Патент ссср 264558

 

О П И С А Н И Е 264558

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтскик

Социвлистическиа

Ресоублич

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Кл. 2lg, 30/02

Заявлено 08.VI1.1968 (№ 1253282/26-25) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 03.111,1970. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 20Х11.1970

Комитет оо аслам иаойретеиий и открытий ори Совете Министров

СССР

МПК 6 Olv

УДК 550.834:622.241 (088.8) Авторы изобретения

Б. И. Приворотский и 1О. P. Куличук

Опытное конструкторское бюро геофизического приб т

Р@Р!МУРИЧк С у Я

Заявитель

q °

СПОСОБ КОНТРОЛЯ АППАРАТУРЫ ИНДУКЦИОННОГО

КАРОТАЖА

Скважинная часть аппаратуры индукционного каротажа представляет собой относительно сложное радиоэлектронное устройство, состоящее из генератора, усилителя, фазочувствительного дефектора, фазовращателя, слу>кащего для совмещения фаз опорного напря>кения и активной компоненты сигнала на входе фазочувствительного детектора, телеметрической схемы, обеспечиваюгцей передачу информации на поверхность, и вспомогательных устройсгв, Так как в процессе работы скважинной аппаратуры происходит в широком диапазоне изменение температуры окру>кающей среды (от 0 до 200 С), плавно меняются также параметры элементов схемы, что при отсутствии специальных мер, обеспечивающих стабильность параметров, может привести к существенному изменению фазовой настройки и чувствительности измерительной системы. Поскольку настройка и эталонировка аппаратуры производятся на поверхности в условиях, отличных от тех, которые имеют место в сква>кине, подлежащая измерению величина регистрируется с той или иной погрешностью.

Для контроля стабильности существующей аппаратуры индукционного каротажа обычно применяется стандрат-сигнал, представляющий собой напряжение, поступающее от задающего генератора в измерительную цепь, Так как фаза этого напряжения не совпадает с фазой полезного сигнала (фаза последнего изменяегся с изменением величины сигнала), такой способ непригоден для калибровки аппаратуры с фазочувствительным детектором, Предлагаемый способ дает возможность определить поправки, позволяющие устранить ошибки, вызванные нестабильностью аппаратуры. Величины, необходимые для расчета по10 правок, определяют в процессе телеизмерений без подьема скважинного прибора на поверхность.

На фиг. 1 изображена векторная диаграмма сигнала индукционного каротажа; на

15 фиг. 2 — векторная диаграмма сигнала индукционного каротажа, опорного напряжения и стандартного сигнала с двумя его составляющими для двух случаев фазовой настройки измерительного канала.

В аппаратуре индукционного каротажа используется зонд, состоящий из системы катушек, две из которых (приемная и задающая), называемые главными, определяют основную

25 долю полезного сигнала. При расположении двухкатушечно 0 зонда в непроводящей среде (воздухе) переменчое магнитное поле, создаваемое током генератора, наводит в приемной катушке э.д.с. (Ео), называемую э.д.с. первич30 ного поля, 264558 где f — циклическая частота тока генератора; 5

1 — ток задающей катушки;

$ и 52 — сечение витков соответственно задающей и приемной катушек; и, и np — число витков задающей и приемной катушек; 10

L, — длина зонда (расстояние между центрами катушек); сс —;;агнитная проницаемость среды, Фаза э.д.с. Е> сдвинута по отношению к фа- 15 зе тока Ip на 90 (реактивная э.д,с.).

Э.д.с. двухкатушечного зонда в среде с удельной электропроводностью у состоит из активной составляющей, сдвинутой по фазе на 90 относительно Ео, и реактивной состав- 20 ляющей, находящейся в противофазе или фазе с Еюя, /2 (4) S = KU = КЛЕО

Измерив величину стандарт-сигнала при (Sp) H P cKB3>t

So

IC

S, З0

Обычно регистрируется активная компонен та сигнала, так как при малом параметре р она превышает реактивную и пропорциональна удельной электропроводности среды. 35

В двухкатушечном зонде, помимо активной компоненты, в измерительной цепи присутствует реактивная э.д.с., близкая к величине Е„ которая во много раз превышает полезный сигнал. Поэтому на практике применяются 40 зонды, в которых пе менее трех катушек. Дополнительные катушки, помимо функции фокусировки, служат для компенсации реактивной э.д.с. первичного поля. Когда такой зонд . находится в воздухе, э.д.с. в измерительной 45 цени близка к нулю. При внесении многокатушечного зонда ь проводящую среду в измерительной цепи возникает сигнал Е, несколько меньший, чем сигнал Е двухкатушечного зонда, так как фокусирующие катушки включены 50 таким образом, что сигнал от них вычитается из сигнала от главных катушек. Однако, как и прежде можно считать, что полезный сигнал пропорционален э.д.с. первичного поля. Это свойство Ер дает возможность использовать 55 ее в качестве стандарт-сигнала при калибровк» аппаратуры индукционного каротажа и определять изменение чувствительности этой аппаратуры по изменению гоказапий от такого стандарт-сигнала. 60

Поскольку в индукпионном каротаже измеряются векторные величины, необходимо оценивать влияние дестабилизирующих факторов на комплексный коэффициент передачи системы. 11ри этом следует отдельно учитывать 65 (6) «F» — Е соэ (а — q>). где (р) и ft (р) — функции параметра влияние нестабильности, вызываемой изменением модуля коэффициента передачи, и нестабильности, вызываемой фазовой расстройкой системы. Обозначим соответствующие поправочные коэффициенты е„и е„-. Для осуществления предлагаемого способа в измерительную цепь зонда вводят стандар -сигнал, представляющий собой часть э.д.с. (Ep) первичного поля и поэтому пропорциональный измеряемому сигналу.

Пусть величина стандарт-сигнала на входе усилителя равна модуль коэффициента передачи от входа усилителя к выходу телеметрической схемы ооозпачим через К. Тогда величина стандрат-сигнала на выходе системы при условии настройки фазочувствительного детектора на реактивный сигнал равна

Указанный стандрат-сигнал имеет фазовый сдвиг по отношению к активной компоненте измеряемого сигнала, равный 90, поэтому введение такого стандарт-сигнала позволяет определить фазовую расстройку системы.

Стандарт-сигнал такого рода очень yдобен для подбора фазы при настройке аппаратуры.

Критерием правильной настройки является неизменность показаний аппаратуры при включении стандарт-сигнала.

Угол сс между вектором сигнала Е и его активной компонентой Е„„зависит от электропроводности среды. При настройке измерительной системы па поверхности подбирается такой сдвиг фаз (ф,) фазовращатсля, при котором обеспечивается совпадение фаз опорного напряжения (Г,„) и активной составляющей сигнала (Е„,) па входе фазочувствительного детектора.

С изменением температуры происходит из менение фазовых сдвигов в цепях усилителя и опорного напряжения, что приводит к появлению фазового сдвига ср между L op и Eapr.

При этом предполагается обеспечение неизменности начального фазового сдвига фазовращателя i) p. В результате рсгистрируется не Е,„„а величина, равная

Появление фазового сдвига у при наличии сдвига фазы а вносит большие погрешности в измерения, особенно в том случае, когда фазовые сдвиги ср и m противоположны по знаку.

264558 (14) а (Nз — bN1)

tg-. =

Л 4 6 4з (18) 60 — К 1Ео— а соя кГ (19) 65

Определив вели наны углог, (p и (L, можно найти поправочный коэффициент е

Еакт Е соя о (7

Е,. Е cos (з — ) Подставляя формулу косинуса разности углов, получим:

K* (8)

cos т -1- tg ii stn а

Для получения стандарт-сигнала должно быть нарушено состояние компенсации э.д.с. первичного поля. Это дости1ястся путем изменения магнитного момента одной из катушек зонда, например путем переключения числа витков приемной катушки зонда с помощью коммутирую1цего устройства, вводимого B этом случае в состав аппаратуры

Чтобы зарегистрировать стандарт-сигнал, имеющий реактивный характер, необходимо сдвинуть (разу опорного напряжения на 90 .

ЭIQ мо>кет быть достигнуто переключением элементов фазовращателя с помощью коммутирующего устройства. Две независимые цепи коммутации, каждая из которых имеет двя положения, определяют четыре состояния измерительной системы:

1) стандарт-сигнал отсутствует, фазовращатель обеспечивает первоначальный фазовый сдвиг, равный 11>, (рабочее положение);

2) стандарт-сигнал отсутствует., фазовый сдвиг фазоврашателя равен 1ь + 90, 3) BBBjeB стандарт-cHI H»a, фазовый фазовращател» равен фз, 4) введен стандарт-сигнал., фазовый сдвиг фазовращател» равен ф, + 90 .

Вышеуказанные четыре состояния измерительной системы соответствуют четырем измерени»м, с помощью которых определяются величины, необходимые для вычисления попра BO 1НЫХ КОЭффИЦИЕНТОВ ск И с 1 .

Два случая фазовой настройки канала соответсты ют услови»м, когда между векторами поп И Еакт ИМСЕIСЯ фЯЗОВЫИ СДВИГ (P ИЛИ (р + 90 . На ф11г. 2 показано также положение векторов У,„и E„„r.i>è сдвиге фазы между ними (p = 0 (при настройке ня поьерхности1.

Можно составить следующие уравнения регисчрируемых сип-:алов для четырех вышеуказанных состояний нзмеригельной системы.

1. Сигнал на выходе равен (фиг. 2) л 1 —— — АВ К = Ке соз (o. — rp) .

При сдвиге фазы на 90 происходит некоторое изменение амплитуды опорного напряжения, в результате чего изменяется модуль коэффициента передачи фазочувствительного детектора, а следователы1о, и всей системы. Обозначим новый коэффициент передачи через К .

К,--аК, (10) где а — коэффициент изменсни» чувствитель. ности за счет сдвига фазы фязовращателя ,Iа 90 .

11. Сигнал на выходе равен

Ng = АС К1 — — аКЕ sin (c! — (p). (11) Поскольку включение стандарт-сигнала сопро во>кдасчся уменьшением числа витков приемной кату III(I<, полезный сигнал Е на входе уси,чителя прн включении стандарт-сигнала уменьшается

III. Обозначим через b коэффициент сниже10 ния чувствительности зонда за счет изменения момента приемной катушки при включении стандарт-сигнала. Тогда сигнал на выходе канала равен

Л з —— К1> 48 + DE = К!> cos (n. — (p) +

15 + КАЕо sin

Л „,=а 6 К АС+аК DF

= а 1> КЕ sin (c. — сР) + аКЛЕосоз y =

=- bN; -+ а К. ЛЕо cos(p. (13) Коэффициенты .а и b могут быть определены опытным путем. Коэффициент а может быть определен путем измерений N, и У2 д.пя сиг25 нала от эталона (теста), фазовый угол а которого заранее известен, при сдвиге фазы (p = О. Деля NI íà Ns, получим

N aKE sIn (n — q) а tg, Л т КЕ cos (а — в)

30 № откуда

Q:

N,. tg

Другой способ определения коэффициента а заключается в непосредственном измерении

З5 относитечьпого изменения величины опорного напряжения и модуля коэффициента передачи фазочувствительного детектора при сдвиге фазы llя 90". В частном случае, когда изменение выходного напряжения фязовращател»

40 при сдвиге фазы на 90 пренебрежимо мало, коэффициент а = 1.

Коэффициент b определяется из выражения (12) путем измерения Л1з при (p = 0:

Ns — — b "I!I + КЛЕо $1П<Г=ЬМ1, 45 " з отк) ДH з (15)

N, I ç уравнений (9), (1! ), (12) и (13) можно определить амглитуду стандарт-сигнала SI =

= КЛЕо, я также угл1-.1 а и (p — величины, необходимые для вычисления поправочных коэффициентов е и е:; .

Из выражений (12) и (13) находим:

К -з 1п (p Л 3 (>Л 1, (1G)

55 и К Л Ео сов (p == Л1 — b A .. (17)

Деля уравнение (16) на уравнение (17), получим

Из уравнения (13) находим

264558

N2 аК Е $!п (2 — 7)

a tg(Z — l:), Nl КЕ cos (— ) №

tg (а — I(1 = аЖ, (20) откуда (20) по формуле танполучим: №

aN„

Преобразуя уравнение генса разности углов, tg — tg

1+ tga tgq (21) 11з уравнения (11) находим: №

aN

aN, №

1— аЛг, (22) а (23) !

Ьп

Составизель Ю. И. Сериков

Техред Л. Я. Левина Корректор С. М. Сигал

Редактор Громова

Заказ 1930/19 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва Ж-З5, Раугискап llàá, Ь Юб

Типографии, Ilp. Сап) иова, 2

Деля уравнение (11) на уравнение (9), получим

Стандарт-сигнал на поверхйоли 5а определяется путем измерения !V; при расположении индукционного зонда в непроводящей среде (воздухе). При этом ср = О, Е = 0 и

Таким образом, найдены все величины (St, сс, п и Ss), необходимые для определения поправочных коэффициентов в, и в

Введение поправочных коэффициентов в результаты измерений индукционного каротажа (л1,) позволяет исключить погрешности,;вызванные изменением чувствительности и фазоIlîé настройки измерительной системы.

Предмет изобретения

Способ контроля аппаратуры индукционного каротажа, заключающийся в подаче на вход измерительного канала калибровочного переменного напряжения и регистрации конт15 рольных показаний в виде измерительного сигнала и суммы измеричельного и калибровочного сигналов, отличагои(ийся тем, что, с целью повышения точности учета изменений передаточной характеристики измерительного

20 канала в процессе каротажа, калибровочное напряжение подают в виде части э.д.с. первичного поля индукционного зонда, регистрируют контрольные показания аппаратуры при двух фазовых настройках измерительного ка25 нала, отличающихся на 90, и по полученным контрольным показаниям рассчитывают амплитудный и фазовый коэффициенты передачи измерительного канала.