Блок первичных преобразователей скважинного магнитометра- инклинометра

 

Использование: в геофизике, для скважинных магнитных измерений в сверхглубоких и нефтяных скважинах. Сущность: устройство содержит три неподвижных жестко закрепленных в корпусе скважинного прибора феррозонда, вращающуюся рамку с эксцентрично расположенным грузом, маятник с горизонтально укрепленной на его оси катушкой, системы из трех взаимноортогональных выходных катушек. Катушка, закрепленная на маятнике, индуктивно связана с генератором переменного тока, что позволяет исключить осевой коллектор вращающейся рамки и повысить точность ее ориентации, а система из трех ортогональных плоских катушек позволяет вычислить значение зенитного угла и угла поворота корпуса скважинного прибора с высокой точностью в широком интервале температур. 1 ил.

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно к скважинным магнитным измерениям и может быть использовано при проведении измерений в сверхглубоких скважинах, а также при поисках и разведке рудных месторождений.

Известно устройство, содержащее два взаимоортональных жестко закрепленных феррозонда, вертикально отвешиваемый феррозонд и две плоские катушки, расположенные вокруг вертикального феррозонда.

К недостаткам данного устройства следует отнести то, что при малых зенитных углах и большом градиенте изменение магнитного поля (при входе в магнитный пласт) на приращения вертикальной составляющей, обусловленные зенитным углом поворота скважинного прибора, накладываются сигналы, обусловленные изменением геомагнитного поля, что снижает точность измерений. Кроме того, точность измерения зенитного угла напрямую зависит от стабильности тока питания подмагничивающих катушек и коэффициента передачи магнитометра, что требует дополнительного тестирования прибора в процессе измерения, особенно, в условиях высоких температур.

Известны устройства для измерения составляющих вектора геомагнитного поля в скважинах, содержащее 3 феррозонда, укрепленных во вращающейся рамке с эксцентрично расположенным грузом, снабженной коллектором и токосъемником для подачи питания на феррозонды. Существенным недостатком данной конструкции является то, что при малых зенитных углах не обеспечивается достаточно точная ориентация феррозондов из-за значительного трения в коллекторе вращающейся рамки.

Блок первичных преобразователей скважинного магнитометраинклинометра, содержащий расположенные в корпусе три взаимно ортогональных жестко закрепленных между собой феррозонда, один из которых направлен вдоль оси скважинного прибора, и катушку, подключенную к генератору переменного тока, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вращающуюся рамку, с эксцентрично расположенным грузом, маятник, закрепленный во вращающейся рамке, и пять катушек, при этом вторая катушка, закреплена на оси вращающейся рамки и индуктивно связана с первой катушкой, жестко связанной с корпусом прибора, третья катушка горизонтально укреплена на на оси маятника и подключена через маломоментные пружины к второй катушке, четвертая, пятая и шестая плоские катушки расположены взаимно ортогонально с охватом рамки, при этом витки четвертой катушки расположены в плоскости, перпендикулярной оси скважинного прибора.

На чертеже изображена конструкция блока первичных преобразователей.

1, 2, 3 феррозонды, жестко закрепленные в корпусе скважинного прибора, 4 первая катушка, подключенная к генератору переменного тока, 5 вторая катушка, закрепленная на оси вращающейся рамки 6, эксцентрично расположенный груз 7, маятник 8, 9 третья катушка, установлена на маятнике так, что ее плоскость все время находится вертикально, 10 маломоментные токопроводящие пружины, 11 четвертая плоская катушка, установленная так, что ее плоскость перпендикулярна оси скважинного прибора 12, 13 пятая и шестая плоские катушки установлены так, что их плоскости совпадают с осями феррозондов 2 и 3; 14 генератор переменного тока.

Работает устройство следующим образом.

При протекании переменного тока по катушке 5 возникает ЭДС, которая в свою очередь создает ток в катушке 9. При этом катушка 9 создает переменное магнитное поле, направленное горизонтально. В катушках 12, 13, 11 индуцируется ЭДС, величина которых будет определяться зенитным углом скважины, углом поворота катушек 12, 13 относительно плоскости наклона скважины, в которой устанавливается рамка под действием груза 7. После выпрямления этих напряжений синхронным детектором будем иметь u₁₁=K₁₁·sinϕ u₁₂=K₁₂·sinα·cosϕ u₁₃=K₁₃·cosα·cosϕ где ϕ зенитный угол скважины, a угол поворота плоскости катушки 13 относительно плоскости наклона скважины. К₁₁ К₁₂ К₁₃ К коэффициенты, зависящие от напряжения генератора, числа витков и геометрических размеров катушек.

Зенитный угол скважины может быть вычислен из отношения: Угол поворота плоскости катушки 13 относительно из отношения
Феррозондами 1, 2, 3 измеряются проекции вектора геомагнитного поля Т на оси феррозондов ZX,Y при произвольном значении ϕ и a. Измерив значения Z, X, Y и вычислив v и a, можно легко пересчитать их по известным формулам преобразования координат в значения компонент H_z, H_x,H_y в вертикальной системе координат, привязанной к плоскости наклона скважины. H_z вертикальная составляющая геомагнитного поля; Н_у горизонтальная составляющая геомагнитного поля, направленная в плоскости наклона скважины; Н_у горизонтальная составляющая немагнитного поля в направлении перпендикулярно плоскости наклона.

Азимут скважины определяется: .

Таким образом данное устройство позволяет измерять три компоненты геомагнитного поля, привязанные к плоскости наклона скважины, азимут и зенитный угол.

К достоинствам конструкции следует отнести следующее.

1. Так как подвижная рамка не содержит осевого коллектора и токосъемников, то точность ее установки в плоскости наклона при малых зенитных углах существенно повышается.

2. Так как зенитный угол ϕ и угол поворота корпуса скважинного прибора a определяется из отношения напряжений, то вычисленные значения v и a не зависят от стабильности напряжений генератора и изменения сопротивления катушек, поэтому можно получить высокую точность измерения этих параметров в широком интервале температур.

3. Так как ЭДС катушек 12 и 13 зависит от cosϕ при малых углах и значения U₁₂ и U₁₃ приближается к максимальным и значительно повышается точность вычисления угла a.

Формула изобретения

Блок первичных преобразователей скважинного магнитометра-инклинометра, содержащий расположенные в корпусе три взаимно ортогональных жестко закрепленных между собой феррозонда, один из которых направлен вдоль оси скважинного прибора, и катушку, подключенную к генератору переменного тока, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вращающуюся рамку с эксцентрично расположенным грузом, маятник, закрепленный во вращающейся рамке, и пять катушек, при этом вторая катушка закреплена на оси вращающейся рамки и индуктивно связана с первой катушкой, жестко связанной с корпусом прибора, третья катушка горизонтально укреплена на оси маятника и подключена через маломоментные пружины к второй катушке, четвертая, пятая и шестая плоские катушки расположены взаимно ортогонально с охватом рамки, при этом витки четвертой катушки расположены в плоскости, перпендикулярной оси скважинного прибора.

РИСУНКИ

Рисунок 1