Устройство для геофизическихисследований межскважинного про- ctpahctba

Устройство для геофизическихисследований межскважинного про- ctpahctba

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СоюЗ Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р>851311.4

/ .

r (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 110778 (23) 2642038/18-25 (51jM. Кл3 с присоединением заявки М2— (23) Приоритет —

G 01 V 11/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 300781. Бюллетень Мо 28

Дата опубликования описания 300781 (53) УДК 5 50 . 83 5 (088. 8) Ю.С. Погорелов, О.И. Литовченко, В.С. Дубровин, Г.С. Довженко. и A.Ñ. Чернышев (72) Авторы . изобретения (71) 3 а яв и тель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ

И С СЛЕДОВА НИ Й ИЕЖС КВАЖ ИН НОГО

ПРОСТРАНСТВА

Изобретение относится к устройствам для изучения физических свойств горного массива и может быть использовано при исследовании межскважинного пространства методами межсква- . жинного геофизического зондирования (акустического прозвучивания или электрического, радиоволнового и ра диоактивного просвечивания), напри- j мер, при контроле качества искусственно закрепленных грунтов.

Известны устройства для исследования межскважинного пространства с поМощью двух подвешенных в соседних скважинах скважинных снарядов, включающих раздельно излучатель и датчик зондирующего поля, устанавливаемые на одинаковую глубину по специальным меткам, нанесенным на кабели, на которых подвешиваются снаряды. В интервалах между метками установку излучателя и датчика на одинаковую глубину производят по показаниям счетчиков оборотов мерного ролика, блок-баланса. База исследования, т.е. расстояние между излучателем и датчиком во время замера определяется по данным инклинометрии в предположении, что последние во время замера находятся на одинаковой глубине (1) .

Однако вследствие непостоянства диаметров кабелей, приводящего к ошибкам в определении длины кабеля по 1токазаниям счетчика оборотов, неодинакового удлинения кабелей под нагрузкой (при подвешивании на них зондов), проскальзывания кабеля по мерному ролику блок-баланса, а также вследствие субъективных ошибок (например при подсчете меток) возникает рассогласование излучателя н приемника по глубине установки, что приводит к искажению информации об исследуемом межскважинном пространстве.

Известен также комплексный прибор

2О ультразвукового контроля инъекционного закрепления межскважинного пространства, включающий генераторный снаряд с излучателем ультразвукового зондирующего поля и гзнера25 торным соленоидом, приемный наряд с акустическим датчиком и приемным соленоидом, два каротажных подъемника с кабелями, блок управления подъемников и пульт геофизической аппаратуры.

Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-. конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу

851311

Для повышения производительности исследования в этом приборе использован электромагнитный способ измерения базы прозвучивания, реализованный при помощи генераторного и приемного соленоидов, каждый из которых конструктивно совмещен с соответствующим акустическим прибором в одном иэ скважинных снарядов. Установку излучателя и датчика на одинаковую глубину производят перед каж- 0 дым замером при помощи укаэанных соленоидов по максимуму сигнала, изме.ряемого на выходе приемного соленоида. Таким образом, исключается влияние факторов, вызывающих в аналогичных устройствах рассогласование по глубине установки излучателя и датчика зондирующего поля, поскольку в устройстве комплексного прибора обеспечивается непосредственное определение взаимного смещения по глубине излучателя и датчика с помощью жестко связанных с ними соленоидов (2).

Однако установка излучателя и датчика зондирующего поля на одина- . 25 ковую глубину в этом приборе осуществляется вручную и определяется по показаниям измерительного прибора, подключенного к выходу приемного соленоида, что существенно ограничи- щ вает производительность труда при детальных исследованиях межскважинного пространства.

Дель изобретения — повышение производительности и качества исследований межскважинного пространства.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем генераторный снаряд с излучателем зондирующего поля и генератор- 40 ным соленоидом, приемный снаряд с датчиком зондирующего излучения и приемным соленоидом, два каротажных подъемника с кабелями, блок управления подъемников и пульr геофизи- 4$ ческой аппаратуры, приемный соленоид выполнен в виде двух секций, плоскость симметрии которых размещена от центра датчика зондирующего излучения на расстоянии, равном расстоя- щ нию между центрами излучателя зондирующего поля и генераторного соленоида, причем блок управления подъемников содержит схему сравнения, вход которой подключен к секциям приемного соленоида, а выход через усилитель мощности — к реверсивному электродвигателю барабана одного иэ подъемников.

Вследствие симметрии напряженности электромагнитного поля генераторного d0 соленоида относительно его экваториальной плоскости выполнение приемного соленоида в виде двух жестко связанных между собой секций обеспечивает (при параллельности скважин 65 и одинаковой чувствительности секций) воэможность сравнения амплитуды напряженности магнитного поля генераторного, соленоида на постоянном базисе, что позволяет однозначно определять направление смещения приемной катушки вдоль. скважины вблизи укаэанной экваториальной плоскости относительно последней и при помощи электромеханической схемы автокомпенсации выходных сигналов секций автоматически устанавливать приемную катушку симметрично относительно экваториальной плоскости генераторной, обеспечивая тем самым автоматическую установку геофизических зондов на одинаковую глубину.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства, в рабочем положении; на фиг. 2 - блоксхема устройства; на фиг ° 3 - кривая изменения величины осевой составляющей вектора магнитной индукции на оси приемной скважины.

Устройство для геофизических исследований межскважинного пространства включает скважинные снаряды 1 и 2 с каротажными подъемниками 3 и 4, блок

5 управления подъемниками и пульт 6 геофизической аппаратуры. Генераторыый снаряд 1 содержит генераторный соленоид 7 и излучатель 8, а приемный снаряд 2 — приемный соленоид 9, выполненный в виде двух последовательно соединенных секций 10 и 11, датчик 12, блок 13 предварительного усилителя и схему 14 сравнения. Каротажные подъемники 3 и 4, соответственно, имеют направляющие ролики

15 и 16, барабаны 17 и 18 с кабелями 19 и 20, электрические коллекторы

21 и 22 и электродвигатели 23 и 24 с редукторами 25 и 26.

Блок 5 управления подъемниками

3 и 4 содержит конструктивно размещенную в приемном снаряде 2 схему

14 сравнения, вход которой подключен к секциям 10 и 11 приемного соленоида 9, а выход через усилитель 27 мощности — к реверсивному электродвигателю 24 барабана 18 приемного снаряда 2, и наземную панель 28, содержащую элементы коммутаций (не показаны) электродвигателей 23 и 24 и усилитель 27 мощности ° Схема 14 сравнения включает параллельно подключенные к секциям 10 и ll выпрямители 29 и

30 и соединенный с последними дифференциальный усилитель 31, Вход предварительного усилителя подключен к соленоиду 9. В пульте 6 размещены генератор 32, милливольтметр 33 переменного электрического напряжения и наземные блоки управления, измерения и регистрации (не показаны) геофизической аппаратуры.

Кабели 19 и 20, переброшенные через направляющие ролики 15 и 16, 851311 связывают соответственно снаряды 1 и 2 механически с .барабанами 17 и 18, кинематически связанными с редукторами 25 и 26 и электродвигателями 23 и 24, и электрически через коллекторы 21 и 22 — с пультом 6 и наземной панелью 28, обеспечивая электрическое соединение между наземными и скважинными блоками геофизической аппаратуры, а также вхсда генераторного соленоида 7 и выходов предварительного усилителя 13 блока и схемы 14 сравнения соответственно с выходом генератора 32 и со входами милливольтметра 33 и усилителя 27 мощности,Генераторный соленоид 7,а также секции 10 и 11 приемного соленоида

9 располагают соосно продольным осям скнажинных снарядов 1 и 2 соответственно. Секции 10 и 11 идентичны по конструкции и чувствительности к напряженности электромагнитного поля на рабочей частоте генератора 32.

Полярность подключения реверсивного электродвигателя 24 к выходу усилителя 27 мощности выбирают такой, что-. бы при уровне электрического сигна- 25 ла, поступающего с выхода верхней секции 10, вал электродвигателя 24 передавал барабану 18 направление вращения, обеспечивающее спуск приемного снаряда 2. Плоскость 34 gp симметрии секций 10 и 11 размещают от центра датчика 12 на расстоянии

С, равном расстоянию между центрами излучателя 8 и генераторного соленоида 7 ° 35

Устройство работает следующим образом.

В скважину 35, вскрывшую исследуемый горный массив 36 и имеющую, например, вертикальную ось 37, на 40 начальную глубину исследования, определяемую по меткам (не показаны), на кабеле 19 опускают скважинный снаряд 1. Генераторный соленоид 7, питаемый синусоидальным электрическим 45 током постоянной силы от низкочастотного генератора 32, излучает в массиве 36 гармоническое электромагнитное поле. Изменение амплитуды осевой составляющей В вектора магнитной индукции этого поля на оси

38 соседней скважины 39, пробуренной вертикально (т.е. оси 37 и 38 скважин 35 и 39 параллельно), показано графически (фиг. 3) в пространственном совмещении, как функция относительного перемещения плоскости 34 симметрии секций 10 и 11 приемного соленоида "9 от экваториальной плос-, кости 40 симметрии генераторного соленоида 7. 40

Укаэанная зависимость B(Z) симметрична относительно экваториальной плоскости генераторного соленоида и монотонно возрастает вблизи этой плоскости с приближением к последней. Я

Эта особенность структуры поля генераторного соленоида 7 и используется при работе предлагаемого устройства.

В скважину 39 опускают приемный снаряд 2. Глубину установки 6 приемного снаряда 2 фиксируют примерно по максимуму показаний миллинольтметра 33. При этом электромагнитное поле генераторного соленоида 7 возбуждает на выходах секции 10 и 11 приемного соленоида 9 электрические сигналы, амплитуда которых находится в прямой зависимости от амплитуды осевой составляющей В вектора магнитной индукции в центрах соответстнующих секций 41 и 42. Суммарный электрический сигнал на выходе последовательно соединенных секций 41 и 42 соленоида 43 усиливается предварительным усилителем 13 и измеряется милливольтметром 33. Таким образом, положение 44 приемного снаряда

2, в которое он принедет по максимуму показаний миллинольтметра 33,примерно соответстнует положению максимума суммы величин амплитуды В . н центрах cýêöèé 41 и 42 (например в точках а" я б оси Е (фиг. 3) и приблизительной устанонке приемного снаряда на начальную глубину Ь исследования.

Для точной установки приемного снаряда на начальную глубину(т исследования приводят в рабочее положение блок 5 управления подъемниками

3 и 4. При этом, поскольку в начальном положении 44 приемного снаряда

2 уровень электрического сигнала, поступающего с выхода. нижней секции

11, превышает уровень сигнала на выходе верхней секции 10, то после выпрямления этих сигналов в выпрямителях 29 и 30 на выходе дифференциального усИлителя 31 образуется разностный сигнал (полярность которого определяется направлением вертикального смещения д Z приемного снаряда 2 от экваториальной плоскости

40 генераторного соленоида 7), который после усиления в.усилителе 27 мощности поступает на реверсивный электродвигатель 24 приемного снаряда 2 и обеспечивает (в соответствии с выбранной:полярностью подключения электродвигателя 24 к выходу усилителя 27 мощности) спуск приемного снаряда 2. При достижении этим снарядом глубины И установки генераторного снаряда предлагаемое устройство прекращает спуск приемного снаряда, поскольку при этом достигается равенство величин амплитуды В в центрах секций 10 и 11.

С помощью излучателя 8 (например пьезостриктора при акустическом нрозвучивании массива 36, искусственно закрепленного мочевинно-формаль851311 дегидными смолами) возбуждают зондирующее физическое поле (упругие волны), которое, распространяясь в массиве 36, воспринимается датчиком 12 (акустическим, преобразователем),преобразующим поступающую в него энергию зондирующего поля (механическую энергию упругих колебаний) в электрический сигнал, измеряемый и регистрируемый в пульте 6. Перемещая генераторный снаряд 1 по скважине 35 в интервале исследований, производят поглубинную регистрацию показаний милливольтметра 33 и параметров зондирующего сигнала, поступающего от датчика 12 (например времени прохождения и затухания амплитуды упругой волны в межскважинном пространстве массива 36). При этом предлагаемое устройство, как указано выше, автоматически выводит приемный снаряд

2 на глубину установки генераторного 20 снаряда 1.

Для количественной оценки физических свойств пород массива 36 в межскважинном пространстве (напримбр прочности, водопроницаемости 25 и т.п.) производят поглубинные определения межскважинного расстояния й, например, по известной зависимости от амплитуды вертикальной составляющей вектора магнитной индукции генераторного соленоида 7, воспринимаемой приемным соленоидом и измеряемой с помощью милливольтметра 33, о и приводят вычисления по известным формулам связи измеряемых параметров зондирующего сигнала с физическими свойствами пород массива.

Использование йредлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с известными устройствами повышение оперативности геофизических исследований, снижение трудоемкости работ и повышение качества межскважинных исследований, что существенно повыщает технико-экономические показатели работ при производстве геофизических исследований межскважинного пространства.

Формула изобретения

Устройство для геофизических исследований межскважинного пространства, включающее генераторный снаряд с излучателем зондирующего поля и гене" раторным соленоидом, приемный снаряд с датчиком зондирующего излучения и приемным соленоидом, два каротажных подъемника с кабелями, блок управления подъемник в и пульт геофизической аппаратуры, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения произвопительности и качества исследования межскважинного пространства, приемный соленоид выполнен в виде двух секций, плоскость симметрии которых размещена от центра датчика зондирующего излучения на расстоянии, равном расстоянию между центрами излучения зондирующего поля и генераторного соленоида, причем блок управления подъемников содержит схему сравнения, вход которой подключен к секциям приемного соленоида, а выход через усилитель мощности — к реверсивному электроделителю барабана одного из подъемников.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Геофизика. Гостоптехиздат

1961, т.2, с. 668.

2. Разработка методов и средств контроля противофильтрационных завес в процессе сооружения и эксплуатации. Белгород, ВИОГЕИ, 1976, с. 113-139 {ирототии).