Устройство для электромагнитного каротажа скважин

Устройство для электромагнитного каротажа скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИАГНИТНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН, содержащее зонд, включающий разнесенные излучающие и приемные катушки, размещенные на непроводящей основе, генераторный блок, выходы которого соединены с излучакхцими катуижами, и двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты, входы которого соединены с приемными катушками, а также наземный регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения электрических свойств ropHbJx пород за счет , устранения влияния нестабильности начального сдвига фаз между каналами измерителя разности фаз, в него дополнительно введены интегратор, преобразователь амплитуды сигнала с частотой девиацией в управляющий сигнал и элемент с регулируемой фазочастотной характеристикой, при этом интегратор включен между выходом двухканального измерителя разности фаз и входом наземного регистратора, вход.преобразователя амплитуды сигна-ла с частотой девиации в управляющий сигнал соединен с выходом двухканального измерителя разности фаз, а вы-, ход подключен к управляющему входу элемента с регулируемой фазочастотной характеристикой, включенного между одной из приемных катушек и одним из входов двухканального измерителя разности фаз. 2.Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что генераторный блок выполнен в виде низкочастотного переключающего генератора и двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты, переключающий вход которого соединен с выходом низкочастотного переключающего генератора , а выход нагружен на одну из излучающих катушек, причем значения , рабочих частот двухчастотного пере- Q ключаемого генератора высокой часто- iS |ТЫ отличаются друг от друга на ве (/) личину удвоенной промежуточной частоты в двухканальном измерителе разности фаз и являются зеркальными по отношению к частоте его гетеродина , а частота низкочастотного переключающего генератора в 5-10 раз выше максимальной частоты гармоник , содержащихся в пространственном спектре регистрируемого сигнала, 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что двухканальный измеритель разности фаз выполнен с линейной и четной функциональной зависимостью выходного сигнала от величины измеряемой разности фаз. 4.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, двухчастотный переключаемый генератор высокой частоты выполнен с девиацией рабочих частот на величину, не меньшую ,чем отклонение центральных частот под воздействием дестабилизирующих факторов и с фиксированной частотой девиации, находящейся в диапазоне , ограниченном снизу значением частоты низкочастотного переключающего генератора, а сверху значением промежуточной частоты двухканального измерителя разности фаз.

„„SU„„ I 0737

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ССЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) G 01 U 3/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ V ОТКРЫТИЙ (21) 3495606/18-25 (22) 06.10.82 (46) 15.02.84. Бюл. М б (72) Д.С.Даев, С.Б.Денисов, В.С.Зинченко, A.A.Кулигин, A.Ä.Талалов и Ю.Я.Толмачев (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе (53) 550.832 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 212387, кл. G 01 V 3/18, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

М 382990, кл, G 01 Ч 3/28, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР

Ь 820337, кл. 6 01 Ч 3/28, 1981 (прототип) . (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН, содержащее зонд, включающий разнесенные излучающие и приемные катушки, размещенные на непроводящей основе, генераторный блок, выходы которого соединены с излучающими катушками, и двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты, входы которого соединены с приемными катушками, а также наземный регистратор, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения электрических свойств горных пород"эа счет:.

Устранения влияния нестабильности начального сдвига фаз между каналами измерителя разности фаэ, в него дополнительно введены интегратор, преобразователь амплитуды сигнала с частотой девиацией в управляющий сигнал и элемент с регулируемой фаэочастотной характеристикой, при этом интегратор включен между выходом двухканального измерителя разности фаз и входом наземного регистратора, вход.преобразователя амплитуды сигна-ла с частотой девиации в управлякщий сигнал соединен с выходом двухканального измерителя разности фаз, а вы-, ход подключен к управляющему входу элемента с регулируемой фаэочастотной характеристикой, включенного между одной иэ приемных катушек и одним из входов двухканального измерителя разности фаз.

2. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что генераторный блок выполнен в виде низкочастотного переключающего генератора и двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты, переключающий вход которого соединен с выходом низкочастотного переключающего генератора, а выход нагружен на одну иэ излучающих катушек, причем значения

: рабочих частот двухчастотного переключаемого генератора высокой часто тЫ отЛичаются друг от друга на величину удвоенной промежуточной частоты в двухканальном измерителе разности фаэ и являются зеркальными rlo отношению к частоте его гетеродина, а частота низкочастотного переключающего генератора в 5-10 раэ выше максимальной частоты гармоник, содержащихся в пространственном спектре регистрируемого сигнала.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что двухканальный измеритель разности фаз выполнен с линейной и четной функциональной зависимостью выходного сигнала от величины измеряемой разности фаэ.

4. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, двухчастотный переключаемый генератор высокой частоты выполнен с девиацией рабочих частот на величину, не меньшую,чем отклонение центральных частот под воздействием дестабилизирующих факторов н с фиксированной частотой девиации, находящейся в диапазоне, ограниченном снизу значением частоты низкочастотного переключающего генератора, а сверху значением промежуточной частоты двухканального измерителя разности фаз.

1073732

Изобретение относится к аппаратуре для исследования скважин и может быть преимущественно использовано при электромагнитном каротаже сква.— жин.

Известно устройство для диэлектрического каротажа скважин, содержащее генераторную часть, зонд с генераторной и двумя приемными катушками, двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразова- 10 нием часто:ы входных сигналов, входы которого соединены с приемными катушками, а выход соединен с наземным регистратором. Устройство измеряет разность фаз сигналов в приемных 15 катушках зонда, создаваемых электромагнитным полем генераторной катушки. По величине измеренной разности фаэ судят об электрических свойствах пород (1) °

Регистрация начального сдвига фаэ в этом устройстве производится вне исследуемой среды (вне скважины) на дневной поверхности. Помещение устройства в условия исследования горных пород (в скважину), отличные от условий регистрации начального сдвига фаз, приводит к возникновению дополнительного, не учитываемого сдвиГа фаэ, обусловленного изменением температуры и перепадом амплитуд входных сигналов, что вызывает нестабильность величины начального сдвига фаз и снижает точность измерений.

Известно также устройство для 35 электромагнитного каротажа скважин, включающее первый генератор, зонд с основной генераторной катушкой, подключенной к выходу первого генератора, двумя приемными катушками и од- 40 ной, расположенной между ними, дополнительной генераторной катушкой, второй генератор, настроенный на частоту, равную частоте первого генератора, подключенный к дополни- 45 тельной генераторной катушке, двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты входных сигналов, входы которого соединены с приемными катушками зонда, а выход соединен с наземным регистратором (2)..

За счет наличия в составе зонда дополни тельной ген ера торн ой катушки, помещенной между приемными катушками и соединенной со вторым генератором, частота которого равна частоте основного генератора, это устройство позволяет регистрировать величину начального сдвига фаэ в ус- 60 ловиях исследования горных пород, т.е. в скважине, путем дистанционного (по команде с поверхности) выключения первого генератора и включения второго.

Недостатком этого устройства является низкая точность определения начального сдвига фаз "в скважине, обусловленная тем, что показания дифференциального зонда, образованного двумя приемными катушками и одной дополнительной гвнераторной катушкой, помещенной между приемными, зависят не только от начального сдвига фаз между измерительными каналами, но и от электрических свойств окружающих пород.

Наиболее близким к изобретению является устройство для электромагнитного каротажа скважин, включающее зонд с разнесенными излучающими и приемными катушками, размещенными на непроводящей основе, генераторный блок, выходы которого соединен с излучающими катушками, и двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты, входы которого соединены с приемными катушками, а также наземный регистратор. Генераторный блок содержит первый генератор, выход которого подключен к основной излучающей катушке, и второй и третий генераторы, выходы которых нагружены на дополнительную излучающую катушку, расположенную между приемными катушками; частота второго генератора равна частоте первого, частота третьего генератора равна частоте гетеродина, а генераторный блок соединен с коммутатором, обеспечивающим дистанционное (с поверхности) включение первого, либо второго и третьего генераторов.

За счет наличия в составе устройства третьего генератора, частота которого равна частоте гетеродина, величина сдвига фаз, измеряемого дифференциальным зондом в скважи-. не, не зависит от электрических свойств окружающей среды и для достаточно высокоомных сред соответствует значению начального сдвига фаз между измерительными каналами (3).

Недостатком этого устройства яв- ляется низкая точность определения начального сдвига фаэ в низкоомных породах или при высокой минералиэации бурового раствора, заполняющего скважину. Объясняется это тем, что вследствие разной длины основного и дифференциального зондов амплитуды сигналов в приемных катушках при работе основной и вспомогательной излучающих катушек могут существенно отличаться,что ведет к возникновению ошибок в определении истинной величины начального сдвига фаэ в ниэкоомных участках разреза.

Кроме того, данное устройство не обеспечивает непрерывный контроль за величиной начального сдвига фаэ, которая непрерывно меняется в про1073732 цессе каротажа вследствие изменения температуры и электрических параметрон окружающей среды и, следовательно, принципиально не может обеспечить непрерывного устранения влияния нестабильности начального сдвига фаз на результаты измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерения электрических свойств горных пород за счет устранения влия10 ния нестабильности начального сдвига фаз между каналами измерителя разности фаз.

Для достижения этой цели в устройстве для электромагнитного каротажа скважин, содержащем зонд, включающий разнесенные излучающие и приемные катушки, размещенные на непроводящей основе, генераторный блок, выходы которого соединены с излучающими катушками и двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты, входы кото15

20 рого соединены с приемными катушками, а также наземный регистратор, дополнительно введены интегратор, преобразователь амплитуды сигнала с частотной девиацией в управляющий сигтотной характеристикой, при этом интегратор включен между выходом . двухканального измерителя разности фаэ и входом наземного регистратора, вход преобразователя ампдитуды сигнала с частотой девиации в управляю30 щий сигнал соединен с выходом двухка35

6S нального измерителя разности фаз, а выход подключен к управляющему входу элемента с регулируемой фазочастотной характеристикой, включенного между одной из приемных катушек и одним из входов двухканального измерителя разности фаэ.

При этом генераторный блок выполнен в виде низкочастотного переключающего генератора и двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты, переключающий вход которого соединен с выходом низкочастотного переключающего генератора, а выход нагружен на одну иэ излучающих катушек, причем значения рабо- . чих частот двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты отличаются друг от друга на величину удвоенной промежуточной частоты в двухканальном измерителе разности фаз и являются зеркальными по отношению к частоте его гетеродина, а частота низкочастотного переключающего генератора в. 5-10 раэ выше максимальной частоты гармоник, имеющихся в спектре регистрируемого сигнала.

Двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты входных сигналов выполнен с линейной и четной функциональной

50 нал и элемент с регулируемой фазочасзависимостью выходного сигнала от величины измеряемой разности фаз .

Для увеличения точности измерений фазового сдвига между приемными катушками путем устранения влияния нестабильности промежуточной частоты измерителя разности фаз двухчастотный переключаеьий генератор высокой частоты выполнен с девиацией частот на величину не меньшую, чем отклонение центральных частот под воздействием дестабилизирующих факторов и с фиксированной частотой девиации, находящейся в диапазоне, ограниченном снизу значением частоты управляющего низкочастотного генератора, а сверху значением промежуточной частоты двухканального измерителя разности фаз.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для электромагнитного каротажа скважин с автоматической регулировкой фазочастотной характеристики одного из каналов измерителя разности фаз; на фиг. 2 зависимость выходного напряжения двухканального измерителя разности

-фаз для двух рабочих частот — основной и зеркальной по отношению к частоте его гетеродина.

Устройство (фиг. 1) содержит зонд, включающий разнесенные по оси скважины приемные катушки 1-1, 1-2 и излучающие катушки 2-1, 2-2, 2-3, закрепленные на непроводящей основе; генераторный блок 3, выполненный в виде двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты 4 и низкочастотного переключающего генератора 5. Переключающий вход генератора высокой частоты соединен с выходом низкочастотного переключающего генератора 5, а выход нагружен на одну из излучающих катушек. Двухканальный измеритель разности фаз 6 с гетеродинным преобразованием частоты на входе, входы которого соединены с приемными катушками 1-1, 1-2 соединен интегратором 7, выход которого соединен с наземным регистратором 8.

Устройство содержит также преобразователь 9 амплитуды сигнала с частотой девиации, вход которого подключен к выходу двухканального измерителя разности фаз 6, а выход соединен с управляющим входом эле— мента и регулируемой фазочастотной характеристикой 10, включенного между одной из приемных катушек и входом одним из входов двухканального измерителя разности фаэ.

Устройство работает следующим образом.

Низкочастотный переключающий генератор 5 вырабатывает управляющий сигнал, обеспечивающий поочередное включение рабочих частот двухчастотного переключаемого генератора вы1073732 сокой частоты 4 на равные промежутки нремени. Минимально допустимая частота переключений зависит от максимальной скорости подъема устройства и для облегчения фильтрации ныходного сигнала выбирается в 5-10 5 раэ выше максимальной частОты гармоник, содержащихся в пространственном спектре регистрируемого сигнала.

Цвухчастотный переключаемый генератор высокой частоты 4 генераторного блока 3 питает одну из излучающих катушек зонда, например 2-2, попеременно током двух высоких частот, основной и зеркальной по отношению к частоте.гетеродина, отличающихся друг от друга на величину равную удвоенному значению промежуточной частоты, примененной в двухканальном измерителе разности фаз 6 гетеродинным преобразованием частоты на входе. Излучающая катушка, например

2-2, возбуждает н окружающей среде высокочастотное электромагнитное по-, ле. Приемные катушки 1-1 и 1-2 регистрируют электромагнитное поле одной из рабочих частот н двух точках, удаленных на заданное расстояние по оси скважины, причем сдвиг фаз электромагнитного поля между этими точками зависит от диэлектрической проницаемости и удельного 30 электрического сопротивления пластов горных пород, окружающих скважину.

Двухканальный измеритель разности фаэ 6, входы которого соединены с приемными катушками преобразует вели- 35 чину сдвига фаз ЭДС в приемных катушках в постоянное напряжение, пропорци он альн ое э тому сд ни гу .

В общем случае измеряегьгй фазовый сдвиг в условиях исследования скважин складывается из начального сдвига фаэ между каналами измерителя разности фаз — Ь4р н сдвига фаэ агап обусловленного влиянием окружающйх скважину пород.

Известно,что в измерителях разности фаэ с гетеродинным преобразованием частоты на входе, при переходе с основной рабочей частоты .Г, (фиг. 2) на зеркальную по отношению к частоте гетеродина частоту F>, абсолютная 50 величина измеряемого фазового сдвига ЬЧ„ сохраняется неиэменной, а знак меняется на обратный, н то время как .величина Ьг ; обуслонленная начальным сдвигом фаз, своего 55 знака не изменяет. Поскольку двухканальный измеритель разности фаз 6 в данном устройстве выполнен. с линейной и четной функциональной зависимостью выходного напряжения от 60 величины измеряемой разности фаэ (см. фиг. 2), при работе на частоте

F< величина выходного сигнала U равнаг

U1= "(г о+4г п1 г (!

65 а при работе на частоте F нелнчина выходного сигнала U иу=- (и -д пГ (2! где К (В/раб, J — Коэффициент преобраэ он а ни я и эмери те ля разности фаз.

Из (1) и (2) следует (3)

- " 4 ã = (г т.е. среднее арифметйческое значение выходного напряжения измерителя разности фаэ при работе на основной и зеркальной частотах не зависит от величины начального сдвига фаз

4МО, его нестабильности и от нулевого сигнала Uo, определяется лишь фазовым сдвигом, обусловленным породами, окружающими скважину. Выделение среднего значения выходного сигнала двухканального измерителя разности фаз в соответствии с формулой (3) осуществляет интегратор 7, с выхода которого напряжение, пропорциональное значению измеряемого сдвига фаэ(й 9 ) поступает иа поверхность для регистрации.

Двухчастотный переключаемый генератор высокой частоты 4 генераторного блока 3 питает одну иэ излучающих катушек зонда, например 2-2, попеременно током двух высоких частотг основной Fg и зеркальной Г, с одновременной девиацией их значений на неличину4Р, не меньшую чем отклонение центральных частот F„ F под воздействием дестабилизирующих факторов и с фиксированной частотой девиации, значение которой ограничено снизу значением частоты низкочастотного управляющего генератора 5, а сверху значением промежуточной частоты, применяемой н измерителе разности фаз 7.

Вследствие нестабильности промежуточной частоты двухканального измерителя разности фаз 7 девиация рабочих частот Fq u F вьгсокочастотного электромагнитного йоля, находящегося н приемных катушках 1-1 и 1-2 приводит к появлению на выходе изме-" рителя разности фаз 6 сигнала с частотой девиации, амплитуда которого определяется идентичностью фазочастотных характеристик измерительных

Каналов двухканального измерителя

35аэностн фаз. Сигнал с частотой де,виации поступает на вход преобразователя 9 амплитуды сигнала с частотой девиации н управляющий сигнал.

Управляющий сигнал, пропорциональный величине идентичности фазочастотных характеристик измерительных каналов, поступает на вход элемента с регулируемой фаэочастотной характеристикой

10, который в зависимости от величины управляющего сигнала изменяет фазочастотную характеристику измерительного канала двухканального иэме1073732 рителя разности фаэ б. В результате в устройстве возникает отрицательная обратная связь по амплитуде сигнала с частотой девиации, минимизирующая разницу фазочастотных характеристик измерительных каналов двухканального измерителя разности фаэ. При достигаемой таким образом идентичности фаэочастотных характеристик измерительных каналов-нестабильность промежуточной частоты двухканального измерителя .разности фаз вносит одинаковый сдвиг фаз в оба канала и, следовательно, не сказывается на величине измеряемой разности фаз.

Генераторный блок выполнен следую- 15 щим образом. Двухчастотный переключаемый генератор высокой частоты 4 выполнен в виде задающих генераторов с кварцевой стабилизацией частоты, рабочие частоты которых соответствуют Р„=43200 кГц и Fp =

42800 кГц, которые поочередно подключаются к усилителю мощности высокой частоты (не показан), при помощи электромагнитного реле, на обмотку которого подается напряжение от низкочастотного переключающего генератора частотой 25 Гц и скважностью 2.

Двухканальный измеритель разности фаэ содержит два смесителя, подключенных первыми входами к измерительным катушкам 1-1 и 1-2, а вторыми входами к общему гетеродину (не показан) два аналогичных усилителя промежуточной частоты, входы 35 которых соединены с выходами смесителей, а на выходы подсоединена фаэоизмерительная схема с линейной и четной функциональной зависимостью от величины измеряемого сдви- 4О га фаз.

Преобразователь амплитуды сигнала с частотой девиации в управляющий сигнал 9 может быть выполнен в виде последовательно соединенных избирательного усилителя, настроенного на частоту девиации и активного выпрямителя °

Элемент с регулируемой фазочастотной характеристикой может быть выполнен в виде резонансного конту- ра, настроенного на промежуточную частоту и содержащего емкость, величина которой изменяется под воздействием управляющего напряжения (варикап), которое подается с, выхода активного выпрямителя преобразователя амплитуды сигнала с частотой девиации в управляющий сигнал.

Технико-экономическая эффективность применения данного технического решения заключается в повышении точности измерений сдвига фаэ, создаваемого породами в условиях исследования скважин при изменении температуры окружающей среды и ее удельного электрического сопротивления в широких пределах. Это позволяет вопервых, расширить область применения данного вида исследования скважин и геологическую достоверность получаемых результатов, во-вторых, увеличить производительность труда за счет сокращения времени на проведение каротажа и последующую обра-. ботку материалов, так как устройство может работать непрерывно и не требуют э аписи величины начального сдвига фаз в отдельных точках исследуемого интервала скважин, а также последующего учета его изменений при обработке.

Точность измерений по сравнению с известным устройством за счет устранения влияния нестабильности начального фазового сдвига ЛЧО увеличивается приблизительно в 10 раз.

1073732

ВНИИПИ Закав 325/46

Тираж 711 Подписное

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