амплитуд нечетных гармоник более высокого порядка и по отношению разности этих амплитуд к величине одной из них судят о поляризуемости среды, измеряют максимальные значения амплитуд первой и нечетных гармоник, более высокого порядка, совпадающих во времени с максимумом первой гармоники.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройство, содержащее генератор прямоугольных импульсов тока и подключенные к его выходу токовые электроды, скважинный усилитель, к входу которого подключены приемные электроды, а выход которого через каротажный кабель подключен к входу наземного усилителя, избирательные усилители пер.вой и высшей гармоник, подключенные входами к выходу наземного усилителя, формирователи меток перехода гармоник через "О", подключенные входами к выходам избирательных усилителей, а выходами — к вхолам двухвхопового триггера, пиковые детекторы, один из которых подключен к выходу избирательного усилителя, пер30 вой гармоники, .выходы пиковых детекторов соединены с входами схемы обработки и регистрации информации, дополнительно введены ключи сброса, ждущий мультивибратор, схема ИЛИ и стробирующий ключ, причем ключи сбро-3> са подключены к выходам пиковых детекторов, а их управляющие входы, один из входов схемы ИЛИ и вход мультивибратора соединены с выходом триггера, вьйод мультивибратора наг- 4О ружен вторым входом схемы ИЛИ и управляющим входом стробирующего ключа, включенного между выходом усилителя высшей гармоники и входом пикового детектора этой же гармоники;

Способ осуществляется следующим образом.

В исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле разнополярными импульсами тока прямоугольной фор-50 мы с паузами между ними. Для этой цели используют заземленную линию, в которую включен. генератор тока прямоугольных разнополярных импульсов. В точке измерения принимают . на приемные электроды сигнал, представляющий собой совокупность нечетных гармоник частоты повторения

2 6 питающих импульсов. Чз принятого сигчала одновременно вьделяют первую гармонику и высшую, например и-ю нечетную гармонику. Амплитуду первой гармоники измеряют пиковым детектором, а из сигнала п-й гармоники путем стробирования вьделяют полуволну, совпадающую по времени с моментом измерения амплитуды первой гармоники, которую также измеряют пиковым детектором. По отношению разности измеренных значений амплитуд первой гармоники и и-й гармоники к амплитуде первой гармоники судят о поляризуемости среды.

Так как фазовые сдвиги между гармониками в аномальной зоне, как правило, не превышают нескольких градусов. время достижения максимального значения амплитудной первой гармоники и полуволны высшей гармоники различаются незначительно.

Измерения выполняются в боль-, шинстве случаев практически одновременно и в одной точке, перемещение зонда за время между этими из— мерениями незначительно при существенно большей скорости каротажа.

Увеличение скорости каротажа позволит увеличить производительность геофизических измерений.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2-9 — временные диаграммы сигналов (фиг. 2— токовые импульсы; фиг. 3 — первая гармоника сигнала, фиг. 4 — третья гармоника сигнала, фиг. 5 — отметка момента перехода сигнала первой гармоники через "О"; фиг. 6 — отметка момента перехода третьей гармоники через "О", фиг. 7 — напряжение на выходе триггера; фиг. 8 — напряжение на выходе ждущего мультивибратора; фиг. 9 — сигнал управления схемой обработки и регистрации информации).

Устройство, реализующее способ (фиг. 1), содержит токовые электроды 1, подключенные к выходу генератора 2 тока, скважинный усилитель

3, ко входу которого подключены приемные электроды 4, а выход через каротажный кабель 5 подключен к входу наземного усилителя 6, избирательные усилители первой гармоники

7 и нечетной и-й гармоники 8 (например третьей), подключенные к выходу наземного усилителя 6, формирователь 9 меток перехода через

7 11282 нуль первой гармоники и формирователь 10 меток перехода через "0" и-й нечетной гармоники, подключенные входами к выходам соответствующих избирательных усилителей 7 и 8, а выходами — к входам триггера 11, 5 первый пиковый детектор 12, подключенный к выходу усилителя первой гармоники 7, второй пиковый детектор

13, подключенный к выходу усилителя п-й нечетной гармоники 8, через стробирующий ключ 14, управляющий вход которого подключен к выходу триггера 1 1, через ждуший мультивибратор 15 подключенные параллельно выходам пиковых детекторов 12 и

:13 первый ключ сброса 1 6 и второйключ сброса 17, управляющие входы которых подключены к выходу триггера 11, схему 18 обработки и регистрации информации, входы которой подключены к выходам пиковых детекторов 12 и 13, схему ИЛИ 19. инвертирующий выхоп которой подключен к управляющему входу схемы- 18 обработ25 ки и регистрации информации, а входы соответственно подключены к выходу триггера 11 и входу ждущего мультивибратора 15.

Работает устройство следующим образом.

От генератора 2 тока через электроды 1 в исследуемую среду подаются разнополярные прямоугольные импульсы тока с паузами (фиг. 2). Возникающая при этом разность потенциалов З5. на приемных электродах 4 усиливается скважинным усилителем 3 и по каротажному кабелю 5 передается на вход наземного усилителя 6. Из усиленного сигнала избирательными усилителями первой гармоники 7 и и-й гармоники 8 выделяется соответственно.первая (фиг. 3) и п-я, например третья, гармоники (фиг. 4). Выделенные гармоники поступают на входы 45 формирователей 9 и 10 перехода через "0" гармоник, которые вырабатывают короткие импульсы при переходе входного сигнала через "0" (фиг. 5 и 6). Сформированным при переходе 50 амплитуды первой гармоники от отрицательного к положительному значению коротким импульсом опрокидывается триггер 11, который возвращается в исходное состояние таким же импуль-55

12 8 сом, поступающим на его второй вход с выхода формирователя 10 меток перехода через нуль и-й нечетной гармоники (фиг. 6).

Задним фронтом выходного импульса триггера 11 (фиг. 7) запускается ящущий мультивибратор 15, вырабатывающий импульс управления стробирующим ключом 14 (фиг. 8), при пос, туплении которого последний откры— вается и на втором пиковом детекто- ре 13 запоминается максимальное значение полуволны напряжения Q-H гармоники. Первым пиковым детектором 12 запоминается максимальное значение полуволны напряжения первой гармоники. Напряжения с. пиковых детекторов 12 и 13 подаются на вход схемы 18 обработки и регистрации информации. Обработка сигнала начинается с момента поступления на управляющий вход схемы 18 импульса (фиг. 9) с выхода логической схемы ИЛИ 19. Цикл измерения и обработки информации заканчивается в момент очередного перехода напряжения первой гармоники от отрицательного значения к положительному. В это время формирователь 9 меток перехода через "0" первой гармоники вырабатывает очередной положительный импульс, опрокидывающий триггер 1 1, .выходным напряжением которого открываются ключи 16 и 17 сброса и пиковые детекторы 12 и 13 подготавливаются к запоминанию амплитуд очередных полуволн напряжения гармоник сигнала.

Технические преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с базовым заключается в значительно меньшем разносе во-времени между измерениями амплитуды первой гармоники и совпадающей с максимумом первой гармоники амплитуды полуволны одной из нечетных высших гармоник, в свою очередь, позволяет повысить скорость перемещения измерительной установки, следовательно, увеличивается производительность труда.

Устройство позволяет повысить скорость перемещения измерительной установки, что обеспечивает увеличение производительности измерений и приводит к сокращению затрат на разведывательные работы, 1128212

Заказ 9025/35 Тираж 710

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

Составитель Л. Воскобойников

Редактор С. Патрушева Техред С.Мигунова Корректор M. Максимишинец