Устройство для электромагнитного каротажа скважин

 

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. Устройство содержит генератор высокой частоты, систему пространственно совмещенных генераторных катушек, размещенных на электроизоляционном стержне, систему пространственно совмещенных ближних и дальних приемных катушек, размещенных на электроизоляционном стержне, блок коммутации, усилительно-преобразовательный блок, блок разделения и обработки информации, коммутатор генераторных катушек, коммутатор приемных катушек, выходные зажимы. Система генераторных катушек и системы ближних и дальних приемных катушек содержат по k генераторных, ближних приемных и дальних приемных катушек, причем в каждой из систем катушек магнитные моменты катушек сдвинуты относительно друг друга на угол, равный 180^o/k, и лежат в плоскостях, перпендикулярных оси электроизоляционного стержня, а магнитные моменты генераторных, ближних приемных и дальних приемных катушек, имеющих одинаковые номера - компланарны. Усилительно-преобразовательный блок может быть выполнен в виде преобразователя амплитуда - код, либо в виде преобразователя фаза - код. Технический результат: повышение точности измерения удельного электрического сопротивления азимутально неоднородных сред, снижение трудоемкости при изготовлении и эксплуатации. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к промыслово-геофизической технике, а более конкретно к аппаратуре электромагнитного каротажа скважин, и может использоваться для измерения и изучения распределения удельного электрического сопротивления (УЭС) 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.

Электромагнитный каротаж заключается в расчленении горных пород в скважине на основе измерения относительных характеристик электромагнитного поля: амплитудных, представляющих отношения вида и фазовой Δϕ = ϕ₂-ϕ₁, где h₁, h₂ - напряженности магнитной компоненты поля в 1-й (ближней) и 2-й (дальней) точках измерения на оси скважины; ϕ₁,ϕ₂ - фазы векторов напряженностей h₁ и h₂ соответственно.

По измеренным амплитудным или(и) фазовой характеристикам судят об УЭС горных пород.

Для реализации электромагнитного каротажа в скважине размещаются генераторная катушка, возбуждающая в породах электромагнитное поле, и две (ближняя и дальняя) измерительные (приемные) катушки, воспринимающие магнитную компоненту поля, называемые зондом. При расположении магнитных моментов генераторной и приемной катушек перпендикулярно оси скважины (зонд электромагнитного каротажа с поперечным расположением катушек), возбуждаемое электромагнитное поле приобретает свойство азимутальной направленности в плоскостях, перпендикулярных оси зонда, т.е. токовые линии поля в пласте, вскрытом вертикальной скважиной, направлены в нем по определенному азимуту, зависящему от положения в пространстве генераторной катушки.

В промысловой геофизике большой интерес представляет выделение в разрезе скважины пластов, называемых коллекторами. Некоторые из коллекторов, например, трещинные, характеризуются преимущественно вертикальным направлением трещин и являются азимутально неоднородными средами в отношении их УЭС, т.е. измеряемое УЭС зависит от направления токовых линий поля в них.

Пласт, вскрытый горизонтальной скважиной, также является средой неоднородной в плоскости, перпендикулярной оси скважины, из-за анизотропии пласта и наличия горизонтальных границ раздела.

Известно устройство (авторское свидетельство СССР 313966, кл. Е 27 В 47/00, 1970) для электромагнитного каротажа скважин, состоящее из генератора высокой частоты, генераторной катушки, первой и второй приемных катушек, избирательного усилителя, блока коммутации, входного коммутаторного ключа, делительной системы и выходного зажима, причем выход генератора высокой частоты соединен с генераторной катушкой, первая и вторая приемные катушки соединены с управляющими входами коммутаторного ключа, выход которого подключен к первому входу делительной системы, второй вход делительной системы соединен со вторым выходом блока коммутации, а выход делительной системы является выходным зажимом устройства.

Это устройство позволяет производить расчленение разреза скважин путем измерения относительной амплитудной характеристики поля и получать информацию об УЭС горных пород.

Однако с помощью этого устройства нельзя выделять в разрезах скважин азимутально неоднородные среды, например, трещинные коллекторы, так как показания на выходе устройства в этом случае будут определяться ориентацией магнитного момента генераторной катушки, только в одном произвольном направлении.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для электромагнитного каротажа скважин (авторское свидетельство СССР 960701, М. Кл.³ G 01 V 3/18), состоящее из генератора высокой частоты, первой и второй генераторной катушек, первой, второй, третьей и четвертой приемных катушек, первого и второго входных коммутационных ключей, избирательного усилителя, делительной системы, блока коммутации, формирователя балансно-модулированных колебаний, первый выход формирователя соединен с первой генераторной катушкой, второй - со второй генераторной катушкой, третий - с первым входом восстановителя несущих колебаний, блока разделения информации, первого и второго выходных зажимов, причем вторая генераторная катушка пространственно совмещена с первой, а оси первой и второй генераторных катушек взаимно перпендикулярны, генератор высокой частоты подключен к входу формирователя балансно-модулированных колебаний, четвертый - со вторым входом восстановителя несущих колебаний, первая приемная катушка пространственно совмещена с третьей приемной катушкой и оси их взаимно перпендикулярны, вторая приемная катушка пространственно совмещена с четвертой приемной катушкой и оси их взаимно перпендикулярны, первая и вторая приемные катушки соединены с управляемыми входами первого коммутаторного ключа, третья и четвертая приемные катушки соединены с управляемыми входами второго коммутаторного ключа, управляющий вход первого коммутаторного ключа соединен с первым выходом блока коммутации, управляющий вход второго коммутаторного ключа подключен к третьему выходу блока коммутации, выход первого входного коммутаторного ключа соединен с третьим входом восстановителя несущих колебаний, а выход второго коммутаторного ключа - с его четвертым входом, выход восстановителя несущих колебаний подключен к входу избирательного усилителя, выход избирательного усилителя соединен с первым входом делительной системы, второй вход делительной системы соединен с вторым выходом блока коммутации, выход делительной системы подключен к входу блока разделения информации, первый выход блока разделения информации соединен с первым выходным зажимом устройства, а второй выход - со вторым выходным зажимом.

Формирователь балансно-модулированных колебаний состоит из генератора низкой частоты, ортогонального фазовращателя, первого и второго балансных модуляторов, первого и второго усилителей мощности.

Восстановитель несущих колебаний состоит из первого и второго частотных смесителей и сумматора.

Блок разделения информации содержит фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и амплитудный преобразователь. Делительная система с избирательным усилителем и блок разделения информации выполняют функции преобразования и обработки информации. Данное устройство, благодаря созданию непрерывно вращающегося магнитного поля, позволяет выделять в разрезах скважин азимутально неоднородные среды, определять УЭС этих сред по различным направлениям, одновременно давая информацию о распределении УЭС по оси скважины.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения УЭС и высокая трудоемкость настройки при его изготовлении и эксплуатации.

Это связано с тем, что балансные модуляторы и усилители мощности формирователя балансно-модулированных колебаний должны иметь одинаковые коэффициенты преобразования и усиления, а ортогональные фазовращатели должны создавать два равных по амплитуде колебания, фазы которых должны отличаться точно на 90^o.

Кроме того, частотные смесители восстановителя несущих колебаний должны иметь идентичные квадратичные характеристики. Идентичные параметры должны иметь также первая и вторая генераторные катушки, первая и третья, вторая и четвертая приемные катушки.

Удовлетворить эти требования в процессе изготовления и эксплуатации устройства в широком диапазоне изменения температуры в скважине (до 150^oС) практически невозможно.

Цель изобретения - повышение точности измерения удельного электрического сопротивления азимутально неоднородных сред, снижение трудоемкости при изготовлении и эксплуатации.

Цель достигается тем, что в устройство для электромагнитного каротажа скважин, состоящее из генератора высокой частоты, системы пространственно совмещенных генераторных катушек, размещенных на электроизоляционном стержне, систем ближних и дальних пространственно совмещенных приемных катушек, размещенных на электроизоляционном стержне, блока коммутации, усилительно-преобразовательного блока, блока разделения и обработки информации, первого и второго выходных зажимов, причем первый и второй выходы блока коммутации соединены с первым и вторым входами усилительно-преобразовательного блока, выход усилительно-преобразовательного блока подключен к входу блока разделения и обработки информации, первый выход блока разделения и обработки информации соединен с первым выходным зажимом устройства, а второй выход - со вторым выходным зажимом, дополнительно введены коммутатор генераторных катушек, коммутатор приемных катушек и k-2 выходных зажима, а система генераторных катушек, системы ближних и дальних приемных катушек содержат по k генераторных, ближних приемных и дальних приемных катушек соответственно, причем в каждой из систем магнитные моменты сдвинуты относительно друг друга на угол, равный 180^o/k, и лежат в плоскости, перпендикулярной оси электроизоляционного стержня, а магнитные моменты генераторных, ближних приемных и дальних приемных катушек, имеющих одинаковые номера - компланарны, выход генератора высокой частоты соединен с управляемым входом коммутатора генераторных катушек, первый - 2k-й управляемые выходы коммутатора генераторных катушек подключены к выводам первой - k-й генераторных катушек соответственно, первый - k-й управляющие входы коммутатора генераторных катушек подключены к третьему - (k+2)-му выходам блока коммутации соответственно, выводы первой - k-й катушек системы ближних приемных катушек соединены с первым - 2k-м управляемыми входами коммутатора приемных катушек соответственно, выводы первой - k-й катушек системы дальних приемных катушек соединены с (2k+1) - 4k-м управляемыми входами коммутатора приемных катушек соответственно, первый - k-й управляющие входы коммутатора приемных катушек подключены к третьему - (k+2)-му выходам блока коммутации, первый и второй управляемые выходы коммутатора приемных катушек соединены с третьим и четвертым входами усилительно-преобразовательного блока, выход которого подключен к входу блока разделения и обработки информации, а третий - k-й выходы последнего соединены с третьим - k-м выходными зажимами соответственно.

Усилительно-преобразовательный блок может быть выполнен в вариантах: преобразователь амплитуда - код, преобразователь фаза - код.

В первом варианте усилительно-преобразовательный блок состоит из входного ключа, избирательного усилителя, частотного смесителя, гетеродина, усилителя промежуточной частоты, узла автоматического регулирования усиления (АРУ), преобразователя амплитуда - код, причем первый и второй управляемые входы входного ключа являются третьим и четвертым входами усилительно-преобразовательного блока соответственно, управляемый выход входного ключа соединен с первым входом избирательного усилителя, выход избирательного усилителя подключен к первому входу частотного смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, а выход смесителя - с входом усилителя промежуточной частоты, первый выход усилителя промежуточной частоты подключен к первому входу преобразователя амплитуда - код, а второй - к входу узла АРУ, выход которого соединен со вторым входом избирательного усилителя, второй и третий входы преобразователя амплитуда - код соединены с первым и вторым входами усилительно-преобразовательного блока, а выход является выходом усилительно-преобразовательного блока.

Во втором варианте исполнения усилительно-преобразовательный блок состоит из первого и второго избирательных усилителей, первого и второго частотных смесителей, гетеродина, первого и второго усилителей промежуточной частоты, преобразователя фаза - код, причем входы первого и второго избирательных усилителей являются третьим и четвертым входами усилительно-преобразовательного блока, выходы усилителей соединены с первыми входами частотных смесителей, вторые входы которых соединены с выходом гетеродина, выходы первого и второго частотных смесителей подключены к входам первого и второго усилителей промежуточной частоты, выходы которых соединены с первым и вторым входами преобразователя фаза - код, третий и четвертый входы преобразователя фаза - код являются первым и вторым входами усилительно-преобразовательного блока, а его выход - выходом усилительно-преобразовательного блока.

Система генераторных катушек и системы ближних и дальних приемных катушек могут быть выполнены в двух вариантах.

В первом варианте генераторные, ближние и дальние приемные катушки выполнены в виде рамок, плоскости витков которых лежат в плоскостях, проходящих через ось электроизоляционного стержня, или параллельны им, и повернуты друг относительно друга на угол, равный 180^o/k, причем плоскости витков катушек в системах генераторных, ближних и дальних приемных катушек, имеющих одинаковые номера - компланарны.

Во втором варианте электроизоляционный стержень выполнен в виде правильной 2k-гранной призмы, каждая из генераторных, ближних и дальних приемных катушек выполнены в виде первой и второй одинаковых рамочных секций, располагающихся на противоположных гранях электроизоляционного стержня таким образом, что плоскости витков первой и второй секций каждой из катушек совпадают с плоскостями этих граней или параллельны им, причем электрически первая и вторая секции каждой из генераторных, ближних и дальних приемных катушек соединены согласно последовательно.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурные схемы вариантов исполнения усилительно-преобразовательного блока; на фиг. 3 и 4 - варианты выполнения систем генераторных, ближних и дальних приемных катушек для k=4; на фиг.3 - схема соединений первой и второй секций катушек во втором варианте выполнения систем генераторных, ближних и дальних приемных катушек; на фиг.6 - 9 - формы напряжений на первом - k-м управляющих входах коммутаторов систем генераторных и ближних и дальних приемных катушек соответственно (для k=4).

Устройство содержит (фиг. 1) генератор 1 высокой частоты, систему 2 пространственно совмещенных генераторных катушек, систему 3 пространственно совмещенных ближних приемных катушек, систему 4 пространственно совмещенных дальних приемных катушек, блок 5 коммутации, усилительно-преобразовательный блок 6, блок 7 разделения и обработки информации; первый 8 и второй 9 выходные зажимы, коммутатор 10 генераторных катушек; коммутатор 11 приемных катушек, k-й выходной зажим 12. Система 2 генераторных катушек содержит первую 13, k-ю 14 генераторные катушки. Система 3 ближних приемных катушек содержит первую 15, k-ю 16 ближние приемные катушки. Система 4 дальних приемных катушек содержит первую 17, k-ю 18 дальние приемные катушки.

Усилительно-преобразовательный блок 6 (фиг.2), выполненный по первому варианту, состоит из входного ключа 19, избирательного усилителя 20, смесителя 21, гетеродина 22, усилителя промежуточной частоты 23, узла 24 АРУ, преобразователя 25 амплитуда - код.

Во втором варианте выполнения усилительно-преобразовательный блок 6 содержит (фиг. 2) первый 26 и второй 27 избирательные усилители, первый 28 и второй 29 частотные смесители, гетеродин 30, первый 31 и второй 32 усилители промежуточной частоты, преобразователь 33 фаза - код.

На фиг.3 представлен первый вариант выполнения систем генераторных, ближних и дальних приемных катушек для k=4, т.е. при четырех катушках в каждой системе.

На фиг. 3 изображена система 2 генераторных катушек, система 3 ближних приемных катушек, система 4 дальних приемных катушек, вторая 34, третья 35 и четвертая 36 генераторные катушки, первая 15, вторая 37, третья 38 и четвертая 39 ближние приемные катушки, первая 17, вторая 40, третья 41 и четвертая 42 дальние приемные катушки, электроизоляционный стержень 43, магнитные моменты 44, 45, 46, 47 первых 13, 15, 17, вторых 34, 37, 40, третьих 35, 38, 41 и четвертых 36, 39, 42 генераторных, ближних и дальних приемных катушек соответственно, плоскости 48, 49, 50, 51 витков первых 13, 15, 17, вторых 34, 37, 40, третьих 35, 38, 41 и четвертых 36, 39, 42 генераторных, ближних и дальних приемных катушек соответственно, ϕ - угол между магнитными моментами соседних катушек, равный углам между плоскостями витков соседних катушек.

Генераторные 13, 34, 35, 36, ближние 15, 37, 38, 39 и дальние 17, 40, 41, 42 приемные катушки выполнены в виде рамок, плоскости 48, 49, 50, 51 витков которых лежат в плоскостях, проходящих через ось электроизоляционного стержня 43, и повернуты друг относительно друга на угол ϕ, равный 180^o/k, в данном случае 180^o/4= 45^o. Магнитные моменты 44, 45, 46, 47 первых 13, 15, 17, вторых 34, 39, 42, третьих 35, 38, 41 и четвертых 36, 39, 42 генераторных, ближних и дальних приемных катушек также сдвинуты друг относительно друга на угол ϕ=180^o/k=180^o/4=45^o.

Плоскости 48, 49, 50, 51 витков, а следовательно, и магнитные моменты первых 13, 15, 17, вторых 34, 37, 40, третьих 35, 38, 41 и четвертых 36, 39, 42 генераторных, ближних и дальних приемных катушек компланарны, т.е. лежат в одних плоскостях.

На фиг. 4 представлен второй вариант выполнения систем генераторных, ближних и дальних приемных катушек, для k=4. На фиг.4 изображены система 2 генераторных катушек, система 3 ближних приемных катушек, система 4 дальних приемных катушек, электроизоляционный стержень 43, первая секция 52 первой 13 генераторной катушки (вторая секция расположена на противоположной грани стержня и не видна), первая секция 54 третьей 35 генераторной катушки, вторая секция 55 третьей 35 генераторной катушки, первая секция 56 четвертой 36 генераторной катушки (вторая секция не видна), первая секция 59 третьей 38 ближней приемной катушки, вторая секция 60 третьей 38 ближней приемной катушки, первая секция 61 четвертой 39 ближней приемной катушки (вторая секция не видна), первая секция 62 первой 17 дальней приемной катушки (вторая секция не видна), первая секция 63 второй 40 дальней приемной катушки (вторая секция не видна), первая секция 64 третьей 41 дальней приемной катушки, вторая секция 65 третьей 41 дальней приемной катушки, первая секция 66 четвертой 42 дальней приемной катушки (вторая секция не видна), магнитные моменты 44, 45, 46, 47 первых 13, 15, 17, вторых 34, 37, 40, третьих 35, 38, 41 и четвертых 36, 39, 42 генераторных, ближних и дальних катушек соответственно, ϕ - угол между магнитными моментами соседних катушек.

Электроизоляционный стержень 43 выполнен в виде правильной 2k-гранной (в данном случае восьмигранной) призмы. Каждая из генераторных 13, 34, 35, 36, ближних 15, 37, 38, 39 и дальних 17, 40, 41, 42 приемных катушек выполнены в виде первой и второй одинаковых рамочных секций, расположенных на противоположных гранях стержня 43, таким образом, что плоскости витков первой и второй секций каждой из катушек совпадают с плоскостями этих граней или параллельны им. Угол ϕ между магнитными моментами соседних катушек равен ϕ= 180^o/k=180^o/4=45^o.

Секции катушек с одинаковыми номерами располагаются на одних и тех же гранях стержня, поэтому их магнитные моменты компланарны.

На фиг.5 приведена схема соединений первой и второй секций генераторных катушек во втором варианте выполнения системы генераторных катушек при k=4.

На фиг. 5 изображены система 2 генераторных катушек, первая 13, вторая 34, третья 35 и четвертая 36 генераторные катушки, первая 52 и вторая 67 секции первой генераторной катушки, первая 53 и вторая 68 секции второй генераторной катушки, первая 54 и вторая 55 секции третьей генераторной катушки, первая 56 и вторая 59 секции четвертой генераторной катушки. Первые и вторые секции каждой из катушек соединены между собой согласно последовательно.

Таким же образом соединены первые и вторые секции катушек и в системах ближних и дальних приемных катушек.

Первый и второй выходы блока 5 коммутации (фиг.1) соединены с первым и вторым входами усилительно-преобразовательного блока 6, выход усилительно-преобразовательного блока 6 подключен к входу блока 7 разделения и обработки информации, первый выход блока 7 разделения и обработки информации соединен с первым 8 выходным зажимом устройства, а второй выход - со вторым 9 выходным зажимом, выход генератора 1 высокой частоты соединен с управляемым входом коммутатора 10 генераторных катушек, первый - 2k-й управляемые выходы коммутатора 10 генераторных катушек подключены к выходам первой 13 - k-й 14 генераторных катушек соответственно, первый - k-й управляющие входы коммутатора 10 генераторных катушек подключены к третьему - (k+2)-му выходам блока 5 коммутации соответственно, выводы первой 15 - k-й 16 катушек системы 3 ближних приемных катушек соединены с первым - 2k-м управляемыми входами коммутатора 11 приемных катушек соответственно, выводы первой 17 - k-й 18 катушек системы 4 дальних приемных катушек соединены с (2k+1)-4k-м управляемыми входами коммутатора 11 приемных катушек соответственно, первый - k-й управляющие входы коммутатора 11 приемных катушек подключены к третьему - (k+2)-му выходам блока 5 коммутации, первый и второй управляемые выходы коммутатора 11 приемных катушек соединены с третьим и четвертым входами усилительно-преобразовательного блока 6, выход которого подключен к входу блока 7 разделения и обработки информации, а третий - k-й выходы последнего соединены с третьим - k-м 12 выходными зажимами соответственно.

В первом варианте выполнения усилительно-преобразовательного блока 6 (фиг.2) первый и второй управляемые входы входного ключа 19 являются третьим и четвертым входами усилительно-преобразовательного блока 6 соответственно, а первый и второй управляющие входы входного ключа 19 - первым и вторым входами усилительно-преобразовательного блока 6 соответственно, управляемый выход входного ключа 19 соединен с первым входом избирательного усилителя 20, выход избирательного усилителя 20 подключен к первому входу частотного смесителя 21, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 22, а выход смесителя 21 - с входом усилителя 23 промежуточной частоты, первый выход усилителя 23 промежуточной частоты подключен к первому входу преобразователя 25 амплитуда - код, а второй - к входу узла 24 АРУ, выход которого соединен со вторым входом избирательного усилителя 19, третий и четвертый входы преобразователя 25 амплитуда - код соединены с первым и вторым входами усилительно-преобразовательного блока 6, а выход является выходом усилительно-преобразовательного блока 6.

Во втором варианте исполнения усилительно-преобразовательного блока 6 (фиг.2) входы первого 26 и второго 27 избирательных усилителей являются третьим и четвертым входами усилительно-преобразовательного блока 6, выходы усилителей 26, 27 соединены с первыми входами частотных смесителей 28, 29, вторые входы которых соединены с выходом гетеродина 30, выходы первого 28 и второго 29 частотных смесителей подключены к входам первого 31 и второго 32 усилителей промежуточной частоты, выходы которых соединены с первым и вторым входами преобразователя 33 фаза - код, третий и четвертый входы преобразователя 33 фаза - код являются первым и вторым входами усилительно-преобразовательного блока 6, а его выход - выходом усилительно-преобразовательного блока 6.

Устройство работает следующим образом (рассматривается случай k=4). Генератор 1 высокой частоты создает электрические колебания частотой 0,1-3 МГц, которые подаются на управляемый вход коммутатора 10 генераторных катушек.

Работа делится на k циклов (в данном случае 4). В первом цикле на третьем выходе блока 5 коммутации формируется управляющий импульс (фиг.6), который подается на первые управляющие входы коммутаторов 10, 11 генераторных и приемных катушек. При этом выход генератора 1 высокой частоты подключается через коммутатор 10 к первой 13 генераторной катушке, первая 15 ближняя приемная катушка соединяется через коммутатор 11 с третьим входом усилительно-преобразовательного блока 6, а первая 17 дальняя приемная катушка подключается через коммутатор 11 к четвертому входу усилительно-преобразовательного блока 6.

Направление и интенсивность излучения электромагнитных колебаний генераторной катушкой 13 определяется ее магнитным моментом. Под магнитным моментом понимается вектор, перпендикулярный плоскости витков катушки, проходящий через ее центр и численно равный произведению n_г•S_г•J, где n_г - число витков генераторной катушки, S_г - площадь витка, J - ток, протекающий по виткам.

Электромагнитная волна, распространяясь по горным породам от генератора 13 к приемным 15, 17 катушкам, претерпевает затухание и фазовые сдвиги.

Величина сигнала в приемных катушках 15, 17 также зависит от их магнитных моментов, которые представляют собой векторы, перпендикулярные плоскостям витков катушек, численно равные произведению n_п•S_п, где n_п, S_п - число витков и площадь витков приемных катушек. При прочих равных условиях величина сигнала максимальна в случае компланарности магнитных моментов генераторной и приемных катушек. Амплитуды сигналов ε₁ ближней и ε₂ дальней приемных катушек, а также фазовый сдвиг Δϕ между ними зависят и от УЭС горных пород в направлении распространения электромагнитной волны.

При измерении относительных амплитудных характеристик поля усилительно-преобразовательный блок 6 выполняет функции преобразователя амплитуда - код (фиг. 2). В этом случае сигналы ε₁ и ε₂ первой 15 ближней и первой 17 дальней приемных катушек поступают на управляемые входы входного ключа 19, с помощью которого поочередно подключаются к первому входу избирательного усилителя 20.

С выхода усилителя 20 усиленные сигналы ε₁ и ε₂ подаются на первый вход частотного смесителя 21, на второй вход которого подается сигнал вспомогательного генератора-гетеродина 21 с частотой ω_Г. На выходе частотного смесителя возникают комбинационные составляющие с частотами ω_Г±ω_C, где ω_C - частота сигнала. Усилитель 23 промежуточной частоты выделяет и усиливает сигналы промежуточной частоты ω_Г-ω_C, амплитуды которых пропорциональны ε₁ и ε₂ со сдвигом фаз между ними, равным Δϕ. Сигналы промежуточной частоты подаются на вход преобразователя 25 амплитуда - код, управляемый блоком 5 коммутации. Преобразователь 25 амплитуда - код выполняет преобразование сигналов промежуточной частоты, пропорциональных сигналам ε₁ и ε₂, в эквивалентные им двоичные коды N₁ и N₂. Напряжение, пропорциональное сигналу ε₁ со второго выхода усилителя 23 промежуточной частоты, подается также на вход узла 24 автоматического регулирования усиления (АРУ). Выходное напряжение узла 24 АРУ управляет коэффициентом усиления избирательного усилителя 20, что расширяет динамический диапазон работы усилительно-преобразовательного блока 6.

Коды N₁ и N₂ с выхода усилительно-преобразовательного блока 6 поступают на вход блока 7 разделения и обработки информации, в котором производится временное разделение цифровых сигналов, вычисление амплитудных относительных характеристик поля, например, переход от измеренных относительных характеристик к удельному сопротивлению горных пород. Информация об удельном сопротивлении, измеренном в первом цикле, выводится на первый 8 выходной зажим устройства.

При измерении фазовой относительной характеристики поля усилительно-преобразовательный блок 6 выполняет функции преобразователя фаза-код (фиг. 2).

В этом случае сигналы ε₁ и ε₂ первой 15 ближней и первой 17 дальней приемных катушек поступают на входы первого 26 и второго 27 избирательных усилителей, а усиленные сигналы с их выходов подаются на первые входы частотных смесителей 28, 29. На вторые входы смесителей 28, 29 подается напряжение гетеродина 30. Сигналы комбинационных частот в выходах смесителей 28, 29 поступают на входы усилителей 31, 32 промежуточной частоты, в которых выделяются и усиливаются до необходимого уровня сигналы промежуточной частоты ω_Г-ω_C. Сигналы с выходов усилителей 31, 32 промежуточной частоты подаются на входы преобразователя 33 фаза-код, в котором осуществляется преобразование фазового сдвига Δϕ между входными сигналами в эквивалентный ему двоичный код N_ϕ. С выхода усилительно-преобразовательного блока 6 код N_ϕ подается в блок 7 разделения и обработки информации, где производится переход от измеренного кода N_ϕ к УЭС горных пород и выдача информации об УЭС горных пород, измеренном в первом цикле, на первый 8 выходной зажим устройства.

Во втором цикле работы устройства управляющий импульс (фиг.7) формируется на четвертом выходе блока 5 коммутации, который подается на вторые управляющие входы коммутаторов 10, 11 генераторных и приемных катушек.

При этом выход генератора 1 высокой частоты отключается от первой 13 и подключается через коммутатор 10 ко второй генераторной катушке, первая 15 ближняя приемная катушка отключается от третьего входа усилительно-преобразовательного блока 6 и к нему через коммутатор 11 подключается вторая ближняя приемная катушка, первая 17 дальняя приемная катушка отключается от четвертого входа усилительно-преобразовательного блока 6 и к нему через коммутатор 11 подключается вторая дальняя приемная катушка.

Таким образом, во втором цикле работы к выходу генератора 1 высокой частоты и к входам усилительно-преобразовательного блока 6 подключаются генераторная и ближняя и дальняя приемная катушки, магнитные моменты которых сдвинуты относительно магнитных моментов ранее подключенных катушек на угол ϕ= 180^o/k=180^o/4=45^o (фиг.3, 4), т.е. измерение УЭС производится в направлении, на 45^o сдвинутом относительно первоначального.

Процесс измерения УЭС горных пород осуществляется в этом случае так же как и в первом цикле работы устройства. Информация об УЭС горных пород выводится при этом на второй 9 выходной зажим устройства.

В третьем и четвертом циклах работы измерения УЭС горных пород производятся в направлениях, сдвинутых относительно начального на 90^o и 135^o соответственно, а информация об УЭС выводится на третий и четвертый выходные зажимы устройства.

Рассмотренные циклы работы периодически повторяются во времени с частотой 10-15 Гц (фиг.6 - 9).

Предлагаемое устройство позволяет выделять в разрезах скважин азимутально неоднородные среды (например, трещинные коллекторы), определять УЭС таких сред по различным направлениям через 180^o/k, одновременно давая информацию о распределении УЭС по глубине скважины.

Предлагаемое устройство обладает большей точностью измерения УЭС среды, так как содержит меньшее количество узлов, требующих идентичности их параметров и характеристик. При этом снижается трудоемкость изготовления и эксплуатации устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для электромагнитного каротажа скважин, состоящее из генератора высокой частоты, системы пространственно совмещенных генераторных катушек, размещенных на электроизоляционном стержне, систем ближних и дальних пространственно совмещенных приемных катушек, размещенных на электроизоляционном стержне, блока коммутации, усилительно-преобразовательного блока, блока разделения и обработки информации, первого и второго выходных зажимов, причем первый и второй выходы блока коммутации соединены с первым и вторым входами усилительно-преобразовательного блока, выход усилительно-преобразовательного блока подключен к входу блока разделения и обработки информации, первый выход блока разделения и обработки информации соединен с первым выходным зажимом устройства, а второй выход - со вторым выходным зажимом, отличающееся тем, что дополнительно введены коммутатор генераторных катушек, коммутатор приемных катушек и k-2 выходных зажима, а система генераторных катушек и системы ближних и дальних приемных катушек содержат по k генераторных, ближних приемных и дальних приемных катушек соответственно, причем в каждой из систем катушек магнитные моменты катушек сдвинуты относительно друг друга на угол, равный 180^o/k и лежат в плоскостях, перпендикулярных оси электроизоляционного стержня, а магнитные моменты генераторных, ближних и дальних приемных катушек, имеющих одинаковые номера - компланарны, выход генератора высокой частоты соединен с управляемым входом коммутатора генераторных катушек, первый - 2k-й управляемые выходы коммутатора генераторных катушек подключены к выводам первой - k-й генераторных катушек соответственно, первый - k-й управляющие входы коммутатора генераторных катушек подключены к третьему - (k+2)-му выводам блока коммутации соответственно, выводы первой - k-й катушек системы ближних приемных катушек соединены с первым - 2k-м управляемыми входами коммутатора приемных катушек соответственно, выводы первой k-ой катушек системы дальних приемных катушек соединены с (2k+1) - 4k-м управляемыми входами коммутатора приемных катушек соответственно, первый - k-й управляющие входы коммутатора приемных катушек подключены к третьему - (k+2)-му выходам блока коммутации, первый и второй управляемые выходы коммутатора приемных катушек соединены с третьим и четвертым входами усилительно-преобразовательного блока, выход которого подключен к входу блока разделения и обработки информации, а третий - k-й выход последнего соединены с третьим - k-м выходными зажимами соответственно.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что усилительно-преобразовательный блок состоит из входного ключа, избирательного усилителя, частотного смесителя, гетеродина, усилителя промежуточной частоты, узла автоматического регулирования усиления (АРУ), преобразователя амплитуда - код, причем первый и второй управляемые входы входного ключа являются третьим и четвертым входами усилительно-преобразовательного блока, а первый и второй управляемые входы входного ключа - первым и вторым входами усилительно-преобразовательного блока, управляемый выход входного ключа соединен с первым входом избирательного усилителя, выход избирательного усилителя подключен к первому входу частотного смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, а выход смесителя - с входом усилителя промежуточной частоты, первый выход усилителя промежуточной частоты подключен к первому входу преобразователя амплитуда - код, а второй - входу узла АРУ, выход которого соединен с вторым входом избирательного усилителя, второй и третий входы преобразователя амплитуда - код соединены с первым и вторым входами усилительно-преобразовательного блока, а выход является выходом усилительно-преобразовательного блока.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что усилительно-преобразовательный блок состоит из первого и второго избирательных усилителей, первого и второго частотных смесителей, гетеродина, первого и второго усилителей промежуточной частоты, преобразователя фаза - код, причем входы первого и второго избирательных усилителей являются третьим и четвертым входами усилительно-преобразовательного блока, выходы усилителей соединены с первыми входами частотных смесителей, вторые входы которых подключены к выходу гетеродина, выходы первого и второго частотных смесителей соединены с входами первого и второго усилителей промежуточной частоты, выходы которых подключены к первому и второму входам преобразователя фаза - код, третий и четвертый входы преобразователя фаза - код являются первым и вторым входами усилительно-преобразовательного блока, а его выход - выходом усилительно-преобразовательного блока.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в системе генераторных катушек и системах ближних и дальних приемных катушек генераторные и приемные катушки выполнены в виде рамок, плоскости витков которых лежат в плоскостях, проходящих через ось электроизоляционного стержня, или параллельны им и повернуты друг относительно друга на угол, равный 180^o/k, причем плоскости витков катушек, имеющих одинаковые номера - компланарны.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроизоляционный стержень выполнен в виде правильной 2k-гранной призмы, каждая из генераторных и приемных катушек выполнена в виде первой и второй одинаковых рамочных секций, располагающихся на противоположных гранях электроизоляционного стержня, таким образом, что плоскости витков первой и второй рамочных секций каждой из катушек совпадают с плоскостями этих граней или параллельны им, причем электрически первая и вторая секции каждой из генераторных, ближайших и дальних приемных катушек, соединены согласно последовательно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6