Скважинное устройство для измерения электропроводности и магнитной восприимчивости горных пород

Авторы патента:

G01V3/28 - с использованием катушек индуктивности

Владельцы патента RU 2758580:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геофизики им. Ю.П. Булашевича Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин при разведке месторождений на действующих горнорудных предприятиях, измеряя магнитную восприимчивость и электропроводность исследуемого массива. Сущность: устройство содержит вторую генераторную катушку и вторую приемную катушку, намотанные соответственно поверх первой генераторной и первой приемной катушек, два полосовых усилителя, первый и второй формирователи разнополярного тока, два переменных резистора, третий и четвертый фазовращатели. Напряжения сигналов с резисторов через третий и четвертый фазовращатель подаются на входы первой и второй приемных катушек, выходы которых подключены к входам первого и второго полосовых усилителей. Выходы формирователей разнополярного тока подключены к первой и второй генераторным катушкам, а их входы через аналоговые ключи подключены к соответствующим выходам генератора. Блок управления поочередно подключает входы формирователей разнополярного тока к сигналам задающего генератора 300 Гц и 30 кГц, а также осуществляет управление входами и работой АЦП. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к геофизике и предназначено для измерения физических параметров горных пород, таких как электропроводность и магнитная восприимчивость. Предназначение данного устройства несколько отличается от общепринятого, в котором производится поиск аномальных значений электропроводности или магнитной восприимчивости. В данном случае производится поиск объектов на действующих горнорудных предприятиях, не обладающих ни электропроводностью, ни магнитными свойствами в отличие от вмещающих пород. Это характерно при поиске бериллов и изумрудов.

- Известно устройство для измерения магнитной восприимчивости и электропроводности горных пород [1]. Это устройство используется на железорудных месторождениях и не обладает требуемой чувствительностью.

- Известно устройство для измерения магнитной восприимчивости горных пород [2]. Данное устройство не предназначено для измерения электропроводности горных пород.

Наиболее близким техническим решением является устройство [3], содержащее два фазовращателя, два фазочувствительных детектора, зонд.

К недостаткам устройства следует отнести то, что для проведения всего комплекса измерений используется два скважинных прибора и, следовательно, две спускоподъемных операции. Кроме того, применение трехжильного кабеля не улучшает технические характеристики устройства.

Скважинное устройство для измерения электропроводности и магнитной восприимчивости горных пород, содержащее первую генераторную катушку, намотанную на ферритовом сердечнике, первую приемную катушку, намотанную на ферритовом сердечнике и расположенную на заданном расстоянии от генераторной катушки, задающий генератор, два фазочувствительных детектора, первый и второй фазовращатели, отличающееся тем, что в него дополнительно введены вторая генераторная и вторая приемная катушка, намотанные соответственно поверх первой генераторной и первой приемной катушек, два полосовых усилителя, первый и второй формирователи разнополярного тока, два переменных резистора, третий и четвертый фазовращатели, блок управления, управляющий первым, вторым, третьим и четвертым аналоговыми ключами, причем переменные резисторы последовательно соединены с генераторными катушками, а напряжения, снимаемые с переменных резисторов, через третий и четвертый фазовращатели подаются на входы первой и второй приемных катушек в противофазе, компенсируя первичное поле от генераторных катушек, выходы приемных катушек подключены к входам первого и второго полосовых усилителей, выходы которых соединены со входами первого и второго фазовращателей, их выходы соединены со входами первого и второго фазочувствительных детекторов, выходы которых через первый и второй аналоговые ключи соединены со входом фильтра низких частот и далее со входом аналого-цифрового преобразователя, на входы третьего и четвертого ключей и первого и второго фазочувствительных детекторов подаются напряжения частотой соответственно 300 Гц и 30 кГц с задающего генератора, выходы третьего и четвертого ключей подключены к входам первого и второго формирователей разнополярного тока, выходы которых подключены к входам первой и второй генераторных катушек.

На фиг. 1 изображена конструкция измерительных датчиков, а на фиг. 2 функциональная схема устройства.

1, 2 - первая и вторая генераторные катушки

3, 4 - первая и вторая приемные катушки

5, 6- переменные резисторы

7, 8 - третий и четвертый фазовращатели

9, 10 - первый и второй полосовые усилители

11 - первый фазовращатель

12 - первый фазочувствительный выпрямитель

13 - второй фазовращатель

14 - второй фазочувствительный выпрямитель

15 - первый и второй аналоговые ключи

16 - фильтр нижних частот

17 - блок управления

18 - первый формирователь разнополярного тока

19 - второй формирователь разнополярного тока

20 -третий и четвертый аналоговые ключи

21 - сигналы на вход АЦП

22 - сигнал от задающего генератора частотой 300 Гц

23 - сигнал от задающего генератора частотой 30-10 Гц

24 - сигнал синхронизации работы АЦП, блока передачи с блоком управления 17

Генераторные катушки 1, 2 намотаны на ферритовом сердечнике одна поверх другой. Приемные катушки 3, 4 также намотаны на ферритовом сердечнике, на заданном расстоянии от генераторных катушек 1,2. Переменные резисторы 5, 6 включены последовательно с намагничивающими катушками, а напряжение, снимаемое с них, через фазовращатели 7, 8 подается на приемные катушки, в противофазе компенсируя первичное поле от генераторных катушек. Скомпенсированное напряжение передается на входы полосовых усилителей 9, 10 и далее подается через фазовращатели 11, 13 на входы фазочувствительных детекторов 12, 14, выходные напряжения которых через два аналоговых ключа 15 поступают на вход фильтра нижних частот 16 и далее на вход аналого-цифрового преобразователя 21. Блок управления 17 поочередно подает сигналы на третий или четвертый ключи 20. При этом на выходах формирователей разнополярного тока 18, 19 поочередно появляются сигналы 300 Гц или 30 кГц, которые подаются на первую генераторную катушку 1 и вторую генераторную катушку 2. Кроме того блок управления 17 синхронно с управлением ключами 20 осуществляет управление аналоговыми ключами 15.

На входы ключей 20 подаются напряжения с задающего генератора. На вход 22 частота 300 Гц, на вход 23 частота 30 кГц. Блок управления 17 переключает ключи 15, через 40⋅10-3 с, что позволяет проводить измерения магнитной восприимчивости и электропроводности практически одновременно с приемлемой скоростью движения скважинного прибора при каротаже. Синхронизация работы аналого-цифрового преобразователя, установленного в блоке передачи, осуществляется путем подачи соответствующих сигналов с выхода блока 17. При отсутствии магнитных и электропроводящих объектов напряжения на выходах фазочувствительных детекторах и, соответственно, на выходе блока 16 будут равны нулю. Передача выходных сигналов АЦП на поверхность осуществляется известными методами по одножильному кабелю. По этому же кабелю подается напряжение питания скважинного прибора. Что касается количества витков генераторных и приемных катушек то в научной литературе очень мало сведений на эту тему. Наиболее полно об этом можно посмотреть в [3] списке заявки. Количество витков зависит от многих факторов это магнитная проницаемость сердечника, его и в целом катушки геометрические размеры, которые в свою очередь определяются диаметром скважинного прибора и диаметром исследуемой скважины. Это все решается автором конструкции прибора.

Действительно при подаче напряжения, как первую, так и на вторую генераторные катушки образуются сигналы на первой и второй приемных катушках. В каждом канале стоят полосовые усилители, что позволяет отличить сигнал 300 Гц от 30 кГц. Кроме того используется синхронное выпрямление позволяющее полностью исключить взаимное влияние каналов измерения магнитной восприимчивости и электропроводности среды.

Источники, используемые при составлении заявки.

1. Пономарев В.Н., Нехорошков В.Л., Астраханцев Ю.Г. и др. Устройство для измерения магнитной восприимчивости и электрической проводимости, а.с. №401944 А1. (СССР) 10.03.1973.

2. В.Н. Пономарев, Ю.Г. Астраханцев. Зонд для измерения магнитной восприимчивости горных пород, а.с. №1289214 (СССР).

3. А.К. Сараев, Ю.Ф. Бертяев, Н.Л. Попов, А.О. Терехов. Методические указания по применению электромагнитного каротажа с аппаратурой ЭМК - 2. СПб; ВИРГ - Рудгеофизика, 1993, 120 с.

Изобретение относится к скважинным каротажным измерениям, в частности к скважинным электромагнитным каротажным инструментам. Сущность: скважинный электромагнитный каротажный инструмент содержит две или более групп антенн, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль продольной оси каротажного инструмента.

Способ геонавигации горизонтальных и наклонно-направленных скважин в пластах малой мощности // 2737476

Изобретение относится к геофизическим исследованиям геологоразведочных скважин на переменном токе в процессе бурения и может быть использовано для геонавигации горизонтальных и наклонно-направленных скважин в пластах коллекторов. Технический результат: повышение точности геонавигации в пластах коллекторов малой мощности.

Мягкие магнитные полосы для наклонных рамочных антенн // 2693520

Использование: для измерения электрического удельного сопротивления геологических формаций. Сущность изобретения заключается в том, что антенный блок содержит шпиндель инструмента, имеющий ось инструмента, и катушку, содержащую множество витков, намотанных вокруг шпинделя инструмента под углом обмотки, отклоненным от оси инструмента.

Способ определения расстояния до границы сред с различными удельными электрическими сопротивлениями для геонавигации ствола горизонтальных скважин // 2673823

Предлагаемое изобретение относится к области геофизических исследований направленных скважин в процессе бурения и может быть использовано при проводке стволов скважин вдоль пластов, продуктивных на углеводороды. Область преимущественного применения - бурение горизонтальных геологоразведочных скважин.

Способ импульсного индукционного каротажа из обсаженных скважин // 2668650

Изобретение относится к каротажу геологоразведочных обсаженных скважин и может быть использовано для определения сопротивления вмещающих пород в заколонном пространстве скважин. Технический результат: повышение точности определения сопротивления среды в заколонном пространстве обсаженных скважин при геофизических исследованиях.

Поверхностная калибровка прибора скважинного каротажа сопротивления // 2667333

Изобретение относится к поверхностной калибровке каротажного прибора. Сущность: размещают излучатель типа петля и приемника с рамочной антенной вдоль каротажного прибора в некотором местоположении на поверхности, причем излучатель типа петля отделен от приемника с рамочной антенной.

Металлообнаружитель многозонный // 2643672

Изобретение относится к устройствам обнаружения объектов из металла, проносимых проверяемыми лицами через контрольное пространство. Технический результат заключается в расширении технических возможностей многозонного металлообнаружителя при обнаружении объектов из металла в контрольном пространстве.

Выявление нетрадиционных пластов // 2627947

Изобретение относится к электромагнитному каротажу в процессе бурения. Сущность: получают измерения сигнала, собранные азимутально-чувствительным электромагнитным каротажным инструментом, как функцию местоположения в скважине.

Устройство и способ (варианты) геологического сопровождения бурения скважин // 2627003

Изобретение относится к области добычи нефти и газа. Способ бурения скважины, в котором: осуществляют сбор сигналов, генерируемых в результате работы зонда в скважине; осуществляют обработку собранных сигналов в процессорном модуле; генерируют геофизический сигнал, содержащий представление для определения разности между связной составляющей XX и связной составляющей YY; и управляют операцией, связанной с бурением, в соответствии с этим геофизическим сигналом.

Способ и устройство для оптимизации глубинных измерений удельного сопротивления с использованием многокомпонентных антенн // 2617877

Изобретения относятся к измерениям удельного сопротивления с использованием многокомпонентных антенн при бурении скважин. Сущность: способ может включать в себя получение одного или нескольких первых многокомпонентных измерений со скважинного прибора, расположенного в буровой скважине.

Устройство для измерения магнитной восприимчивости и электропроводности горных пород в скважинах // 2762821

Область применения: изобретение используется в геофизике и предназначено для измерения магнитной восприимчивости и электропроводности горных пород при геофизических исследованиях в скважинах. Устройство содержит феррозонд, измерительную схему магнитометра, намагничивающую и компенсирующую катушки и другие блоки. Отличается тем, что в него дополнительно введены вторая намагничивающаяся катушка и вторая компенсирующая, намотанные, соответственно, поверх первых намагничивающейся и компенсирующей катушек, второй формирователь разнополярного тока, два аналоговых ключа, делитель частоты, полосовой фильтр, фазовращатель подключены к выходу измерительной схемы магнитометра, при этом вторые намагничивающая и компенсирующая катушки соединены последовательно и подключены к выходу второго формирователя разнополярного тока, вход которого в свою очередь через один из налоговых ключей подключен к делителю частоты, а первый формирователь разнополярного тока через другой аналоговый ключ подключен к другому выходу делителя частоты. Техническим результатом при реализации заявленного решения выступает повышение эффективности измерения электропроводности горных пород. 2 ил.