Устройство для магнитного каротажа скважин

 

Союз Соеетскик

Социалистическик

Реснублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

N АВТОРСКОМУ ИЛЬСТВУ

„,>855582 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 28,11,79 (21) 2862890/18-25 51)М. К. с присоединением заявки М?

G 01 V 3/28

Государственный коинтет

СССР по даи нарннй н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 150881, Ьоллетень ЙВ 30

Дата опубликования описания 15P 581 (И) УДХ 550.837:

:622.241(088.8) (54) устройство для млгнитного КАрОТККА

СКВАЖИН ний Q2).

Недостатками этого устройства яв25 ляются нелинейность преобразования индуктивности датчика в выходной сигнал - частоту, а также отсутствие отстройки от мешакщих факторов: влияие изменякщегося зазора и влияние злектропроводиости руд.

Устройство относится к магнитным измерениям в скважинах и может быть использовано для каротажа скважин на месторождениях руд черных металлов по магнитной проницаемости или восприимчивости.

Известно устройство для магнитного каротажа скважин, содержащее чувствительный элемент, каротажный кабель, измерительную и регистрирукщую схемы, в котором чувствительный элемент выполнен в виде катушки самоиндукции с железным сердечником, а измерительная схема выполнена в виде небалансного моста, в одно из индуктивных плеч которого включен чувствительный элемент. Этому устройству присуща простота структурной схемы и достаточно высокая чувствительность небалансного моста к изменению индуктивности датчика, величина которого определяется значением магнитной проницаемости руд вдоль стенки скважины 1 .

Недостатком устройства является отсутствие отстройки от мешакщих факторов, к которым относится влияние зазора, связанное с наличием неровностей стенок скважины, и влияние электропроводности руд.

Известно также устройство для различения горных пород, пересекаемых буровой скважиной, содержащее наземную часть, .основным элементом измерительной схемы которой является измерительный автогенератор с колебатльным контуром, катушка нндуктивности которого включена в цепь обратной связи автогенератора, и зонд, включающий параметрический индуктивный датчик, включенный в колебательный контур автогенератора. Прн движении зонда вдоль скважины изменяется индуктивность датчика в зависи15 мости от величины магнитной проницаемости руд, слагакщих стенки скважины, что приводит к изменению собственной резонансной частоты контура, включенного в цепь обратной связи автогене2О .ратора и соответственно этому к изменению частоты генерируемых колеба855587

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для магнитного каротажа скважин, содержащее скважинный зонд, состоящий иэ электромагнита и параметрического индуктивного датчика,и подключенный к его выходу через каротажный кабель наземный блок электроники,состоящий иэ стабилизированного блока питания, схемы управления элекромагI нитом зонда, измерительного низкочастотного (НЧ) автогенера тора, элементом колебательного контура которого служит параметрический индуктивный датчик зонда и регистратора. При движении датчика по поверхности скважийы в вертикальном направлении изменя- 15 ется его индуктивность, связанная с величиной магнитной проницаемости руд, расположенных вдоль скважины.

Вследствие этого изменяется величина эквивалентного сопротивления контура Щ автогенератора, и следовательно, амплитуда гармонического напряжения, которая фиксируется регистрирующим устройством. Достоинством такого устройства является его простая структурная схема и высокая чувствительность измерительного автогенератора с внутренней обратной связью (31.

Недостатками такого устройства являются влияние изменений зазора между датчиком и стенкой скважины иэ-за ее неровности, а также влияние электропроводности контролируемых руд, которое проявляется в уменьшении добротности датчика, включенного в контур автогенератора и соответст венно в уменьшении величины амплитудного сигнала.

Цель изобретения — увеличение точности измерений и расширение рабочего диапазона. 40

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для магнитного каротажа скважин, содержащее скважинный эонд, состоящий иэ электромагнита и параметрического индуктивного датчика и подключенный к его выходу через каротажный кабель наземный блок электроники, состоящий из стабилизированного блока питания, схемы управления электромагHHTOM зонда, измери- ® тельного низкочастотного (НЧ) автогенератора, элементом колебательного контура которого служит индуктивный параметрический датчик зонда, и ре гистратора, в блок электроники допол нительно введены высокочастотный

;(ВЧ) измерительный автогенератор,амплитудный и фазовый детекторы, два управляемых резистора, а в зонд дополнительно введены вихрЕтоковый параметрический датчик, пространственно Щ совмещенный с параметрическим датчиком НЧ-автогенератора, и дополнительная катушка индуктивности, причем вихретоковый датчик подключен к конденсатору колебательного контура

ВЧ-автогенератора и входу амплитудного детектора, выход которого подключен к управляющему электроду первого управляемого резистора, вкпюченного в нижнее плечо делителя напряжения цепи смешения нелинейного элемента НЧ-автогенератора, дополнительная катушка индуктивности подключена одним из концов к точке соединения конденсатора колебательного контура НЧ-автогенератора, второго управляемого резистора, регистратора и одного из входов фазового детектора, а другим концом — к параметрическому датчику НЧ-автогенератора и другому входу фазового детектора, выход которого подключен к управляющему электроду второго управляемого резистора.

Кроме того, в качестве нелинейных элементов автогенераторов использованы 1 -диоды.

На фиг. 1.показана схема устройства для магнитного каротажа скважин на фиг. 2 — экспериментальная нагрузочная характеристика устройства; на фиг. 3 — зависимость амплитуды генерируемых колебаний от величины отрицательного сопротивления % -диода.

Устройство содержит стабилизированный блок питания со схемой управления электромагнитом, зонда 1, состоящий из схем 2 н 3 повышения напряжения питания, стабилизатора напряжения на резисторе 4 и стабилитроне 5, неоновой лампы б, кнопок 7 и 8, резисторов 9 — 11 и конденсатора 12 развязки; ВЧ-автогенератор, состоящий из h -диода. 13, цепи его смешения на разисторах 14 и 15, конденсатора 16 колебательного контура и вихретокового параметрического датчика 17,расположенного в скважинном зонде 18. В зонде 18 расположены также электромагнит 19 зонда и индуктивный параметрический датчик 20 НЧ-автогенератора. Выходное напряжение ВЧ-генератора поступает на вход амплитудного детектора 21, выход которого соединен с управляющим входом первого управляемого резистора 22, собранном на полевом транзисторе 23 и резисторах 24 и 25. НЧ-автогенератор состоит из h -диода 26, цепь смешения ко" торого состоит из резистора 27 и первого управляемого резистора 22, конденсатора 28 колебательного контура, дополнительной катушки 29 индуктивности и индуктивного параметрического датчика 20. На колебательный контур НЧ-автогенератора подается постоянное напряжение с второго управляемого резистора 30, собранного на полевом транзисторе 31 и резисторах

32 и 33. Выходное напряжение ВЧ-автогенератора подается на вход регистратора 34 и один из входов фазового детектора 35, другой вход которого соединен с общей точкой последовательно соединенных дополнительной ка. 855587 тушки 29 индуктивности и индуктивного параметрического датчика 20. Выход фазового детектора 35 соединен с управляющим электродом второго управляемого резистора 30.

Устройство работает следующим об5 разом.

При движении скважинного снаряда вдоль скважины величина индуктивности датчика 20 НЧ-автогенератора меняется из-эа влияния магнитной проницаемости руд, окружающих стенки скваt0 жины. Преобразованйе магнитной проницаемости в величину внесенной индуктивности с погрешностью, не превыШакщей 1-2%, можно считать линейным.

Вихретоковый датчик 17 ВЧ-автогенера- 15 тора, пространственно совмещенный с датчиком 20, работающий на частоте

ВЧ-диапазона, характеризуется тем,что .в процессе измерений. изменяется как его реактивное, так и активное сопротив- 20 ление. При этом рабочая частота ВЧ-автогенератора выбирается такой, чтобы увеличение индуктивности датчика 20 за счет магнитных свойств руд в значительной мере компенсировалось уменьшением индуктивности за счет влияния электропроводностн. В то же время внесенное активное сопротивление вследствие малой глубины скинслоя определяется, в основном, величиной зазора между датчиком и стенкой скважины. Нагрузочная характеристика измерительного автогенератора на А -диоде 13, т.е. зависимость амплитуды напряжения от величины эквивалентного сопротивления контура в достаточно широком диапазоне значений эквивалентного сопротивления, определяется логарифмической зависимостью.

Экспериментально полученная нагрузочная характеристика представлена на 40 фиг. 2. Амплитуда напряжения ВЧ-измерительного автогенератора зависит от начальной добротности контура, состоящего из конденсатора 16 и вихретокового датчика 17 и внесенного сопро- 45 тивления среды, зависящего от величины зазора между вихретоковым датчиком 17 и стенкой скважины.

Продетектированное амплитудным детектором 21 напряжение ВЧ.автогене- gp ратора поступает на вход первого управляемого резистора 22 и линейно изменяет его выходную величину, изменяя напряжение смешения -диода 26

НЧ-автогенератора.

Зависимость амплитуды генерируемых колебаний НЧ-автогенератора от величины отрицательного сопротивления р-диода приведена на фиг. 3. В области, соответствующей недонапряженному режиму работы автогенератора 60 (восходящий участок характеристики), зависимость имеет линейный характер, а также линейно зависит от величины зазора между датчиком 20, пространст венно совмещенным с вихретоковым дат-чиком 17,и стенкой скважины. Таким образом, амплитуда напряжения, генерируемая НЧ-автогенератором, линейно увеличивается.

B то же время . при движении зонда вдоль скважины, при увеличении зазора индуктивность датчика 20 НЧ-автогенератора уменьшается. Это линейно уменьшает величину эквивалентного сопротивления контура НЧ-автогенератора и по логарифмической эависимости амплитуду НЧ-колебаний.

Таким образом, увеличение зазора между датчиками 17 и 20 и стенкой скважины вызывает противоположное действие, что позволяет при таком выполнении устройства обеспечить независимость величины амплитуды колебаний измерительного НЧ-автогенератора от величины зазора, Коэффициент передачи индуктивного делителя напряжения, состоящего иэ индуктивного датчика 20 и дополнительной катушки 29 индуктивности за- . висит от внесенной в параметры индуктивного датчика 20 индуктивности, зависящей от величин электропроводности и магнитной проницаемости руд. При этом для слабомагнитных руд наблюдается линейная зависимость величины фазового сдвига напряжения, снимаемого с дополнительной катушки

29 индуктивности с помощью фазового детектора 35 от электропроводности

РудыВыходное напряжение фазового детектора 35, пропорциональное фазовому сдвигу, управляет величиной второго управляемого резистора 30, подключенного к зажимам конденсатора 28 контура НЧ-автогенератора.

Таким образом, если из-за влияния электропроводности руд увеличивается величина внесенного активного сопро- тивления для датчика 20, уменьшается эквивалентное сопротивление и добротность контура НЧ-автогенератора. Одновременно с этим увеличивается по модулю фазовый сдвиг на входе фазового детектора 35. Это приводит к увеличению выходного напряжения фазового детектора 35, и следовательно, к увеличению величины сопротивления управляемого резистора 30, шунтирукщего контур. Добротность и эквивалентное сопротивление контура при этом повьпааются, влияние электропроводности скомпенсировано.

Таким образом, обеспечивается повыаение точности измерения при магнитном каротаже скважин. Это приводит к увеличению точности определения содержания магнитной фракции железа вдоль скважины и соответственно этому к снижению потерь при технологической переработке железорудного сырья.

855587

Формула изобретения

1. Устройство для магнитного каротажа скважин, содержащее скважинный зонд, состоящий из электромагнита и параметрического индуктивного датчика, и подключенный к его выходу через каротажный кабель наземный блок электроники, состоящий из стабилизированного блока питания со схемой управления электромагнитом зонда,измерительного низкочастотного (НЧ) автогенератора, элементом колебательного контура которого служит параметрический индуктивный датчик зонда,,и регистратора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью увеличения точности измерений, в блок электроники дополнительно введены высокочас- тотный (ВЧ) измерительный автогенератор, амплитудный .и фазовый детекторы, два управляемых резистора, а в зонд дополнительно введены вихретоковый параметрический датчик, пространственно совмещенный с параметрическим датчиком НЧ-автогенератора, и дополнительная катушка индуктивности, причем вихретоковый датчик подключен к конденсатору колебательного контура ВЧ-автогенератора и входу амплитудного детектора, выход котороro подключен к управляккцему электроду первого управляемого резистора, включенного в нижнее плечо делителя напряжения цейи смешения нелинейного I элемента НЧ-автогенератора, дополнительная катушка индуктивности подключена одним из концов к точке соединения конденсатора колебательного кон- тура НЧ-автогенератора, второго управляемого резистора, регистратора и одного из входов фазового детектора, а другим концом — к параметрическому датчику НЧ-автогенератора и другому входу фазового детектора, выход которого подключен к управляющему электроду второго управляемого резистора.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона, в качестве нелинейных элементов автогенераторов использованы -диоды.

20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 310213, кл. 6 01 V 3/18, 1970 °

2. Патент США 9 2018080, 25 кл. 324-6, опублик. 1935.

3. Арш Э.И. Автогенераторные методы и средства измерений. М., "Машиностроение", 1979, с. 155-157 (прототип) .

8555S7 и® и(в) РО

4 б

РиЗ

Составитель В. Майоршин

Редактор Л. Повхан Техред Ж. Кастелевич Корректор В. Синндкак

Закаэ 6901/65 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытиЯ

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

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