Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 260980 (21) 3213634/18-25 tS1} M. Kn.3

G 01 V 3/10 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

ССС P но делам изобретений и открытий (23) Приоритет .

Опубликовано 151082. Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описания 151082 (53} УДК 550. 837. (088.8) ВСЕСОЮЗНАЯ (72) Авторы изобретения

A.Ê.ÇàõàðêèH, С.A.Ïèíòóñîâ и В.Н.Шатохин

1 1hTEHTBI<1 технвжим

Сибирское особое конструкторское бюро Научнд- МИБАИОТЕКЛ производственного объединения "Нефтегеофизика""(71) Заявитель (54) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРЛЗВЕДКИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ EI Î ОСУ .(ЕСТВЛЕКИЯ

Изобретение относится к геоэлектроразведке по,методу переходных процессов (MIIII) и методу зондирования становлением поля в ближней зоне

ЗСБ).

Известен способ наземной геоэлектроразведки, предусматривающий регистрацию неустановившегося электромаг-: нитного поля в ближней к источнику зоне в диапазоне времен от м и 4й- 0 5м1и "и 1и дои„сат41" 10 мпх кзх где S и Н„„„- наименьшие зйачети1и ния проводимости и мощности горных пород, начиная с которых требуется по лучить геологическую информацию об изучаемом разрезе (1).

Известен также способ скважинной геоэлектроразведки, в котором с целью повышения глубинности исследований, регистрация переходного про- цесса производится в течение времени, меньшего О, 01,0 S H, где,И вЂ” магйитная проницаемость среды, S и Н продольная проводимость и мощность слоя среды между поверхностью среды и уровнем приемника j2).

При реализации способа наземной геоэлектроразведки применяются электроразведочные станции типов ЦЭС-П (в качестве регистрирующей) и ЭРС-67 (в качестве генераторной)Г3 1, а в скважинной геоэлектроразведке применяется аппаратура ИППУ-2. (4).

В обоих способах за начало отсче,та времени регистрации привимается момент выключония тока в источнике поля — генераторной петле или заземленной линии. При этом предполагается, что выключение тока происходит мгновенно, т. е. длительность среза тока t пренебрежимо мала rio сравнеС нию с временами регистрации.

В известных же устройствах, реализующих опиеанные способы, выключе-. ние тока происходит за конечное время, сравнимое с временами регистрации, что приводит к возникновению систематических ошибок измерения.

При нефтепоисковых работах требу; ется изучать разрез,, начиная с первых сотен. метров, например, для типичных геоэлектрических условий

Восточной Сибири (продольное сопротивление 98 = 50-100 Ом м) при глубине Н . = 200 м, начальное время сии измерения крайне мало по способу (1) и составляет t <с0,5 мс.

Для достижения в этих условиях необходимой грубинности исследований (3-4 км) в качестве источника поля

966637 следует испольэовать квадратного петлю (генераторный контур) со стороной

2 км при токе в петле 50 A. Реальные коммутаторы тока, используемые для выключения тока в петле, не позволяют получить для этих условий длительности среза менее нескольких сотен мкс. При длительности среза

0,3 мкс ошибка измерения ЭДС переход ного процесса на времени 0,5 мс превышает 100Ъ, à »а временах до 5-8 мс более 10%.

Появление этих ошибок, особенно существенных на ранних временах, отрицательно сказывается на точности определения параметров верхних. слоев исследуемого разреза.

Для исправления систематических ошибок, вносимых инерционностью источника поля в способе, являющимся наиболее ближним к предлагаемому, включающем возбуждение неустановившегося электромагнитного поля выключением тока в источнике поля и измерение неустановившегося электромагнитного поля, вводят дополнительно сдвиг начала отсчета времени измерения в сторону запаздывания Р 5 ).

Если спад тока при выключении происходит по линейному закону, принимают величину времени сдвига равной t /2, где t — длительность среза, а для экспоненциального закона, равной постоянной времени экспоненты (Г). Реализацию сдвига производят изменением оцифровки шкал времени измерительной аппаратуры.

Укаэанный способ может быть реализован наиболее близким к предлагаемому устройством для геоэлектроразведки по методу переходных процессов, в частности серийно выпускаемой цифровой аппаратуры ЦИКЛ-2,имеющей диапазон времен регистрации., позволяющий решать как рудные, так и структурные задачи.

Устройство состоит из генераторной части, которая содержит источник тока, через коммутатор и токовый шунт, подключенный к генераторному контуру (источнику поля) и синхронизатор, соединенный с коммутаторам и

° регистрирующей части, содержащей блок времени, подключенный к блоку управления, одновременно соединенному с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), процессором и блоком индикации, ко входу которого через последо. вательно соединенные усилитель, AIIII и процессор подключен приемный контур, причем синхронизатор генераторной части соединен с блоком времени регистрирующей части (6 ).

Вид функциональной зависимости, описывающей процесс выключения тока в источнике поля,,определяется типом используемого коммутатора тока, соотношением реактивных и активных со5

- I0

20 противлений источника поля (в т.ч. сопротивлением заземлений), а также, при прочих равных условиях, зависит от удельного сопротивления верхних горизонтов исследуемого разреза.

В связи с этим процесс выключения тока описывается комбинацией различного вида зависимостей. Аппроксимация реального процесса выключения тока линейной или экспоненциальной функцией в ряде случае может сказаться довольно грубой, что внесет определенную погрешность в измерения.

Цель изобретения — повышение точ-. ности измерения, особенно ранних стадий,неустановившегося электромагнитного поля, при любом характере процесса Выключения тока в источнике поля.

Поставленная цель достигается тем, что в способе геоэлектроразведки, основанном на циклическом возбуждении неустановившегося электромагнит1ного поля выключением тока в источни40

45 ке, и измерения этого подя с задержкой начала отсчета времени измерения относительного момента выключения тока, и определении по полученным результатам строения геологического разряда, измеряют.в каждом цикле вели30 чину заряда, перенесенного выключаемым током эа время выключения, и величину тока в источнике в момент времени, предшествующей его выключению, и ус-. танавливают задержку начала отсчета времени измерения в каждом цикле равной отношению этих величин в предудущем цикле.

Тогда эта задержка определяется (t)d4

1й,= где, — величина постоянного тока в источнике поля до его выключения;

I(t) †текущ значение величины тока в процессе выключения, — длительвость среза, lit)dt — величина заряда, перенесенного выключаемым током за время выключения.

Данный способ может быть осуществлен устройством для геоэлектроразведки методом переходных процессов,содержащих в генераторной части источник тока, через коммутатор и токовый шунт подключенный к генераторному контуру, и синхронизатор, соединенный с коммутатором, а в регистрирующей части — блок времени, подключенный к блоку управления, одновременно соеди60 ненному с АЦН, процессором и блоком индикации, ко входу которого последовательно соединенные усилитель, АЦП и процессор подключен приемный кон:тур, а синхронизатор генераторной

65 части соединен с блоком времени ре.

966637 гистрирующей части,, генераторная и мени измерения, входы которого соедирегистрируюцая части устройсТва сое- нены с токовым шунтом.и коммутатором динены через вновь введенный блок генераторной части,-а выход — с бло.сдвига начала отсчета времени изморе- ком времени регистрирующей части. ния входы которого соединены с токоI

Блок 15 сдвига начала отсчета вклювым шунтом и синхронизатором генера- чает фиксатор 16 величины тока, через торной части, а выход - co входом генератор 17 линейно-нарастающего наблока времени регистрирующей части. пряжения, подключенный к коммутатору

При этом блок сдвига начала отсче- 18, к другому входу которого подклюта времени измерения содержит фикса.- чен интегратор 19 через фиксатор 20 тор величины тока, через генератор 1О величины заряда, Вход одновибратора линейно-. нарастающего напряжения под- 21 объединен с управляющим входом ключенный к компаратору, к другому фиксатора величины тока, является одвходу которого через фиксатор величи- ним из входов блока сдвига начала ны заряда подключен интегратор, уп- отсчета и соединен с управляющим равляющий вход которого соединен со 15 входом коммутатора генераторной чассхемой ИЛИ, один иэ входов которой ти, а выход — соединен со входами соединен с фиксатором велйчины заря; — генератора линейно-нарастающего нада и первым одновибратором, а другой пряжения одновибратора 22 и схемы с генератором линейно-нарастающего ИЛИ 23, другой вхсд которой соединен напряжения и двумя одновибраторами, Щ с упрацляющим входом фиксатора велипричем сигнальные входы интегратора чины заряда и выходом одновибратора. и фиксатора величины тока объединены Сигнальные входы фиксатора величины и являются одним из.входов блока тока и интегратора объединены и соесдвига начала отсчета, управляющий динены с токовым шунтом генераторной вход фиксатора величины тока и вход 25 части, а выход компаратора является второго одновибратора объединены и выходом блока сдвига начала отсчета являются другим входом блока сдвига и соединен с блоком времени регистриначала отсчета, а выход компаратора — руюцей части. выходом блока сдвига начала отсчета. Вариант возможной реализации бло.Устройство построено таким обра- ЗО ка 9 управления (фиг. 2) содержит эом, что величина сдвига времени,дс счетчик циклов, счетчик адреса, схе- . вырабатывается в каждом цикле с ис- му выбора масштаба усилителя, схему, пользованием длительности среза пре- запуска ЛЦП, схему управления режиыдущего цикла, т.е. первый цикл мом индикации и схему управления ре47 (первое выключение тока) является под- жимом работы процессор а. готовительным. Фиксатор 16 величины тока и фиксаНа фиг. 1 представлена структурная тор 20 величины заряда могут быть электрическая схема устро ства, устройства на выполнены по схемам известных устройств выборки:-хранения (УВХ). Ваблока управления, фиксатора величины рианты схемной реализации этих блотока и фиксатора величины з еличины за- 4О ков приведены соответственно на ряда, на фиг. 5 †. временные диаг- фиг. 3 и 4, устройства Фиксатор 16 величины тока представрамм|, поясняющие работу устройс в ляет собой RC-цепочку с включенным (цифры в кружках показывают номер блока, а к которому относится диагр диаграм- последовательно ее входу ключом. Фик45 сатор 20 величины заряда состоит из ст ойство содержит генераторную RC-цепочки с включенным последовательно ее входу ключом; к выходу .1 и егистрирующую часть 2. Ге- те ь

RC-цепочки подключен повторитель на не ато ная часть устройства содержит основе операционного усилителя. тока через коммутатор

9 Интегратор 19 и генератор 17 ли.—

4 тока и токовый шунт 5 соединенный 5 о ным контуром

УР б. К Управля- нейно:-нарастающего напряжения могут у иметь одинаковое схемное решение, ющему входу у коммутатора подключен качестве которого можно использовать синхронизатор 7. известные схемы интеграторов со сброРегистрирующая часть содержит 55 сом по управляющему входу (т.е. с блок 8 времени, через блок 9 Управле установкой в "0" ). ния соединенный со входами ЬПЦ 10, б12 н кации к Устройство работает следующим о— процессора 11 и блока индикации к вхо у ЛЦП 10 через усилитель 13 под-. Разом. входу ЛЦ

Оператор включает в рабочий режим, ключен датчик поля (приемный конлок 15 с вига т ). 14 выход которого одновременно генераторную часть 1 и блок сдвига тур)., выход которого начала отсчета. При появлении в мовто ым входом блока упмент времени t на выходе синхрониэаIII í и егист и ющая час- тора 7 логического сигнала 1 ф 5) комм татор 4 тока через тоти соединены между с

65 ковый шунт 5 включает ток в генератор. блока 15 сдвига начала отсчета вре;966637 ном контуре 6. Через заданный интервал времени в момент t на выходе синхронизатора 7 появл; ется логический сигнал "0", по которому коммутатор 4 тока производит выключение тока в генераторном контуре 6. Отрицатель.ный перепад напряжения на выходе синх-ронизатора 7 (из "1" в "0"), по времени совпадающий с началом процесса выключения тока в генераторном конту.ре и означающий, начало подготовительного цикла, запускает одновибратор 21 и на выходе схемы ИЛИ 23 появляется логический сигнал "1", включающий интегратор 19, который интегрирует напряжение поступающее на его сигналь- 15 ный вход с шунта 5 в процессе выключения тока. Длительность импульса одновибратора 21 выбирается заведомо большей длительности среза, и к концу этого импульса на выходе интегратора 2р

19 напряжение пропорционально величи» не заряда О. = l(t)dt, По заднему фронту импульса одновибратора 21 в момент времени t запускается одновибратор 22, который через схему ИЛИ

23 продолжает удерживать интегратор

19 во включенном состоянии и включает фиксатор 20 величины заряда в режим выборки. По окончании действия импульса одновибратора 22 в момент времени t3 фиксатор 20 величины заряда переводится в режим фиксации (хранения) и поддерживает на одном входе компаратора 18 напряжение, пропорциональное которое корректируется при каждом цикле. во время импульса, одновибратора 22. Одновременно, т.е. в момент времени t, на выходе схемы ИЛИ

23 устанавливается логический сигнал

"0", по которому производится выключение интегратора 19,установка в "0")4О

В момент времени ср, по логическому сигналу "1" с выхода синхронйзато; ра 7, фиксатор 16 величины тока переводится в режим выборки, а в момент времени сл по логическому сигналу 45

"0" с выхода синхронизатора 7 — пере; водится в режим хранения напряжения с токового шунта 5, предшествующего началу выключения тока (момент t4 ), т.е. пропорционально . Это напряже- 5О ние поступает на вход генератора 17 линейно-нарастающего напряжения,который в течение импульса одновибратора 21 вырабатывает линейнонарастающее напряжение с крутизной, пропорциональной I«, êoòîpoe поступает на другой вход компара-, тора 18. Последний до момента времени с имеет неустойчивое состояние, л так как напряженйе, поступающее на оба его входа равны (в данном случае нулю). С момента времени с,, до с, кампаратор имеет первое устойчивое состояние, поскольку на одном входе напряжение равно нулю (выход фиксатора 20 величины заряда), а на дру.гом — положительно (выход генератора

17 линейно-нарастающего напряжения), С момента времени t компаратор имеет другое устойчивое состояние. В момент времени t заканчивается подго9 товительный цикл работы устройства, в результате которого на выходе фиксатора 20 величины заряда имеется напряжение, пропорциональное U подготовительного цикла, а компаратор

18 находится в устойчивом состоянии.

Далее включают регистрирующую часть устройства 2 в режим "Измерение". При появлении в момент времени логического сигнала "1" коммутатор 4 тока через токовый шунт 5 включает ток в генераторном контуре 6. Через заданный интервал времени в момент t< на выходе синхронизатора 7 появляется .логический сигнал "0", по которому коммутатор 4 тока производит выключение тока в генераторном контуре 6. Отрицательный перепад напряжения на выходе синхронизатора

7 (из "1" в "0"), по времени совпадающий с началом процесса выключения тока (й ) и означающий начало первого цикла регистрации, запускает одновибратор 21, и на выходе схемы

ИЛИ 23 появляется логический сигнал

"1", включающий интегратор 19, который интегрирует напряжение, поступающее на его сигнальный вход с шунта 5, так что к концу действия импульса одновибратора 21 напряжение на выходе интегратора 19 равно U

По заднему фронту импульса одновибратора 21 в момент времени t6 запускается одновибратор 22, который через схему ИЛИ 23 продолжает удерживать интегратор 19 во включенном состоянии и включает фиксатор 20 величины заряда в режим выборки. По окончании действия импульса одновибратора 22 в момент t фиксатор 20 величины эа7 ряда переводится.в режим фиксации и поддерживает на одном входе компаратора 18 напряжение, пропорциональное U . Одновременно на выходе схемы ИЛИ 23 устанавливается логический сигнал "0", по которому произво-. дится выключение интегратора 19 (установка в "0")л

B момент. времени, по логическому сигналу "1" с выхода синхронизатора !

7 фиксатор 16 величины тока переводится в режим выборки, а в момент . времени с по логическому сигналу

"0" — в режим хранения напряжения с токового шунта 5, предшествующего началу выключения тока, т.е. пропорционального 1р . Это напряжение посту. пает на вход генератора 17 линейнонарастающего напряжения, который в течение импульса одновибратора 21 вырабатывает линейно.-нарастающее напряжение с крутизной, пропорциональной lр, которое поступает на другой

966637

0 с

l(t) = (с -t) с

tc! (t) = 0 с tc

l (t) = СО5 u)t тс

2ю

2 1

l(t) = 0 фронта 0.t

Т а блица 1 / с 2,8

10 12 5

4,5 6,2 7,7

Q, Ъ 85

66 11 . 9

I (у, Ъ 4, 8 1,8 0,96 0,7

0,2

0,1

0,3 вход компаратора. Во время действия импульса одновибратора 21 компаратор

18 сравнивает два напряжения — линейно-нарастающее напряжение с крутиз- / ной, пропорциональной в текущем (в данном случае первом) цикле, и напряжение, пропорциональное U предыдущего (в данном случае подготовительного) цикла. После включения одновибратора 21 напряжение на входах компаратора 18 через интервал време.- 10 ни д = 0с !l сравняются, и компара-, тор изменит свое состояние. По переднему фронту перепада напряжения компаратора 18, т.е. через время д t от начала процесса включения тока, за- 15 пускается блок 8 времени регистрирующей части 2.

Блок 8 времени вырабатывает метки времени, распределение которых в выбранном в зависимости от решаемой 20

1 задачи интервале времени регистрации заранее известно.

ЭДС, наведенная в приемном контуре

14 при выключении тока в генераторном контуре 6, через усилитель 13 поступа-2 ет на сигнальный вход йЦП 10. По каждой метке времени, поступающей на вход блока 9 управления, последний запускает АЦП 10, на выходе которого появляется код числа, пропорционального значению напряжения на его входе.

После отработки последней метки (последнего адреса) данного цикла блок 9 управления устанавливает блок 8 времени в исходное состояние до запуска следующего цикла.

Появляющиеся во время каждого цикла регистрации коды чисел на входе процессора 11 обрабатываются последним по способу синхронного накопле ния, т.е. числа с одинаковыми номера- 40 ми меток времени усредняются за заданное количество циклов.

После завершения заданного количества циклов регистрации взаимодей.ствие блоков, в которых аналогично 45 описанному в первом цикле работа устройства в режим."Измерение" прекращается и устройство переводится в режим "Индикация". Оператор с помощью блока 12 индикации считывает 50 усредненные результаты измерений для каждого времени. Моменты времени, для которых получены значения величи. ны напряжения в приемном контуре, совпадают с моментами времени, вырабатываемыми блоком 8 времени.

Для оценки эффективности способа выполнены расчеты погрешностей измерения сигналов без сдвига начала отсчета и со сдвигом, определенным по данному способу (соответственно

Q„z gz). Процессы выключения описываются выражениями а) линейный фронт

1 где t — длительность среза, б) косинусоидальный фронт где W - круговая частота, — — длительность среза", 2ю в) экспоненциальный фронт

l(t) = е " и ) 0

Ь где р — характеристика скорости спада тока.

Тогда время сдвига, определяемое предлагаемым способом для линейного с для косинусоидаль«

2 tc ного фронта b. t = — = — для эксЮ и поненциального фронта

В табл. 1 и 2 приведены значения иЯ для соответствующих значений

t!t, полученных для сигнала на поверхности однородного полупространст. ва (с удельным сопротивлением и мощностью 9 = 6 OM..м, г = 50 м) при линейном и косинусоидальном характере среза тока. Длительность среза 1 мс.

В табл. 3 приведены эначенияб„и б для сигнала вида V(t) = 1 при экспоненциальном срезе тока с показателем ), принятом равным 9/t (т.е. для t/t 4, где t4, = 2,3 ).

966637

Т а б л и ц а 2 е/t 2

8 16 32

23 10,8 5,2

©,, % 190

0,5

1,0

2,2

12,2

Таблица 3

10 20

2,5

67 (у, %

-0,1

-0,5

-2,3

"10,4

Анализ полученных данных подтверждает, что способ,.является универсальным для определения величины сдвига, обеспечивая возможность автоматического выбора момента начала отсчета времени измерения при произвольном характере фронта выключе-. ния тока и позволяет в десятки раз снизить погрешности измерения, а устройство — реализовать данный способ надежнО и просто. При этом для одинаковых величин погрешностей требования к длительности фронта могут быть снижены в 6-8 раз, что особенно важно для устройств геоэлектрораз едки, в которых времена измерения переходного процесса нестационарного электромагнитного поля соизмеримы с длительностью среза возбуждающего тока. Расчетные и модельные ;следования, показывают, что при работе методом МПП для получения необходимой информации следует регистрировать процесс с времен 10;30 мкс, 40 при этом для получения достаточно точных результатов измерений длитель- . ность среза при формировании прямо.угольных импульсов тока должна быть менее 2 мкс. Получение столь малых 45 времен среза весьма сложная задача, и применение данного изобретения,при котором можно значительно уменьшить требования к его величине при заданной точности регистрации, приобретает особо важное значение.

Формула изобретения

1. Способ геоэлектроразведки,основанный на циклическом возбуждении не установившегося электромагнитного поля выключением тока в источнике, измерения этого поля с задержкой начала отсчета времени измерения относительно момента выключения тока и определении по полученным результатам строения геологического разряда, о т л и ч а ю.шийся тем, что, с целью повышения точности иэмере- 65 ния, в каждом цикле измеряют величину заряда, перенесенного выключаемым током за время выключения, и величи ну тока в источнике в момент времени, предшествующий,его выключению, и устанавливают задержку начала отсчета времени измерения в каждом цикле равной отношению этих величин в предыдущем цикле.

2. Устройство для геоэлектроразведки методом переходных процессов, содержащее в генераторной части источник тока, через коммутатор и токовый шунт подключенный к генераторному контуру, и синхронизатор, соединенный с коммутатором, а в регистрирующей части — блок времени, подключенный к блоку управления, одновременно соединенному с АцП, процессором и блоком индикации, ко входу ко. торого через последовательно соединенные усилитель>АЦП и процессор подключен приемный контур, причем синхронизатор генераторной части соединен с блоком времени регистрирующей части, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,.с целью повышения точности измерений, генераторная и регистрирующая части устройства соединены через вновь введенный блок сдвига начала отсчета времени измерения, входы которого соедйнены с токовым шунтом и синхронизатором генераторной части, а выход — со входом блока времени регистрирующей части.

3. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок сдвига начала отсчета времени измерения содержит фиксатор величины тока, через генератор линейно-нарастающего напряжения подключенный к компаратору, к другому входу которого через фиксатор величины заряда подключен интегратор, управляющий вход которого соединен со схемой ИЛИ, один из входов которой соединен с фиксатором величины заряда и первым одновибратором, а другой — с генератором линейно-нарастающего напряжения и двумя одновибраторами, причем сиг13

966637 нальные входы интегратора и Фиксатора величины тока объединены М являются одним иэ входов блока сдвига начала отсчета, управляющий вход фиксатора величины тока и вход второго одновибратора объединены и являются другим входом блока сдвига начала отсчета, а выход компаратора выходом блока сдвига начала отсчета.

Источники. информации, принятые во внимание при экспертизе 10

1. Авторское свидетельство СССР

Р 234544, кл. G 01 V 3/10, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

396654, кл, G 01 V 3/10, 1971.

3. Вольвовский Б.С. Кунин Н.Я., Терехин Е.Н. Справочник по полевой еофизике. И., "Недра", 1977, с.148150.

4. Руководство по методу переходных процессов в рудной геофизике.

Под.ред. Ф.М. Качепецкого. Л., "Недра", 1976, с. 64.

5. Сб. "Геофизическая аппаратура".

Л., "Недра", 1978, 9 65, с. 57-62 (прототип).

6. Зондирование становлением поля в ближней зоне, N., "Недра",, 1976 (прототип), 966637

Фиа2

ФиаУ

Фаям @игл . р М/ИМ ФГФФЮ

ВНИИПИ Закаэ 7838/64 Тираж 717 Подписное

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