HU210897B - Method and apparatus for systematically testing an earth formation around a borehole - Google Patents

Description

Az eljárás sajátossága, hogy

i) a fúrólyuk (15) mentén lévő vizsgálati helyeken (16,17) időközönként nagy csúcsteljesítményű, pulzáló primer mágneses teret hozunk létre;

ii) mindegyik pulzáló, primer mágneses tér által a rétegben indukált, és annak adataira jellemző szekunder mágneses teret érzékeljük;

iii) majd az így kapott adatokat feldolgozva a fúrólyuk (15) körüli réteg villamos paramétereit meghatározzuk, mégpedig úgy, hogy

a) a szomszédos rétegszerkezetet egy sor felvett vezetőképesség és rétegágy-vastagság adatainak, valamint a pulzáló primer tér aktuális paramétereinek felhasználásával modellezzük, és

b) az a) lépés szerinti modellezés approximált megoldását adott mélységre vonatkozóan a mért szekunder mágneses tér érzékelt komponenseivel összevetjük.

A találmány továbbá eljárás fúrólyuk körüli talajréteg módszeres vizsgálatára, amelynek során a réteg

HU 210 897

A leírás terjedelme: 34 oldal (ezen belül 19 lap ábra)

HU 210 897 B adott mélységében vizsgáló szonda segítségével primer mágneses mezőt hozunk létre, majd a réteg paramétereire jellemző indukált szekunder mágneses mezőt érzékeljük, továbbá

i) a fúrólyuk (15) mentén lévő vizsgálati helyeken (16, 17) időközönként nagy csúcsteljesítményű pulzáló, primer mágneses teret hozunk létre, úgy, hogy egy sugárzó tekercset egy digitális vizsgáló kóddal vezérelten, szelektíven hajtunk meg, amely digitális vizsgáló kódot egy, a földfelszínen (21) lévő számítógéppel/vezérlővel (27) és ezzel összekapcsolt, a vizsgáló szondán (14) elrendezett legalább egy mikrovezérlővel állítjuk elő;

ii) mindegyik pulzáló, a primer mágneses tér által a rétegben indukált, és annak adataira jellemző szekunder mágneses teret érzékeljük;

iii) majd az így kapott adatokat feldolgozva a fúrólyuk (15) körüli réteg villamos paramétereit az elektromágnesség egyenleteinek megoldásával meghatározzuk.

A berendezés pedig a találmány értelmében olyan, hogy a fúrólyuk (15) mentén egy sor állomás van, amelyeken nagy csúcsteljesítményű, időközönként ismétlődő primer mágneses tér-impulzusokat előállító generátora van, az egyes primer mágneses tér-impulzusok által a rétegben indukált szekunder mágneses tér adatait vevő érzékelője van, és a vett adatokat feldolgozó és fúrólyuk (15) körüli rétegnek legalább egy villamos paraméterére jellemző adatot előállító eszköze van, továbbá a feldolgozó eszköz a szomszédos rétegszerkezetet egy sor felvett vezetőképesség és rétegágyvastagság adatainak valamint a pulzált primer tér aktuális paramétereinek felhasználásával modellező eszközt tartalmaz, és a modellezéssel approximált megoldását adott mélységben a szekunder mágneses tér mért érzékelt komponenseivel mélységenként összevető komparátor eszközt tartalmaz.

A találmány továbbá berendezés fúrólyuk körüli talajréteg módszeres vizsgálatára, amelynek a réteg adott mélységében primer mágneses mezőt létrehozó, és a réteg villamos paramétereire jellemző indukált szekunder mágneses mezőt érzékelő vizsgáló szondája van. A berendezésnek egy sor, a fúrólyuk (15) mentén kijelölt vizsgálati hely (16, 17) számára nagy csúcsteljesítményű, időközönként ismétlődő primer mágneses tér-impulzusokat előállító generátora van, amely egy sugárzó tekercset, valamint egy ezzel szelektív működtető kapcsolatban lévő energiaforrást tartalmaz, az energiaforrás egy magnetohidrodinamikus - MHD generátort, valamint töltő és kisütő kapcsolókat tartalmaz, továbbá a primer mágneses tér-impulzusok által a rétegben indukált szekunder mágneses tér komponenseit érzékelő vevőantenna része van; és a vett adatokat feldolgozó, és a fúrólyuk (15) körüli rétegnek legalább egy villamos paraméterére jellemző adatot előállító számítógép/vezérlője (27) van.

A találmány tárgya eljárás és berendezés fúrólyuk körüli talajréteg módszeres vizsgálatára, ahol vizsgáló szonda segítségével primer mágneses tér létrehozása történik, majd az indukált szekunder teret vizsgáljuk.

Az eljárás impulzusüzemben folyik, ami alatt azt értjük, hogy nagy energiájú primer impulzuscsomagokat hozunk létre minden vizsgálati helyen, miközben az indukciós vizsgáló szonda folyamatosan mozoghat a rétegszerkezeten áthatoló fúrólyukban.

A földkéreg rétegszerkezeteinek fúrólyukból történő indukciós vizsgálata egy jól ismert eljárás. Az ismert eljárás szerint állandó erősségű mágneses teret állítanak elő, amely behatol a szomszédos rétegszerkezetbe, amikor is egy adóantennát folyamatosan meghajtanak állandó frekvenciájú és kis folyamatos teljesítményű váltakozó árammal. Egy vevőtekercs szerelvényt általában a szomszédos rétegszerkezetben indukált örvényáramoknak megfelelően villamosán kiegyenlítenek. Az örvényáramok által előállított eredő szekunder mágneses teret használják fel arra, hogy feszültséget indukáljanak a vevőtekercs szerelvényben. Az érzékelt feszültség a szomszédos rétegszerkezet vezetőképességének megfelelően változik. Az érzékelt feszültségnek általában csak a meghajtó árammal fázisban lévő komponensét vizsgálják a rétegszerkezet vezetőképességének vagy ellenállásának a mélység függvényében történő meghatározására.

A fent említett indukciós vizsgálórendszerek működési elvét számos szakirodalom ismerteti. Megfelelő óvintézkedések esetén a folyamatosan érzékelt feszültség közvetlenül és egyenesen arányos a vizsgált rétegszerkezet villamos vezetőképességével vagy ellenállásával, normalizálva a rétegszerkezet szokásos értékeinek tartományára.

Bizonyos működési hatások az ilyen ismert vizsgálórendszerek által előállított adatok pontosságát hátrányosan befolyásolják. Egy ilyen nem-lineáris hatást eredményez elsősorban az örvényáramok különböző részeinek kölcsönhatása, az úgynevezett „bőrhatás”, ami a működési frekvencia függvényében, az adóantenna és a vevőtekercs elrendezés hatásos hosszának függvényében és a szomszédos rétegszerkezet vezetőképességének függvényében változik. Jóllehet ezeket a kifogásolható változásokat jelentős mértékben csökkenteni lehet vagy ki lehet küszöbölni a működési frekvencia- és a tekercsrendszer hatásos hosszának megfelelő megválasztásával, de az ilyen megszorítások a rendszer kívánt pontosságát korlátozzák. Például a rendszer oldalirányú tartományának növeléséhez a tekercsrendszer hatásos hosszát szintén növelni kell, azonban az adóantenna és a vevőantenna közötti nagyobb tekercstávolság megnöveli az érzékelt jel nemlinearitását a bőrhatás következtében.

Több megoldást javasoltak a fentebb említett bőrhatás által okozott nehézség kiküszöbölésére. Az egyik rendszerben egy függvényáramkört alkalmaztak az ér2

HU 210 897 B zékelt jelnek egy előre meghatározott függvény szerinti korrekciójára. Egy másik rendszerben a fázis-kvadratúra jelet (amely hozzávetőlegesen egyenlő az azonos fázisban detektált jel bőrhatásból származó komponensével, a vezetőképesség és frekvenciaértékek adott tartományán belül) kiküszöbölték.

Egy másik hátrányos hatás szintén korlátozza a hagyományos indukciós vizsgálórendszerek által adott eredmények pontosságát. Ez annak a ténynek a következménye, hogy a szomszédos rétegszerkezet heterogén lehet, vagyis több olyan vezetőzóna létezhet a szomszédos rétegszerkezetben, amelynek vezetőképessége eltér a valódi rétegszerkezet vezetőképességétől és a vizsgált rétegszerkezet fölött és alatt lévő rétegszerkezetek válaszjeleket állíthatnak elő. A korábbi módszerekkel gyűjtött adatok tehát ilyen körülmények között alapvető hibákat tartalmaznak.

Egy további hátrányos hatás keletkezik akkor, ha a fúrólyuk fel van töltve fúrási iszappal, amely a fúrólyuk oldalfalán lerakódik, és beszűrődhet a rétegszerkezetbe. Emiatt a fúrólyuk átmérője szintén változik annak megfelelően, hogy a vizsgáló szonda különböző oldalirányú távolságban van az iszaplepénytől az adatgyűjtés közben, ami által további téves adatok keletkeznek.

A fenti hárányos hatások részbeni kiküszöbölésére különböző antenna és ehhez csatlakozó áramköri elrendezéseket terveztek az ismert rendszerekhez, és különböző sugárirányú vizsgálóeszközöket hoztak létre. A különálló eszközöket azonban úgy kellett megtervezni, hogy azok működése független legyen a különböző hátrányos hatások kompenzálásával szemben. Például az egyes jeleket gyakran kompenzálták vagy tornádó diagramok szerint vagy időegység-számítási eljárásokkal, például súlyozó tényezők hozzáadásával. Ezeket a tárolt súlyozó tényezőket oly módon kombinálták, hogy a kérdéses tartománytól eltérő tartományok hatását minimalizálják.

Jóllehet a váltakozó áramú indukciós vizsgálórendszerek hatásosak voltak, azok alkalmazhatóságát nagymértékben korlátozta azok oldalirányú tartománya, azok függőleges irányú felbontása, a valós rétegszerkezet vezetőképessége meghatározásának korlátozott pontossága, valamint az a körülmény, hogy nem voltak alkalmasak az ágyak rétegdőlési szögének meghatározására, vagy a réteganomáliák azimut szögének és tartományának meghatározására.

A fentiek alapján a találmány elé célul tűztük ki egy olyan új és javított indukciós vizsgálati eljárásnak és berendezésnek a kidolgozását, amellyel lényegesen nagyobb pontosság érhető el a tartomány, a felbontás, valamint a kapott eredmények nagyobb megbízhatósága szempontjából.

A találmány eljárás fúrólyuk körüli talajréteg módszeres vizsgálatára, amelynek során a réteg adott mélységében vizsgáló szonda segítségével primer mágneses mezőt hozunk létre, majd a réteg paramétereire jellemző indukált szekunder mágneses mezőt érzékeljük, továbbá (i) a fúrólyuk mentén lévő vizsgálati helyeken időközönként nagy csúcsteljesítményű, pulzáló primer mágneses teret hozunk létre;

(ii) mindegyik pulzáló, primer mágneses tér által a rétegben indukált, és annak adataira jellemző szekunder mágneses teret érzékeljük;

(iii) majd az így kapott adatokat feldolgozva a fúrólyuk körüli réteg villamos paramétereit meghatározzuk, mégpedig úgy, hogy

a) a szomszédos rétegszerkezetet egy sor felvett vezetőképesség és rétegágy-vastagság adatnak, valamint a pulzáló primer tér aktuális paramétereinek felhasználásával modellezzük, és a modellnek a mágneses tér egyenleteire vonatkozó matematikailag approximált megoldását képezzük;

b) az a) lépés approximált megoldását adott mélységre vonatkozóan a mért szekunder mágneses tér érzékelt komponenseivel összevetjük.

A találmány továbbá egy berendezés fúrólyuk körüli talajréteg módszeres vizsgálatára, amelynek a réteg adott mélységében primer mágneses mezőt létrehozó, és a réteg villamos paramétereire jellemző indukált szekunder mágneses mezőt érzékelő vizsgálószondája van. A berendezésnek továbbá egy sor, a fúrólyuk mentén kijelölt vizsgálati hely számára nagy csúcsteljesítményű, időközönként ismétlődő primer mágneses térimpulzusokat előállító generátora van, amely egy sugárzó tekercset, valamint egy ezzel szelektív működtető kapcsolatban lévő energiaforrást tartalmaz. Az energiaforrás egy magnetohidrodinamikus - MHD - generátort, valamint töltő és kisütő kapcsolókat tartalmaz, továbbá a primer mágneses tér-impulzusok által a rétegben indukált szekunder mágneses tér komponenseit érzékelő vevőantenna része van; továbbá a vett adatokat feldolgozó, és a fúrólyuk körüli rétegnek legalább egy villamos paraméterére jellemző adatot előállító számítógép/vezérlője van.

A találmány továbbá egy berendezés fúrólyuk körüli talajréteg módszeres vizsgálatára, amelynek a réteg adott mélységében primer mágneses mezőt létrehozó és a réteg villamos paramétereire jellemző indukált szekunder mágneses mezőt érzékelő vizsgáló szondája van.

A berendezésnek ezenkívül egy sor, a fúrólyuk mentén kijelölt vizsgálati hely számára nagy csúcsteljesítményű, időközönként ismétlődő primer mágneses térimpulzusokat előállító generátora és sugárzó része van. Az egyes primer mágneses tér-impulzusok által a rétegben indukált szekunder mágneses tér komponenseit érzékelő vevőantenna része van; továbbá a vett adatokat feldolgozó, és a fúrólyuk körüli rétegnek legalább egy villamos paraméterére jellemző adatot előállító számítógép/vezérlője van. A számítógép/vezérlő a szomszédos rétegszerkezetet egy sor felvett vezetőképesség és rétegágy-vastagság adatainak, valamint a pulzált primer mágneses tér aktuális paramétereinek felhasználásával matematikailag modellező, azaz az elektromágneses tér egyenleteit matematikai approximációs úton megoldó aritmetikai eszközt tartalmaz. Az aritmetikai eszköz kimenetéhez kötve egy, a mágneses tér modellezéssel nyert komponenseit és a szekunder mágneses tér mért, érzékelt komponenseit vizsgálati helyenkénti mélységenként összevető komparátor eszközt tartalmaz.

HU 210 897 Β

A találmány továbbá eljárás fúrólyuk körüli talajréteg módszeres vizsgálatára, amelynek során a réteg adott mélységében vizsgáló szonda segítségével primer mágneses mezőt hozunk létre, majd a réteg paramétereire jellemző indukált szekunder mágneses mezőt érzékeljük, és (i) a fúrólyuk mentén lévő vizsgálati helyeken időközönként nagy csúcsteljesítményű pulzáló, primer mágneses teret hozunk létre, úgy, hogy egy sugárzó tekercset egy digitális vizsgáló kóddal vezérelten, szelektíven hajtunk meg, amely digitális vizsgáló kódot egy, a földfelszínén lévő számítógéppel/vezérlővel és ezzel összekapcsolt, a vizsgáló szondán elrendezett legalább egy mikrovezérlővel állítjuk elő;

(ii) mindegyik pulzáló, a primer mágneses tér által a rétegben indukált, és annak adataira jellemző szekunder mágneses teret érzékeljük;

(iii) majd az így kapott adatokat feldolgozva a fúrólyuk (15) körüli réteg villamos paramétereit az elektromágnesség egyenleteinek megoldásával meghatározzuk.

A találmányt részletesebben annak előnyeivel és tulajdonságaival együtt az alábbiakban ismertetjük a mellékelt rajzok segítségével.

A raj zokon az

1. ábra a találmány szerinti impulzusüzemű indukciós vizsgálórendszer működését szemlélteti egy, a földkéreg rétegein keresztülmenő, és részben metszetben ábrázolt fúrólyukon keresztül, a

2. ábra az 1. ábrán bemutatott vizsgáló szonda oldalnézete, a

2A. ábra a rendkívül nagy teljesítményű impulzált primer mágneses teret előállító sugárzó tekercs oldalnézetét mutatja, a

2B. ábra a 2. ábrán bemutatott szondán belül elrendezett antennarendszer oldalnézetét mutatja, a

3A-3F, ábrák a találmány szerinti vizsgálórendszer különböző működési jellemzőit szemléltető hullámalakokat szemléltetnek, a

4. ábra az idő, illetve mélység függvényében szemlélteti az impulzált vizsgálórendszert, az

5. ábra egy vezérlő és egy primer teret előállító áramkör kapcsolási elrendezésének tömbvázlata, amely a találmány szerinti elektromágneses energia primer impulzusait állítja elő, a

6. ábra az 5. ábrán látható mágneses teret előállító áramköri elemek egy további tömbvázlata, amely L-R-C teljesítmény áramkört tartalmaz, a

7. ábra az 5. és 6. ábrákon bemutatott kapcsolási elrendezések működését leíró folyamatábrát mutatja, a

8. ábra a 6. ábra szerinti L-R-C teljesítmény áramkör kapcsolási elrendezését mutatja, a

9. ábra a találmány szerinti impulzált primer tér előállítására egy lehetséges változat szerinti plazmagenerátor oldalnézetét mutatja, a

10. ábra a 9. ábrán bemutatott plazmagenerátor helyettesítő áramkörét szemlélteti töltő/kisütő áramkörrel kiegészítve, a

A. és

11B. ábrák a 10. ábra szerinti áramkörrel előállított primer áram jelalakját szemléltetik, a

12. ábra a vezérlő és szekunder érzékelő áramkör kapcsolási tömbvázlatát mutatja, amely páronként csoportosított antennákat tartalmaz a szomszédos rétegszerkezetben indukált szekunder tér érzékelésére, a

A. és

13B. ábrák a 12. ábra szerinti páronként csoportosított tekercsek egy módosítását szemléltetik, amely szerint egy háromkomponenses antennacsoport jön létre, a

14. ábra egy előerősítő áramkört mutat, amely a 12.

ábrán bemutatott kapcsolási elrendezés részét képezi, a

15. és 16.

ábrák egy keverő áramkör részleteit tüntetik fel, amelyek a 12. ábrán bemutatott kapcsolási elrendezés részeit képezik, a

17. ábra a vizsgált rétegszerkezetben indukált szekunder tér detektálására vonatkozó eljárási lépések folyamatábrája, a

18. ábra a fúrólyukon belül a vezérlő kódokat kezdeményező és azonosító digitális vezérlő lépések folyamatábráját szemlélteti, a

19. ábra az analóg-digitális átalakítás folyamatábráját mutatja, a

20. és 21.

ábra az előző lépések folyamatábrái a jelek javítására a javított eredmények biztosítása érdekében, a

22. ábra a találmány szerinti eredmények mátrixos megjelenítését tünteti fel.

A találmány szerinti megoldás lényege vázlatosan az 1. ábrán látható, amely tartalmaz egy impulzusüzemű indukciós 10 vizsgálórendszert a földkéreg 11 rétegszerkezetének vizsgálatára, amelyhez egy sorozat elektromágneses, periodikus 12 impulzust bocsátunk ki, amelyek az indukciós vizsgálat céljára szolgáló primer mágneses teret hozzák létre.

Az „impulzus” kifejezés alatt - amint fentebb már említettük -, azt értjük, hogy a primer mező 12 impulzusait a 11 rétegszerkezetbe besugározzuk, amely besugárzás az időben nem folyamatos, de az impulzusonként! energiaszint gyakorlatilag állandó. Ezenkívül a szonda mozgása a 15 fúrólyukban lehet folyamatos vagy szakaszos, de a mozgás a folyamatos vonallal jelölt 16 vizsgálati helyről legalább a szaggatott vonallal jelölt, másik 17 vizsgálati helyig kell, hogy jusson, amikorra egy második primer energiát besugárzó 12 impulzus keletkezik. Ily módon a 14 szonda mozgásával összhangban a 16 és 17 vizsgálati helyeken jön létre impulzus. Ezáltal egy impulzussorozat jön létre (jel-szünet), amely szünet időtartama (két egymást követő és a 16 valamint 17 vizsgálati helyekkel egybeeső

HU 210 897 Β impulzusok közötti idő) hosszabb kell, hogy legyen, mint a 12 impulzusok időtartama (szélessége).

A 14 szondát először lesüllyesztjük a 15 fúrólyukba, majd ezután kezdjük kiemelni egy 22 görgőn átvetett 19 kötélen keresztül egy 20 csörlő segítségével a 21 földfelszínre. A vizsgáló 14 szondához a villamos csatlakoztatást egy villamos 24 energiaforrásról 23 csúszógyűrűk biztosítják. A vizsgálati mélységet egy 25 kódoló által előállított digitális impulzusok állítják elő egy 26 rögzítő számára.

Amint a 14 szonda a 15 fúrólyukhoz képest mozog, a nagy csúcsteljesítményű elektromágneses 12 impulzusokat a 21 földfelszínen lévő 27 számítógép/vezérlő által előállított digitális vizsgáló kód segítségével állítjuk elő, amely vizsgáló kódot a 14 szondában lévő 28 mikroprocesszor/vezérlő vesz át. A 15 fúrólyukban lévő 28 mikroprocesszor/vezérlő egy, az ábrán fel nem tüntetett teljesítmény-áramkört vezérel, amelynek periodikusan engedélyező jelet továbbít, és a periodikus 12 impulzusok vezérlik a besugárzó 29 tekercsrendszert. Valamennyi 12 impulzus a 11 rétegszerkezetben egy szekunder teret indukál, és az így indukált jeleket a 14 szondában elhelyezett 30 antennarendszer érzékeli. Egy második, szintén a 15 fúrólyukban lévő, az ábrán fel nem tüntetett mikroprocesszor/vezérlő az érzékelt jeleket digitalizálja, és formálja, amely jelek a 27 számítógép/vezérlőhöz kerülnek átvitelre. Mivel a 14 szondának a rendszert érintő lényeges részei vannak, ezt részletesebben ismertetjük a 2. ábra kapcsán.

A 2. ábrán látható módon a 14 szonda fel van osztva egy 35 utasító részre, amelynek 36 felső vége a 19 kötélre van felfüggesztve. A 35 utasító rész ezzel ellentétes 38 alsó végéhez egy 40 sugárzó rész tartozik. A 40 sugárzó rész átmérője hasonló a 35 utasító rész átmérőjéhez, amely két rész egymással egy 41a galléron keresztül van mechanikusan összekötve. A 40 sugárzó rész egy 44 távtartó részhez csatlakozik egy 41b galléron keresztül, és a 44 távtartó rész hasonló módon egy 41c galléron keresztül csatlakozik egy 45 vevőantenna részhez. A 45 vevőantenna rész viszont egy hasonló kialakítású 41 d galléron keresztül van összekötve egy hagyományos 46 iránymérő résszel, amely magnetométereket és gyorsulásmérőket tartalmaz, amely az iránymérés eredményeit a felszínre továbbítja. Ilyen 46 iránymérő részt hoz forgalomba a Tensor Incorporated (Austin, Texas) cég.

A 40 sugárzó rész és a 45 vevőantenna rész kialakításánál figyelemmel kell lenni arra, hogy azok nemmágneses anyagból legyenek, míg a 44 távtartó rész elegendően erős anyagból kell legyen ahhoz, hogy megfelelően ellenálljon a mechanikus feszültségeknek, anélkül azonban, hogy túlságosan nagy súlynövekedés jönne létre. Ilyen anyag például az üvegszálerősítéses műanyag. A 40 sugárzó részen belül egy indukciós sugárzó 50 tekercs van, amely részletesebben a 2A. ábrán látható.

A 2A. ábrán látható induktív 50 tekercsnek az a célja, hogy nagyteljesítményű primer elektromágneses energia-impulzust állítson elő.

A sugárzó 50 tekercs áramának megfelelően előállított mágneses energia egy mágneses dipólként jellemezhető (erőssége egyenlő az áramnak, a keresztmetszetnek és az 50 tekercs menetszámának szorzatával). Ily módon rendkívül nagy impulzusok állíthatók elő, mivel a tekercs felmelegedése nem jelent korlátozást, és nagy folyamatos teljesítményű tápegység nincs jelen. A nagy teljesítményt tárolt energia kisütésével hozzuk létre, amely tárolás villamos vagy kémiai alakban jöhet létre.

Ily módon az 50 tekercs elektromágnesesen ellen kell álljon nagy áramimpulzusoknak, amely a nagy elektromágneses tér előállításához szükséges a jelen találmány szerint. Következésképpen az 50 tekercs 51 menetei egy központi 52 mag köré vannak feltekercselve, amelynek a keresztmetszete a követelményeknek megfelelően elegendően nagy kell, hogy legyen. A mechanikai szerkezetet 53 fejrészek zárják le. A 2A. ábrán látható, hogy a sugárzó 50 tekercs függőleges irányban van polarizálva, vagyis az előállított mágneses tér a 14 szonda és a 15 fúrólyuk tengelyének irányába esik. A sugárzó 50 tekercs vízszintes irányba is irányítható szükség esetén.

A 45 vevőantenna rész belsejében lévő vevő 54 antennarendszer egymástól tengelyirányban térközzel elválasztott vevőtekercsekből áll, és részletesebben a 2B. ábrán látható. Az 55 középső részen vevőtekercsekből álló párok vannak elhelyezve, amelyek mindegyike egy-egy A], A₂...A₁₂ antennacsoportot alkot. Ezek az A]... A₁₂ antennacsoportok két induktív 56, 57 felvevő tekercsből állnak, amelyek az 58 magra egymással ellentétes értelemben vannak tekercselve, és így az azonos módusban indukált jelet semlegesítik. A szomszédos A]...A₁₂ antennacsoportokból származó jeleket villamosán keverjük, így a digitalizált jel a mágneses tér görbületének második deriváltját képviseli, Az 54 antennarendszer végein lévő 59 tekercsek együttesen alkotnak egy hasonló A₁₃ antennacsoportot. Mindegyik csoportban (egymással ellentétes irányban tekercselve) a menetek száma fordítottan arányos az A]...Ai3 antennacsoportnak a 2A. ábra szerinti forrás 50 tekercs középpontjától mért L_]( L₂, L₃, ..., L_e, ... távolság köbével, ami által könnyebbé válik az első differenciálás. Az A_P..A₁₃ antennacsoportok számát csak a rendelkezésre álló teljesítmény korlátozza.

A rétegrendszer ellenállás eloszlásának információját a mágneses tér görbülete tartalmazza. Nagy térbeli felbontás esetén ez az információ általában 80-120 dBlel kisebb, mint valamennyi csoport helyén mért mágneses tér csúcsértéke. Mivel a rendelkezésre álló erősítők dinamikatartománya mintegy 100-110 dB, a jelet az ellentétes tekercs eljárással differenciálni kell annak érdekében, hogy megelőzzük az előerősítők dinamikatartományának határolását.

Amint alább még kifejtjük, valamennyi A]...A₁₂ antennacsoport egymással szomszédos csoportjai tengelyirányban egymástól állandó D távolságra vannak elhelyezve. A szomszédos rétegszerkezeten belül indukált szekunder tér detektálásakor a jelen találmány szerint a mágneses térnek nagyon pontos mérésére van szükség a vevő 54 antennarendszer segítségével. Amint

HU 210 897 B fentebb már említettük, a rétegszerkezetre jellemző információ szintje 80-120 dB-lel kisebb a mért jelnél. Azonban a kapott adatot digitalizálva az pontosan feldolgozható és továbbítható vezetéken keresztül minden további minőségromlás nélkül. Abban az esetben, ha a kapott adatokat nem digitalizálnánk magában az eszközben, akkor a jelek az átviteli veszteségek következtében lecsökkennének és az információ helyrehozhatatlanul elveszne.

Ebben a vonatkozásban a jel gyűjtését a jelen leírás értelmében mint a jel antennával való vételét, erősítését, keverését más jelekkel, digitalizálását és magában az eszközben történő tárolását értjük, a 21 földfelszínen lévő 27 számítógép/vezérlőhöz történő átvitel előtt.

Amint fentebb már említettük, az impulzusok előállítása és az adatgyűjtés a 14 szondának a 15 fúrólyukban történő mozgásával összhangban történik egy, a 21 földfelszínen lévő 27 számítógép/vezérlő segítségével, amely együttműködik a mérés helyén lévő 140 mikroprocesszor/vezérlővel. Ezek együttesen egy számítógéphálózatot alkotnak, amely előállít egy vizsgáló (utasító) jel/szünet impulzuskódot, amely módszeresen vezérli a vizsgálati műveleteket.

A 4. ábrán látható, hogy a mérőállomások mérő- és válaszjelei célszerűen egymást időbelileg átlapolhatják. Az A]...A₁₃ antennacsoportok mindegyike a sugárzó 50 tekercstől egy L]...L_J2 tengelyirányú távolságra van (2. ábra). így egy sor, egymást időben átfedő mágneses tér mérési eredményt kapunk, mindkét mérőállomáson. Hy módon az oldalirányú tartományokra elvárt felbontóképesség (ami a sugárzó 50 tekercs és az 54 vevőtekercsek közötti L_e távolság függvénye) különválasztható a teljes szerkezetvizsgálattól, mivel a rétegszerkezet mélységi irányban egymásutáni rétegekhez tartozó válaszjelei az egyes Αι·..Α₁₃ antennacsoportoknak a sugárzó 50 tekercshez képesti L]...L_]3 tengelyirányú távolságával függ lineárisan össze.

A vezetőképesség értékeinek vizsgálatához mintegy 7500 Hz üzemi frekvenciát tételezünk fel, az antennacsoportok közötti D távolság 1 méter, és az L_e átlagos tekercstávolság (2. ábra) 8 méter. A kísérletek azt mutatták, hogy a 14 szonda maximális oldalirányú méréstartománya mintegy 100 méter, miközben a függőleges rétegszerkezet felbontása mintegy 1 méter. 15 kHz üzemi frekvencia esetén, és az antennacsoportok közötti D távolságot mintegy 200 mm-re választva, és az L_e átlagos tekercstávolságot (2. ábra) 3 méterre választva, a kísérletek azt mutatják, hogy a 14 szonda maximális oldalirányú tartománya mintegy 15 méter, miközben a vertikális rétegfelbontás mintegy 200 mm.

A 4. ábrán láthatóan az impulzus előállítása, érzékelése, erősítése és digitalizálása együttesen egy állandó 77 vizsgálati intervallumot határoz meg, amely a 78 impulzusintervallumhoz képest hosszú, de sokkal kisebb, mint a 76 ismétlődési intervallum. A 77 vizsgálati intervallum az egyéb műveletekhez szükséges időhöz, például az adatoknak a 21 földfelszínre történő átviteléhez képest kicsi, ezért a kitöltési tényező nagyon kicsi, például 0,0001 vagy ennél is kisebb. Ezen túlmenően elegendő idő áll rendelkezésre az érzékelt jelek digitalizálására az egyes mérőállomások között, amely digitalizálást egy vagy több, a 15 fúrólyukban lent levő 140 vezérlő/mikroprocesszorokkal végezzük. A 78 impulzusintervallum is elegendően rövid kell hogy legyen ahhoz, hogy a 14 szonda felfelé történő mozgása elhanyagolható legyen.

A vizsgálat folyamata közben a 14 szonda mozgási sebessége másodpercenként 3-9 méter között van. A 76 ismétlődési intervallum ilyen mozgási sebességnél nincs normalizálva a 14 szonda sebességére, de függővé van téve a mérőállomás mélységétől. A mélység (vagy mérőállomás helye) állandóan és pontosan figyelve van a 27 számítógép/vezérlő által (1. ábra) a 21 földfelszínen egy, a mélységet érzékelő 25 kódoló által. Mivel minden egyes mérőállomás mélysége a 14 szonda teljes mozgása mentén előre meghatározható, így a 27 számítógép/vezérlő memóriájában elhelyezett adatokból a 14 szonda számára továbbított indító utasítások automatikusan előállíthatók.

A 3A. és 3B. ábrák részletesen mutatják a primer elektromágneses mező jelleggörbéjét. Ezekben a jelalakábrákban a vízszintes tengelyre az indukciós vizsgáló eljáráshoz használt 78 impulzusintervallumra normalizált időt vettük, míg a függőleges tengelyre különböző villamos mennyiségek vannak felvíve.

A 3A. ábra a forrástekercs meghajtó áramának és meghajtó feszültségének általános jelleggörbéjét mutatja.

Az idő függvényében a meghajtó feszültség azonnal 0-ról V_cap feszültségre ugrik, és a 61 áram jelalak az ábrázolt csillapított rezgésnek megfelelően kezd változni a 62 feszültség jelalakhoz képest késésben. Ennek eredményeként egy nagy erősségű, az idővel változó 65 mágneses tér alakul ki a 3B. ábrán látható alakban. Ennek viszonylag nagy 66 csúcsértéke egy viszonylag nagy teljesítményű impulzus hullámformát eredményez, amely gyakorlatilag a környezeti zajszint fölött van. Figyelemre méltó a jelalak nagy meredeksége. Az ilyen jelalak elősegíti a frekvenciakomponensek teljes tartományának előállítását. Az indukált mágneses tereket végül az 54 antennarendszer érzékeli, amelynek hasonló frekvencia-karakterisztikái vannak, és ezek a jelek összefüggésben vannak a kérdéses rétegszerkezet paramétereivel (például a vezetőképességgel, ellenállással vagy dielektromos állandóval).

Szakember számára nyilvánvaló, hogy a 3B. ábra szerinti 65 mágneses tér amplitúdójának változása megegyezik a 3A. ábra szerinti 61 áram jelalakkal. Ismeretes az is, hogy a 65 mágneses tér egy mágneses indukció primer terét hozza létre, amelyben a mágneses térerősség időbeni változása megfelel az indukciós tér változásának. Örvényáramok hiánya esetén az egyetlen indukciós tér a fonás indukciós tere lesz, amelyet a primer 65 mágneses tér állít elő. Ezért a vevő 54 antennarendszerben indukált feszültség arányos lesz ennek a térerősségnek az időbeni változásával.

A 3D., 3E. és 3Ε ábrák szemléltetik a különböző környezetekben keletkező 65 mágneses teret.

Ebben a vonatkozásban megjegyzendő, hogy a szekunder indukciós tér a vevő tekercsrendszerében olyan feszültséget indukál, amely a szomszédos rétegszerke6

HU 210 897 Β zet vezetőképességével összhangban változik. Mivel az indukált feszültség fázisban van a 3A. ábra szerinti meghajtó 61 áram jelalakkal, így változása a primer indukált térhez képest közvetlenül jellemző a rétegszerkezet vezetőképességére vagy ellenállására.

A 3D., 3E. és 3F. ábrákon látható, hogy az örvényáramok befolyásolják az érzékelt 71,72 és 73 jelalakok 69 csúcsértékét, amely örvényáramok nagy, közepes és kis ellenállású rétegszerkezetekből származnak. Mivel az ilyen örvényáramok egy szekunder indukciós teret hoznak létre, amely a primer áramok ellenében hat, a nagy vezetőképességű környezet hozza létre a legnagyobb szekunder indukciós teret, amely a primer indukciós tér ellenében hat. Ilyen szekunder tér befolyásolja mindegyik antennacsoportot és azokban olyan feszültségkomponenst indukál, amelynek a jelalakja megfelel a 3A. ábra szerinti 62 feszültség jelalaknak.

Az 5-11. ábrák szemléltetik a vizsgálat céljára szolgáló nagyteljesítményű primer mágneses tér impulzusok előállítására szolgáló kapcsolási elrendezést.

Amint az az 5. ábrán látható, a 27 számítógép/vezérlő össze van kötve egy, a 15 fúrólyukban elrendezett 80 mikrovezérlővel egy 79 teljesítmény/adatbuszon keresztül, és ezen keresztül a 81 energiaforrással is.

Egy 82 L-C-R hálózatot a kisütése előtt kisteljesítményű csepptöltéssel feltöltünk, amelyhez a 15 fúrólyukban elrendezett 83 tápegységet használjuk fel. A 83 tápegységet egy 84 vezérlőhálózat vezérli. Látható az ábrán, hogy egy 85 energiabusz biztosítja a villamos energia útját a 15 fúrólyukban elhelyezett 80 mikrovezérlő számára, és ezzel együtt a 81 energiaforrás számára is. A vezérlőjelek ugyanezen áramkörök között haladnak, de ezek a 86 adatbuszon keresztül kerülnek átvitelre, A 86 adatbuszt a 87 vezérlőegység vezérli egy 88 mikroprocesszor és 89 memória által. A sugárzó 50 tekercs közé elhelyezett 91 fluxus mérőtekercset tartalmazó 90 visszacsatoló hurok azonosítja az 50 tekercs mágneses terének az amplitúdóját az idő függvényében.

A 21 földfelszínen és a 14 szondán elhelyezett két elektróda közötti természetes eredetű potenciálkülönbség észlelésére szolgál a 92 mérőáramkör.

A 6. ábrán a 81 energiaforrás 84 vezérlőhálózata látható részletesebben.

Amint látható, a 84 vezérlőhálózat célja a nagy- és kisfeszültségű 93, 94 tápegységek figyelése. Tartalmaz egy 95 szabályozót, egy 96 feszültségfigyelő áramkört és egy 97 időzítő áramkört, amely együttműködik a 96 feszültségfigyelő áramkörön belül lévő analóg-digitális átalakítóval (a rajzon nem látható), tartalmaz továbbá egy 98 fluxusfigyelő áramkört.

A 98 fluxusfigyelő áramkör egy passzív RC integráló áramkört tartalmaz, amely a 96 feszültségfigyelő áramkörön belül lévő, de az ábrán fel nem tüntetett analóg-digitális átalakítóhoz csatlakozik. Ilyen módon a fluxussal arányos feszültséget a szabályozás céljára digitalizáljuk. A 95 szabályozó tartalmaz egy feszültségosztó áramkört egy műveleti erősítővel sorbakapcsolva. Kiegyenlítetlen állapot esetén a műveleti erősítő kimeneti jelét az analógdigitális konverter digitális jellé alakítja át. Hasonlóképpen a 96 feszültségfigyelő áramkör tartalmaz egy feszültségosztót, amely a 93 tápegység kimenő feszültségét figyeli ugyanazon az analóg-digitális átalakítón keresztül, és ily módon az 5. ábrán látható 80 mikrovezérlő számára állít elő jelet. A 97 időzítő áramkör egy számlálót tartalmaz, amely egy kapcsolót vezérel az alábbiakban részletezendő módon annak érdekében, hogy a primer tér hullámalakját javítsa.

A 80 mikrovezérlő és a 84 vezérlőhálózat működését a 7. ábrán bemutatott 100 folyamatábra alapján ismertetjük.

A következőkben egy vizsgáló állomásról lesz szó. A 80 mikrovezérlőben először előállítunk egy 101 törlési parancsot, majd ezután a 102 művelettel egy töltő kapcsoló engedélyezési időt tárolunk egy, az ábrán fel nem tüntetett regiszterben. Ezt követően a 103 művelettel egy késleltetési időintervallum adatot töltünk egy másik regiszterbe. Miután a 104 művelettel a kívánt letörést feszültségszint értéket egy még további regiszterbe betápláltuk, az egyenáramú tápegységet a 105 művelettel energiával látjuk el, a feszültséget megfigyeljük és vizsgáljuk a 106, 107 és 108 műveletekkel, majd ezután sorban a 109 és 110 műveletekkel először adatgyűjtési utasítást, majd alaphelyzetbe visszaállító utasítást adunk ki.

Annak érdekében, hogy a 106,107 és 108 műveletek vizsgáló utasításainak természetét ellenőrizzük, meghatározzuk a feszültségszinteket a 6. ábra kapcsán fentebb már említett 84 vezérlőhálózat 95 szabályozóján, 96 feszülségfígyelő áramkörén és 97 időzítő áramkörén. Ezután az eredményeket a felszínre továbbítjuk a 80 mikrovezérlőhöz. Ezeknek a célja az 5. ábrán látható sugárzó 50 tekercs által kisugárzott impulzus alakjának, amplitúdójának és időtartamának a vezérlése, miután engedélyeztük a 112 L-C-R teljesítmény áramkört.

A 8. ábrán a 112 L-C-R teljesítmény áramkör látható részletesebben.

Ennek az áramkörnek az a feladata, hogy kis teljesítményen, 50 W teljesítménnyel engedélyezze a feltöltődési egy meghatározott időintervallum alatt, majd a töltéseket kisüsse a sugárzó 50 tekercsen keresztül nagyon rövid idő alatt, például 60 psec alatt. A csúcsteljesítmény elérheti a 100 MW-ot is, jellemzően az 50 MW-ot. Ez azt jelenti, hogy a találmány szerinti megoldás rendkívül nagy csúcsteljesítményt hoz létre mérsékelt átlagos teljesítmény mellett, mivel nagyon kis kitöltési tényezővel működik; az impulzus kisütési idő sokkal rövidebb, mint a töltési idő.

A 112 L-C-R teljesítmény áramkör tartalmaz egy 113 töltőáramkört, amely feltölti az energiát tároló 114 kondenzátorokat egy előre meghatározott feszültségre. A 112 L-C-R teljesítmény áramkör tartalmaz továbbá egy 111 kisütő áramkört, amelyen keresztül a 114 kondenzátorokban tárolt energia gyorsan kisül, és létrehoz egy nagy erősségű áramlökést a sugárzó 50 tekercsben. Kezdetben a 115, 116 és 117 kapcsolók nyitva vannak. Digitális utasításra a 115 kapcsoló a 113 töltőáramkörben záródik és a 114 kondenzátorok feltöltődnek egy szabványos nagyfeszültségű 118 töltő tápegységről. Amikor a 114 kondenzátorokon a töltési feszültség egy előre meghatározott értéket elért, például 5000 V-ot,

HU 210 897 Β akkor a 115 kapcsoló kinyit, és az impulzusüzemű tápegység a begyújtásra készen áll. A 21 földfelszínen lévő' 27 számítógép/vezérlő által kiadott begyújtási utasításra a 116 kapcsoló záródik. A 114 kondenzátorok energiája ekkor kisül a fő 111 kisütő áramkörön keresztül, amely tartalmazza a 114 kondenzátorokat, a sugárzó 50 tekercset és különböző veszteségi ellenállásokat és induktivitásokat, amelyek a fenti áramkör elemekhez tartoznak.

A kisülés egy, a 3A. ábrán látható módon egy L-CR áramkörre jellemző alakú. Ha a veszteségi ellenállások kicsik, akkor az áram hullámforma oszcillál és kismértékben csillapodik. Ennek az az előnye, hogy a kisugárzott energia az oszcilláció alapfrekvenciája körül koncentrálódik. Ilyen kisülés spektruma látható a 3C. ábrán, amelynek maximális értéke 15 kHz-nél van.

A kisülés jelalakja befejezhető bármely kívánt időpillanatban, és megváltoztatható a kisülő áram frekvenciaspektruma. Ez azért lehet kívánatos, hogy kiszélesítsük azt a frekvenciaspektrumot, amely az analízishez szükséges. A kisülő impulzus megszakítható a 117 kapcsolónak a megfelelő időpillanatban történő zárásával. Ez a 117 kapcsoló a 114 kondenzátorok kisülő áramát eltereli egy nagyteljesítményű 120 ellenállás felé, amely gyorsan elnyeli az energiát, és lecsillapítja az áram jelalakját.

A 9-11. ábrák egy, a 8. ábrán bemutatott 112 L-CR teljesítmény áramkört helyettesítő impulzusüzemű energiaforrást szemléltetnek, amely egy impulzusüzemű plazma magnetohidrodinamikus 122 energiafonást tartalmaz (PPMHD).

Az impulzusüzemű plazma magnetohidrodinamikus 122 energiaforrásnak az az előnye, hogy a 111 kisütő áramkör energiájának nagyobb részét egy robbanó patron vegyi energiájából nyerjük. A gyakorlati fúrólyuk vizsgáló eszközöknél a villamos energia néhányszáz wattra korlátozódik, amelynek legnagyobb része a vizsgáló eszköz különböző elektronikai áramköreinek és motorjainak táplálására fordítódik. Másrésztől az MHD 122 energiaforrás a villamos energiának csak egy kis részét veszi igénybe, de mégis egy rendkívül nagy teljesítményű elektromágneses impulzust tud előállítani, és a rendkívül nagy tartományú vizsgálatokhoz alkalmazható előnyösen, ahol is a felbontóképesség korlátozott, és egy vizsgálati menet alatt minimális impulzusra van szükség. 10-30 kJ energiát lehet kisütni például néhányszor 10 psec alatt egy sugárzó tekercsen keresztül, amelynek a csúcsteljesítménye 500-5000 MW. Ezzel kapcsolatban hivatkozunk az US 3 878 409 számú szabadalmi leírásra, amelynek a címe „Robbantással működtetett villamos teljesítménygenerátor rendszer”.

Működés közben a 122 energiaforrás robbantással aktiválódik. A 9. ábrán látható módon a 123 patronban levő kémiai 126 robbanóanyag és a 127 térben lévő argongáz felrobban. A gáz ionizálódik, és nagy sebességgel áramlik a 128 csatornába. A plazma 124 tekercsek által előállított mágneses téren keresztül áramolva egy, a rajzon fel nem tüntetett tekercsekre csatlakozó 129 elektródák között energiát hoz létre.

A 10. ábra a begyújtás műveletét szemlélteti.

Az ábrán látható, hogy egy segédkapacitás töltő-kisütő 130 áramkör állítja elő a mágneses teret a 122 energiaforrás részére. Egy kis energiatároló 131 kondenzátor feltöltődik, és a begyújtási parancsra kisül egy, az MHD 122 energiaforrást körülvevő 132 tekercsen keresztül. Amikor az áram ebben a 132 tekercsben a maximumát éri el, akkor a 123 patront felrobbantjuk, és a nagy vezetőképességű plazma nagy sebességgel áramlik keresztül, amint azt fentebb már említettük. A mágneses téren keresztül nagy sebességgel mozgó plazma nagy teljesítményű villamos energiát hoz létre egy Farady MHD eljárásnak megfelelően. Ezt a kimenő áramimpulzust vagy kisebb árammá és nagyobb feszültséggé transzformáljuk, vagy közvetlenül a sugárzó 50 tekercshez vezetjük, amely előállítja a mágneses dipólust.

A 133 kapcsoló nyitott állásában a 134 kapcsoló zárva van, amin keresztül a kis 131 kondenzátor feltöltődik, Amikor a 131 kondenzátor fel töltődött, a 134 kapcsoló kinyit. A gyújtási utasításra a 133 kapcsoló záródik, és a 131 kondenzátor a mágneses teret előállító 132 tekercsen keresztül kisül. Amikor a 132 tekercs árama maximális értéket ér el, akkor a 123 patront felrobbantjuk, és az MHD generátor áramot kezd termelni. Az MHD generátor akkor kapcsolódik be, amikor a plazma impulzus eléri az elektródákat, amelyek a mágneses téren belül helyezkednek el.

Egy tipikus 135 áramimpulzus látható a 11 A. ábrán. Az ennek megfelelő 136 frekvenciaspektrum a 11B. ábrán van feltüntetve. Ez a 135 áramimpulzus nagyon széles tartományú 136 frekvenciaspektrumot hoz létre. A 135 áramimpulzus nagy amplitúdója következtében a spektrális energiasűrűségek nagyon magasak, és néhány száz Hertz-től 50 kilohertz-ig használható.

A 12-19. ábrák szemléltetik az indukált jelek amplitúdó-lefolyását az idő függvényében érzékelő áramkört, amelyhez a 15 fúrólyukban lévő 140 vezérlő/mikroprocesszort használjuk fel a felszínen lévő 27 számítógép/vezérlővel együtt.

A12-19. ábrákon látható áramkörnek az a célja, hogy a 2. és 2B. ábrákon bemutatott Aj...A₁₃ antennacsoportok által leadott jelet egyesítse, és ezáltal egymást átfedő mágneses térről kapott mérési eredményeket dolgozzon fel. Ily módon az oldalirányú tartománnyal szemben támasztott követelmény (amely függvénye a sugárzó 50 tekercs és az A]...A₁₃ antennacsoportok közötti L]...L_]3 távolságnak) függetleníthető a 10 vizsgáló rendszenei szemben támasztott követelményektől. Megjegyzendő továbbá, hogy valamennyi műveletet a 21 földfelszínen elhelyezett 27 számítógép/vezérlő és a 15 fúrólyukban lévő 140 mikroprocesszor/vezérlő áramkör közötti kapcsolat által előállított digitális vezérlés működtet, amint az a 12. ábrán látható.

A 12. ábra részletesen szemlélteti a 140 mikroprocesszor/vezérlő felépítését.

Az ábrán látható, hogy a 140 mikroprocesszor/vezérlő egy 141 adatbuszon keresztül össze van kötve a 27 számítógép/vezérlővel. A 140 mikroprocesszor/vezérlő tartalmaz egy vezérlő áramkört. A vezérlő áram8

HU 210 897 Β kör vezérli a 142 előerősítő hálózatot, a 143 keverőáramkört, a 144 analóg-digitális átalakítót, és a 145' mikroprocesszort, amelyhez a 146' memória csatlakozik. Ez a hálózat érzékeli és digitalizálja az 54 antennarendszerben indukált jeleket.

A 13A. és 13B. ábrák sematikusan illusztrálják, hogy a tekercspárokból álló és a 2B. ábrán látható Aj...A₁₃ antennacsoportoknak megfelelő elemek hogyan alakíthatók egy háromkomponenses 150 elrendezéssé, ahol is az Aj csoport meg van háromszorozva oly módon, hogy az egyes tekercshármasok 151, 152 vagy 153 tengelye közül bármelyik merőleges a másik két tengelyre.

A14. ábrán a 142 előerősítő áramkör látható részletesebben. Az ábrán láthatóan az A] antennacsoportból származó növekmény különbségijei a 147 zárótranszformátoron és 148 kapcsolókon áthaladva a 146 erősítőre, majd ennek kimenetére kerül. A 146 erősítőben történő felerősítés után a különbségi jel a 143 keverőáramkörbe jut.

A 142 előerősítő áramkört kis zajúra, nagy közös módusú elnyomásúra, és nagy erősítés-sávszélesség szorzatára méretezzük annak érdekében, hogy a hőmérsékleti hatásokat minimalizáljuk. A 146 erősítő előtt és után kompenzáló 150 csillapító hálózatot alkalmazunk, amelyek segítségével a szomszédos antennák szintjeit tudjuk beállítani annak érdekében, hogy a kevert jelek jó differenciálását lehessen elérni.

A jel elválasztására egy második 149 erősítő van alkalmazva, így a jel további elektronikus erősítése, csillapítása vagy keverése nem rontja le a jel-zaj viszonyt. A 149 erősítő előtti második fokozatú erősítést megelőzően meghatározzuk minden egyes antenna esetében a jel-zaj viszonyt, ami a lehetséges legnagyobb jel-zaj viszony.

A15. és 16. ábrák a 143 keverő áramkört ismertetik részletesebben.

Amint a 15. ábrán látható, a 2B. ábra szerinti utolsó A₁₃ antennacsoportból származó S_o jel erősítését és fázisát kinullázzuk egy változtatható 200 ellenállás és 201 kondenzátor értékeinek megfelelő változtatásával. Ily módon az egyes Aj antennacsoportok jelei könnyen kalibrálhatok. A 204, 205 erősítők nem-invertáló 202, 203 bemenetén állítjuk be a jelszinteket, ami a kalibrálási eljárás egy további lépése. A 205 erősítő bemenetén és kimenetén lévő 206a, 206b szűrők a jelből eltávolítják a nemkívánt kis és nagyfrekvenciás komponenseket, amelyeket az eszköz egyenáramú tápegysége és az L-R-C áramkör hoz létre.

Amint az a 16. ábrán látható, az A]...A₁₂ antennacsoportokból származó rendre S₁-S_]2 jelek közül valamely Sj.-.Sn jelet és a rákövetkező S₂...S₁₂ jelet súlyozott összeadással keverjük, de előbb az erősítés és a fázis a változtatható 210 ellenállások és 211 kondenzátorok értékének megfelelő megváltoztatásával nullázva van. A 212 kapcsoló hálózaton keresztülhaladva a kalibrációs eljárás további lépése történik azáltal, hogy a 214 erősítőnek csak a 213 nem-invertáló bemenetén megjelenő jel szintjét normalizáljuk. A 215 és 216 szűrők a jelről leválasztják a nemkívánt frekvenciájú komponenseket, amint azt fentebb már említettük.

A 143 keverő áramkörön áthaladva a jeleket a 12. ábrán látható 144 analóg-digitális átalakító digitalizálja. A 144 analóg-digitális átalakító dinamika tartománya előnyösen legalább 12 bit és a digitalizálás aránya 100 kHz 1 MHz-re. Digitalizálás után a jeleket a 15 fúrólyukban elhelyezett és a 12. ábrán látható 146' memóriában tároljuk, és a tárolt jelek itt várják a 27 számítógép/vezérlőtől az utasítást a föld felszínére történő átvitelre.

A 17. ábrán a jel detektálásának műveleteit részletesen bemutató 250 folyamatábra látható. Feltételezzük, hogy van egy vizsgálóállomásunk. Először a jel 251 előerősítése történik. Ezt követően 252 keverés jön létre. Ezután a jelet 253 szűrésen és 254 analóg-digitális átalakításon vezetjük át, miután egy 255 állapotvizsgálatot végzünk, és abban az esetben, ha a felhasználó a 15 fúrólyukban nem kívánja elvégeztetni az adatok Fourier-transzformációját, akkor engedélyezi a 21 földfelszínre az adatátvitelt. Ha Fouriert-ranszformációra szükség van, akkor az adatokat a 80 mikrovezérlőhöz 256 adatátvitel utasításra a 257 Fourier-transzformáció elvégzésére hozzávezetjük. Ezt követően a Fouriert-ranszformált adatokat 258 utasításra a 21 földfelszínen lévő 27 számítógép/vezérlőhöz történő 259 adatátvitelnek vetjük alá.

Ezen túlmenően a digitalizált szekunder mező jeleinek gyűjtésére három további adatjelet kell gyűjteni. Az első egy fluxusfigyelő jel, amelyet a 6. ábra szerinti 98 fluxusfigyelő áramkör állít elő. A 98 fluxusfigyelő áramkör kimeneti jele arányos a kiadott jel mágneses dipól momentumával, amint az fentebb már említettük. A 98 fluxusfigyelő áramkörből származó jelet erősítjük és szűrjük a digitalizálás előtt. Ezt a jelet nem keverjük, de felhasználjuk a nagyteljesítményű impulzus kisütő áramkör helyes működésének ellenőrzésére, valamint az antenna jeleinek normalizálására az impulzusonként fellépő különbségek korrekciója érdekében.

Spontán feszültségmérést és/vagy gamma-sugárzásmérést szintén végzünk. Ezek ipari szabványmérések és a jelen vizsgálat, valamint másik vizsgálatok közötti összefüggések megállapítására használjuk.

A jelen találmány szerinti vizsgálat műveleteit egy megfelelően programozott digitális vizsgáló kóddal végezzük a 21 földfelszínen lévő 27 számítógép/vezérlővel, valamint a 15 fúrólyukba leeresztett 140 mikroprocesszor/vezérlő és 80 mikrovezérlő segítségével. Kezelés:

1. A vizsgáló szerszámot leeresztjük a 15 fúrólyukba a 19 kötélen keresztül. Ez idő alatt ellenőrizzük az eszköz állapotát és az átviteli vonalakat. A 142 előerősítő áramkör megfelelő működéséről háttéradatokat gyűjtünk.

2, Amikor az eszköz a 15 fúrólyukban a felhúzásra készen áll, akkor a vizsgálati sorozat elkezdődik. A felvonó kezelőszemélyzete gondoskodik arról, hogy a vizsgáló eszköz felhúzása megállás nélkül, folyamatos legyen. Abban az esetben, ha az eszköz a 15 fúrólyukban megáll, akkor nagy a valószínűsége annak, hogy megakadt. Az impulzusüzemű vizsgáló eszköznek egyik nagy előnye, hogy az adatok a fel9

HU 210 897 Β húzás sebességétől függetlenek, így a felhúzó 19 kötelet kezelő személyzet függetlenítve van a gyűjtött adatok minőségétől.

3. A vizsgáló eszköznek meghatározott mélységekben impulzusokat adunk. A vizsgáló eszköz felhúzási sebességét úgy választjuk meg, hogy az eszköz a meghatározott mélység elérésekor „tüzelésre” kész állapotban legyen. A pontos mélységi adatokat a felvonó 20 csörlő folyamatosan továbbítja a 21 földfelszínen lévő 27 számítógép/vezérlőbe.

4. A 27 számítógép/vezérlő által adott „tüzelés” utasítására, a vizsgáló kód impulzusaira a következő események történnek, az alábbi sorrendben:

- az adatgyűjtő rendszer bekapcsolódik;

- all kisütő áramkör kapcsolója záródik a sugárzó tekercs áramimpulzusának megkezdésére;

- az adatgyűjtés a tüzelés utasítás után mintegy

2,5 msec-mal befejeződik;

- a 28 mikroprocesszor/vezérlő kezdeményezi az energiatároló 114 kondenzátorok feltöltését;

- az antenna modulban lévő 28 mikroprocesszor/vezérlő valamennyi antenna-RAM kimenetét két irányba kapcsolhatja: I egy gyors Fourier-műveletet végző egységbe, ahonnan a kapott FFT adatok a 21 földfelszínen lévő 27 számítógép/vezérlőbe kerülnek, 2400 baud átviteli sebességgel;

vagy Π közvetlenül a 21 földfelszínen lévő 27 számítógép/vezérlőbe, 19 200 baud sebességgel;

- a 21 földfelszínre történő adatátvitel befejeződik;

- a tároló 114 kondenzátorok feltől tődnek egy meghatározott feszültségre;

- az eszköz automatikusan elvégzi a 115-117 kapcsolók helyzetének és valamennyi (antenna) átviteli vonal állapotának ellenőrzését;

- az előírt mélység elérésekor az eszköz készen áll a következő impulzusra.

5. A 15 fúrólyukban meghatározott távolságokban végzett impulzusok adása után az adatgyűjtés befejeződik. Az adatok ekkor a 21 földfelszínen lévő 27 számítógép/vezérlőben vannak.

Ezen lépések alatt a 80 mikrovezérlő a következőket végzi:

Vezérlés:

- működteti a töltő tápegység 115 kapcsolóját;

- működteti a 111 kisütő áramkör 116 kapcsolóját;

- működteti az áramimpulzust a csillapító ellenállás felé terelő 117 kapcsolót;

- összegyűjti és kiadja a spontán feszültség- és gammavizsgálat adatait (más vizsgáló eszközzel történő összevetéshez használjuk);

Monitor:

- kijelzi az elektronika egyenáramú teljesítményszintjét;

- kijelzi a villamos tápegység töltőfeszültségét;

- kijelzi az utasító modul elektronikájának hőmérsékletét;

- kijelzi a 115-117 kapcsolók nyitott vagy zárt állapotát.

Az antenna modulban lévő 140 mikroproceszszor/vezérlő a következő műveleteket végzi:

Vezérlés:

- bekapcsolja az adatgyűjtő csatornákat;

- beállítja az antennacsatornák üzemmódját (kevert vagy nem-ke vert);

- beállítja a jelkezelő egységekben a vezérelhető erősítéseket;

- a 30 antennarendszer adatait összegyűjti és továbbítja;

- a 98 fluxusfigyelő áramkör adatait összegyűjti és továbbítja;

- a 30 antennarendszer kapcsolóit adatgyűjtésre vagy háttérzaj adatgyűjtésre kapcsolja;

- a 30 antennarendszer és a 98 fluxus-figyelő áramkör adatait közvetlenül a 21 földfelszínre vagy digitálisjelfeldolgozásra a 28 mikroprocesszor/vezérlőbe irányítja.

A 18. ábrán a 140 mikroprocesszor/vezérlők megkezdik működésüket, amikor is a 260, 261 lépésekben állapotellenőrzések történnek. Ezt követően az egyes egységek működését lekérdezzük, és megvizsgáljuk azok egymás után érkező válaszait a 262,263,264,265 és 266 lépésekben. Ennek a lekérdezésnek az a célja, hogy meghatározzuk a megfelelő utasítást. A műveletet ekkor előkészítjük a 267, 268 és 269 lépésekben. Ha a művelet végrehajtása nem lehetséges, hibajelzéseket adunk a 269A. és 269B. lépésekben a földfelszíni 27 számítógép/vezérlő számára.

A 19. ábrán az antenna 140 mikroprocesszor/vezérlő működésének néhány részletét ismertetjük.

Egy 270 törlő utasítással a címszámlálót alaphelyzetbe állítjuk, amelyet egy 271 adatgyűjtés utasítás kiadása követ. A 272 lépésben egy feltételes időutasítás egy „1” vagy egy „0” bitet továbbít a 273,275 lépésekhez. A címszámláló ezután a 274 lépésben alapállapotba kerül.

A 20. és 21. ábrákon a találmány szerinti adatgyűjtés folyamatát szemléltetjük.

A 15 fúrólyukban mérhető adatok a mágneses tér; egy tekercses vevőantenna a tekercset átjáró mágneses fluxus változási sebességével arányos feszültséget állít elő. A vevő tekercsek mind függőlegesen, mind vízszintesen lehetnek irányítva; a vízszintesen rétegződő 11 rétegszerkezet modellezéséhez elegendő a függőleges antennák használata; ferde szögben elhelyezkedő 11 rétegszerkezet méréséhez háromdimenziós mérésekre van szükség, amelyekhez vízszintes antennákra is szükség van.

Közvetlen matematikai számításokkal kimutatható, hogy a 11 rétegszerkezet villamos tulajdonságainak a meghatározásához több, a 15 fúrólyukban függőlegesen egymástól térközzel elválasztott vevőantennára van szükség. A térbeli információhoz szükséges, hogy a méréseket különböző frekvenciákon végezzük, amely könnyen megvalósítható, mivel a találmány szerint impulzus üzemű működést biztosítunk, ami sokkal közvetlenebbül vonatkozik a sugárirányú változásokra, mint a függőleges rétegződésre. A jelen találmány szerint a függőleges felbontás közvetlenül összefügg a vevőantennákkal; minél kisebb az azok közötti függőleges térköz, annál finomabb a felbontás.

HU 210 897 B

Az antennagyártási technikának és az adatgyűjtő elektronikának gyakorlati korlátái vannak, amely korlátozza az elérhető adatokat, a hatásos felbontást, és a vizsgálat pontosságát. Nem elegendő megfelelő matematikai összefüggéseket felállítani a 15 fúrólyuk mágneses adatai és a 11 rétegszerkezet tulajdonságai között. Figyelembe kell venni a villamos zaj, a véges antenna-térközök, véges digitális pontosság és más gyakorlati problémákat is. Közvetlen numerikus számolással kimutatható, hogy a 11 rétegszerkezet tulajdonságai és a mágneses mezőadatok közötti matematikai összefüggés érzékeny a zajra vagy bármilyen adatromlásra, legyen az villamos, mechanikai vagy digitális. A jelen találmány szerinti új antenna és áramköri elrendezéssel a zajforrások hatása minimalizálható.

Egy meghatározott adatfeldolgozó rendszerben az antenna modulban begyűjtött adatmennyiség megfelel a réteg modellt meghatározó adatmennyiségnek. Ez a rendszertípus matematikai szempontból előnyösnek látszik, ennek azonban alapvető gyakorlati problémái vannak. Egy zajmentes környezetben egy meghatározott rendszer pontosan és egységesen képezi le egy rétegmodell rétegszerkezet tulajdonságait. Ha a mágneses tereket egy feltételezett rétegezett modellből számítjuk nagyon nagyfokú pontossággal és ezeket az értékeket a meghatározott rendszerben feldolgozzuk, mintha azok kísérleti adatok lennének, akkor a meghatározott rendszerrel helyesbített rétegparaméterek pontosan megegyeznek. Sajnos ez a rendszer különösen hibaérzékeny. Abban az esetben, ha a szimulált adatokat járulékos zaj lerontja, akkor a kapott rétegszerkezet tulajdonságok eltérnek a valós értékektől és hamis eredményeket kapunk. Az adott rendszer nem biztosít kielégítő pontosságot a terephasználatra tervezett induktív vizsgáló rendszerben.

A jelen találmány egy túlhatározott, redundáns adatfeldolgozó rendszert használ a zaj hatásának minimalizálására, és a vizsgálat pontosságának növelésére. A mágneses adatokat az antenna-modul gyűjti és minimalizálja. A lehető legszorosabban elhelyezett antennák megfelelnek az elérhető adatcsatornáknak és a kívánt függőleges felbontásnak. Ez az adat a mágneses tereknek az idő függvényében történő digitalizált leképzése, amelyet önmagában ismert Fourier-transzformációval feldolgozunk, aminek eredménye a frekvenciaspektrumban megjelenő térerősség mennyiségek. Az ezzel az eljárással kapott spektrumvonalak száma nagy lehet, elérheti a 2048-at, ami elsődlegesen a létesített számítástechnikai erőforrástól és az elektromágneses sugárforrás impulzusának adataitól függ. A mágneses mezőadatok kombinálva az antenna elhelyezésekkel és számos frekvenciával egy adatmátrixot alkot, amely a redundáns jelfeldolgozás számára rendelkezésre áll. Ezt a helyzetet kell összehasonlítani a technika állásához tartozó vizsgáló rendszerekével, amelyben az elérhető adatok egyetlen antennajelet és egyetlen frekvenciát tartalmaznak.

A találmány egy előnyös kiviteli alakja szerint az adatokat több frekvenciatartományra osztjuk fel, annak érdekében, hogy információt nyerjünk a 11 rétegszerkezet tulajdonságainak sugárirányú változásairól. Mindegyik frekvenciatartományon belül, például ΙΟΙ 5 kHz tartományban a különböző frekvenciákhoz tartozó és valamennyi antenna helyéről begyűjtött adatot a szint adatmátrixba foglaljuk. A jelfeldolgozásnak az a célja, hogy meghatározzuk azokat a rétegtulajdonságokat, amelyek a szintadatoknak a legjobban megfelelnek, abban az értelemben, hogy minimalizáljuk az átlagos hibát a számított és a szintadatok között.

A jelen találmány szerint a rétegszerkezet tulajdonságokat úgy határozzuk meg, hogy a rétegszerkezet modell paramétereit módszeresen változtatjuk oly módon, hogy az optimális értékeket megtaláljuk, amelyek mellett a szint mágneses mezőadatok és a számított modelladatok közötti négyzetes átlagos hiba minimális. Elkészítjük a modell-paraméterek első becslését, ami a mező összefüggések közelítő megoldásán alapszik, és ezt követően az értékeket iteratív eljárással javítjuk addig, ameddig az optimális modellparamétereket meg nem határozzuk. A 20. ábra az előnyös fordított eljárás folyamatábráját szemlélteti. Az eszköz impulzusüzemű működéséből származó digitális adatok mátrix alakban érkeznek be. Az adóantennához és valamennyi vevőantennához tartozik a Fourier-transzformációs jelfeldolgozással előállított nagyszámú frekvenciakomponens. Valamennyi frekvenciakomponens egy komplex digitális szám, amely a jelforrásra normalizált amplitúdót és fázist képviseli.

A rétegszerkezet tulajdonságokat az értékek mátrixa képviseli. Például a 301 lépésben a 11 rétegszerkezet tulajdonságainak kezdeti becslését állítjuk elő. Az előnyös kiviteli alaknál a 11 rétegszerkezet tulajdonságait az ágy vastagsága, az ágy elhelyezkedése és az ágy vezetőképessége határozza meg. Ezek a tulajdonságok kiegészíthetők a bemerülés szögével, és az azimut változással. A 11 rétegszerkezet mátrixának dimenziója (vagyis a meghatározandó paraméterek teljes száma) kevesebb vagy egyenlő kell, hogy legyen a vevőantenna 300 adatmátrixának dimenziójával. Az előnyös kiviteli alakban tizenhárom vevőantenna és két frekvencia van, aminek a 26 komplex szám felel meg, vagyis a vevő adatmátrixban a teljes dimenzió ötvenkettő valós szám. Tizenhat réteg van, amelyek mindegyikéhez egy rétegszerkezet tulajdonságokat tartalmazó mátrix tartozik, amelyben a változók elhelyezésére összesen harminckét valós szám van. A fordított számítást minden egyes frekvenciapárhoz egyszer elvégezzük. A különböző frekvenciákhoz tartozó különböző számítások meghatározzák, hogy a 11 rétegszerkezet a 15 fúrólyuktól oldalirányban hogyan változik. Egy előnyös kiviteli alak szerint a számításokat 5,0, 5,2, 10,0, 10,4, 20,0 és 20,8 kHz frekvenciákon végezzük. Ezeken a frekvenciákon az elektromágneses tereket a 302 lépésben számítjuk. Ezeknek a számításoknak az eredményeit a 303 lépésben kiértékeljük oly módon, hogy a végleges rétegszerkezeti értékek pontossága a 304 helyen meghatározott 5 %-os tűréshatáron belül legyen. Abban az esetben, ha a végleges rétegszerkezet értékek ennek nem felelnek meg, akkor a 11 rétegszerkezet

HU 210 897 B tulajdonságait a 305 lépésben újra érzékeljük egy Gauss-Newton Mátrix megváltozott elemeinek felhasználásával annak érdekében, hogy a 306 helyen a 11 rétegszerkezet tulajdonságaira nézve pontosabb becslést kapjunk. A műveletet ezután ismételten elvégezzük a 307 hurokban. Abban az esetben, ha a rétegszerkezet értékek a meghatározott határokon belül vannak, amint azt a 304-ben meghatároztuk, akkor a tartományon belüli eredményeket a 308 lépésben tároljuk.

Az elektromágneses összefüggés előre történő megoldását a meghatározott rétegszerkezet tulajdonságok alapján az antenna mátrix számítására használjuk. A javasolt előre történő megoldás az elektromágneses összefüggések új analitikus megoldása. A Helmholtz-potenciál elvén alapuló rétegezési technika alkalmazható egy lehetséges változat szerint, amint azt W. D. Kennedy, H. F. Morrison, S. M. Curry, S. P. Gill, az „Induction Lóg Response in Deviated Boreholes” című cikkben a Transactions of the SPWLA Annual Logging Symposium, Society of Professional Well Lóg Analysts című, Houston, Texas-ban 1986. június 9-13. keltezésű kiadvány II. kötetének FF. iratában ismertetik.

A javasolt megoldás a pontos, Maxwell-egyenletes analitikai megoldást adja egy 11 rétegszerkezetben, amelynek villamos tulajdonságai önkényesen változnak, folyamatosan vagy megszakításokkal, egy meghatározott irányban. Egy nem meredek dőlésű 11 rétegszerkezetben a tulajdonságok csak a függőleges irányban változnak. Ebben az esetben a megoldást egy függőleges forrásantenna és függőleges vevőantennák adják.

Meghatározott villamos paraméterekkel rendelkező 11 rétegszerkezetben a következő komplex függvényeket definiáljuk, amelyek általában a függőleges helyzetnek nem folytonos függvényei, az ágy-határokon hirtelen változnak:

k= 'M+jcop (σ+jme) β=ι»Μ <»

Ahol σ = a rétegszerkezet vezetőképessége ε = a rétegszerkezet dielektromos állandója μ = a rétegszerkezet mágneses permeabilitása s = valós integrálási változó ω = körfrekvencia

Ezeket a nem folytonos függvényeket a függőleges tengely mentén rekurzív integrálásnak vetjük alá annak érdekében, hogy három folytonos függvényt állítsunk elő meghatározott kezdeti feltételekkel, ahol a kiválasztott három, a következők szerint definiált függvény független változója legyen α, γ és v:

= 2 k sinh (α-β) a (+oo) = β(+οο) (2) —2 k sinh (γ-β) dz γ(-°°) = β(-°°) (3)

4^· = -k sinh (β—ct) dz v(0) = -In {1+exp [γ (0)-a(0)]} (4)

Ezekben az összefüggésekben a z függőleges helyzet a dipól forrásnál 0 értékű és pozitív irányban növekszik a vevőantenna elrendezés felé, amely a forrás alatt helyezkedik el.

Egy meghatározott vételi helyen a függőleges tengely mentén a mágneses teret a következő integrál adja:

oo ^B=d^J ^{ap(,)A (5)}

A (5) egyenlet a mért mágneses tér pontos megoldását adja, amely a forrásdipól mágneses momentumára van normalizálva olyan 11 rétegszerkezet esetén, amelyben valamennyi villamos paraméter önkényesen, folyamatosan vagy nem-folyamatosan változik. A megoldás kiterjeszthető meredek hajlásszögű és azimutális változatokra is.

Részletesebben, a javasolt indukciós vizsgáló rendszerben feltételezzük, hogy a 11 rétegszerkezetnek állandó mágneses permeabilitása és elhanyagolható dielektromos hatásai vannak, továbbá, hogy a rétegparaméterek az ágy vastagságával, az ágy elhelyezkedésével és az ágy vezetőképességével vannak megadva. Mivel feltételezzük, hogy a vezetőképesség az ágyon belül állandó, az (1)-(4) egyenleteket integráljuk oly módon, hogy egy egyszerűbb lépésenként elvégezhető rekurziós összefüggést kapjunk:

exp α„ + exp β_η tanh k_n (z_n - z^Q On-l - Pn+ n _{exp tanh kn(Zn} _ _Zn__i) _{+ exp} β_η ^αΝ ⁼ Pn+1 v„ = v_n_!-ln[cosh k_n(z_n-z„_,)+e xp(Pn- ajsinh k_n(z_n-z_n_J] (7) v, = —ln[l+exp(Pj—ot])]

Ebben az egyszerűsített modellben a 11 rétegszerkezet tulajdonságai a forrásra vannak átlagolva, és úgy vannak feldolgozva, hogy csak a 30 antennarendszer által érzékelt tartományban változnak. Az előnyös foganatosítá12

HU 210 897 B si mód szerint tizenhat ágy van, amely bárhol elhelyezkedhet a forrás alatt, a fordított eljárás az ágyakat elhelyezi és meghatározza az ágy vezetőképességeket.

Az approximált megoldás programlépéseit a 21. ábrán követhetjük nyomon. A térerősség integrálására egy szabványos numerikus kvadratúra integrálási rutint, például Laguerre-integrálást használunk, az S integrálási változó integrálására a 311 lépésben. A 311 lépésből származó S valamennyi értékét kombináljuk a 311 lépésbe beadott anyagi tulajdonságokkal a 312 lépésben történő rétegfüggvények számításához, és a kapott eredményeket a 313 lépésben a (6) és (7) egyenletekkel meghatározott segédfüggvények rekurzív kiértékelésére használjuk. A B tér (5) egyenlet szerinti növekménye integrálását a 314 és 315 lépésekben elvégezve a 316 lépésben az „előre történő” megoldást kapjuk, amely ily módon a vevőantenna jelekre normalizálva van (térerősség/a forrás mágneses nyomaték egysége) ugyanarra az adatformátumra, mint a kísérleti úton mért adatok. A 317 lépésben a normalizált vevő adatmátrix elemeit tároljuk.

A 22. ábrán a 320 normalizált vevő adatmátrix formátuma látható részletesebben.

A 320 mátrix a 16, 17 vizsgálati helyekre normalizált, eredetileg detektált szekunder jelek (amplitúdó az idő/mélység függvényében) frekvencia egységtranszformációjából áll. A mátrix tartalmaz egy sor elemet, aminek amplitúdó értéke A,A'...B,B'...C,C^/ sorokba és oszlopokba van rendezve, amely sorokat és oszlopokat a közös antennamélység és közös frekvenciakomponens határoz meg. Ez azt jelenti, hogy az A,A'...B,B'...C,C^Z sorok elemei minden egyes vizsgálási helyen érzékelt jel amplitúdó-komponensét képviselik, és megfelelnek egy adott közös frekvencia-antenna elhelyezkedésnek is. Például a 16 vizsgálati hely az Fö közös oszlopában lévő elemek az A1,FO; A'2,FO; A3,FO; ...A¹²13,FO, feltételezve, hogy az antennarendszer tizenhárom különálló antennacsoportot tartalmaz, ahol a sorirányú index 1, 2...13 megfelel minden egyes ilyen csoportnak, és az f0, fj,...f_n a közös oszlopirányú frekvenciának. Hasonlóképpen egy közös antennamélységhez tartozó 1,2... vagy 13 szám a 16 vizsgálati hely mint A1,FO; A'1,F1; A1,F2;... van azonosítva, ahol a sorirányú indexek megfelelneka közös antennacsoportnak és az oszlopirányú indexek megfelelnek az egyes f₀, ή... frekvencia-komponenseknek.

.frekvenciaszeletelés” mindegyik 320 mátrix egy vagy több oszlopa körül létrehozható. Ezt a technikát a jelen találmány szerint vizsgálat céljaira használjuk.

A javasolt, fordított és approximált megoldást a fentiekben a 20. ábra kapcsán ismertettük. Emlékeztetünk arra, hogy ez az eljárás az antenna adatmátrixból határozza meg a 11 rétegszerkezet tulajdonság-mátrixát, amely egy iteratív eljárás, amely a legjobban megfelel a mért adatoknak a legkisebb négyzetes hiba szempontjából. Ez az eljárás kezeli a legjobban azokat a komplikációkat, amelyeket a nem ideális adatok okoznak, vagyis, amely adatok járulékos zajt tartalmaznak, vagy a nem ideális 11 rétegszerkezet következtében zavartak. A járulékos zaj az antenna 142 előerősítő áramkör termikus zajából származik és korlátozza a 144 analóg-digitális átalakító áramkörben a digitalizálást. Megjegyzendő, hogy a 11 rétegszerkezet tulajdonságainak kezdeti becslése a 21. ábra szerinti 301 lépésben történik. Ez a becslés egy állandó mátrix lehet vagy egy közelítő analitikus becslés, amelyet az előre történő megoldásnál az antenna jel adatának előállítására használunk. A számított antenna-mátrixot ekkor összehasonlítjuk a mért adatokkal és egy átlagos négyzetes hibát értékelünk, amint azt fentebb a 22. ábra kapcsán ismertettük.

Az átlagos négyzetes hiba all rétegszerkezet tulajdonság-mátrixának analitikus függvénye az (1)-(5) egyenletekben kifejezett analitikus előre történő megoldás és a Jakobi-derviált alapján. A Jakobi-derivált az antenna-jel mátrix deriváltját képviseli a rétegszerkezet paraméter mátrix vonatkozásában az együtthatók alapján. Ez explicit módon számítható az (1)-(7) egyenletekben kifejezett analitikus megoldásokkal vagy számszerűen értékelhető. A javasolt kiviteli alaknál a Jakobi differenciál együtthatókat számszerűen értékeljük oly módon, hogy meghatározzuk az antenna-mátrix változás arányát a rétegszerkezet tulajdonságok kis változásaira (1 %).

A javasolt megoldásban a fordított eljáráshoz szükséges iterációs eljárás jól ismert a Gauss-Newton eljárásban. Az eljárás leírható oly módon, hogy a mért antenna adatmátrix tartalmakat egy T lineáris vektoron helyezhetjük el, a számított antenna-mátrixot egy C lineáris vektoron és a rétegszerkezet tulajdonság mátrixot egy X lineáris vektoron. A javasolt kiviteli alaknál a T és C ötvenkét számot tartalmaz.

A Jakobi-összefüggés a C számított értéknek az X paraméter értékeivel való differenciálhányadosa:

Az interáció az n-edik lépéstől az n+l-edik lépésig a következők szerint történik:

X_n+1 =X„+(J^TJ)-¹J^T(T-C_n) (9)

Az iterációs eljárást addig folytatjuk, amíg a közelítő értékek változása az előre meghatározott hibaértékkel különbözik (jellemzően 1 %).

Claims (26)

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás fúrólyuk körüli talajréteg módszeres vizsgálatára, amelynek során a réteg adott mélységében vizsgáló szonda segítségével primer mágneses mezőt hozunk létre, majd a réteg paramétereire jellemző indukált szekunder mágneses mezőt érzékeljük, azzal jellemezve, hogy (i) a fúrólyuk (15) mentén lévő vizsgálati helyeken (16, 17) időközönként nagy csúcsteljesítményű, pulzáló primer mágneses teret hozunk létre;

HU 210 897 B (ii) mindegyik pulzáló, primer mágneses tér által a rétegben indukált, és annak adataira jellemző szekunder mágneses teret érzékeljük;

(iii) majd az így kapott adatokat feldolgozva a fúrólyuk (15) körüli réteg villamos paramétereit meghatározzuk, mégpedig úgy, hogy

a) a szomszédos rétegszerkezetet egy sor felvett vezetőképesség és rétegágy-vastagság adatnak, valamint a pulzáló primer tér aktuális paramétereinek felhasználásával modellezzük, és a modellnek a mágneses tér egyenleteire vonatkozó matematikailag approximált megoldását képezzük;

b) az a) lépés approximált megoldását adott mélységre. vonatkozóan a mért szekunder mágneses tér érzékelt komponenseivel összevetjük.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a primer mágneses tér impulzusainak csúcsteljesítménye legalább 1 megawatt.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a primer mágneses tér impulzusainak csúcsteljesítménye 50 megawatt.

4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a primer mágneses tér impulzusainak csúcsteljesítménye 1-1000 megawatt tartományban van.

5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szekunder mágneses tér érzékelését antennacsoportokkal (A],...A₁₂) végezzük, az egyes antennacsoportokkal (Aj) egymástól függetlenül érzékeljük a különböző rétegtartományokhoz tartozó szekunder tér komponenseit, és az egyes érzékelt komponenseket egymástól függetlenül digitalizáljuk.

6. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az approximált megoldásnak az adott mélységben a mért szekunder mágneses tér érzékelt komponenseivel történő összevetését frekvenciatartományban végezzük.

7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szekunder mágneses tér érzékelése során a szondában (14) soros antennacsoportokat (A),...A₁₂) alkalmazunk, és az antennák (Aj) egyes primer mágneses tér-impulzusok alatti pillanatnyi mélységéhez tartozó approximált megoldásnál, és azoknak a mért szekunder mágneses tér érzékelt komponenseivel történő összevetésénél a frekvencia és valamely fizikai paraméter között frekvencia-transzformációt használunk.

8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a frekvencia-transzformációt egy szomszédos frekvenciasávokból - frekvencia-szeletekből - álló frekvenciatartományon végezzük.

9. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vezetőképesség értékek megállapításához a frekvenciatartományt 1-40 kHz-re választjuk.

10. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dielektromos állandók megállapításához a frekvenciatartományt 1-30 MHz-re választjuk.

11. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a frekvencia-transzformációt olyan mátrix formátumban állítjuk elő, amelynek soraihoz az antennacsoportok (A],...A₁₂) mélységi értékei, oszlopaihoz a frekvenciák tartoznak.

12. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szomszédos antennacsoportok (A;, A_i+!) jeleit (Sj, S_i+1) súlyozott összeadás útján keverjük, és egy olyan digitalizált jelet állítunk elő, amely a mágneses tér második derivált görbéjének felel meg.

13. Berendezés fúrólyuk körüli talajréteg módszeres vizsgálatára, amelynek a réteg adott mélységében primer mágneses mezőt létrehozó, és a réteg villamos paramétereire jellemző indukált szekunder mágneses mezőt érzékelő vizsgáló szondája van, azzal jellemezve, hogy egy sor, a fúrólyuk (15) mentén kijelölt vizsgálati hely (16, 17) számára nagy csúcsteljesítményű, időközönként ismétlődő primer mágneses tér-impulzusokat előállító generátora van, amely egy sugárzó tekercset (50), valamint egy ezzel szelektív működtető kapcsolatban lévő energiafonást (122) tartalmaz, az energiaforrás (122) egy magnetohidrodinamikus MHD - generátort, valamint töltő és kisütő kapcsolókat (133, 134) tartalmaz, továbbá a primer mágneses tér-impulzusok által a rétegben indukált szekunder mágneses tér komponenseit érzékelő vevőantenna része (45) van; és a vett adatokat feldolgozó, és a fúrólyuk (15) körüli rétegnek legalább egy villamos paraméterére jellemző adatot előállító számítógép/vezérlője (27) van.

14. A 13. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a magnetohidrodinamikus - MHD generátor, mint energiaforrás (122) által előállított pulzáló árammal szelektíven meghajtott sugárzó tekercsekkel (50) keltett primer mágneses tér-impulzusok vizsgálati intervallumonként! (77) energiája állandó.

15. A 14. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a primer tér csúcsteljesítménye 10-1000 megawatt tartományban van.

16. Berendezés fúrólyuk körüli talajréteg módszeres vizsgálatára, amelynek a réteg adott mélységében primer mágneses mezőt létrehozó és a réteg villamos paramétereire jellemző indukált szekunder mágneses mezőt érzékelő vizsgáló szondája van, azzal jellemezve, hogy egy sor, a fúrólyuk (15) mentén kijelölt vizsgálati hely (16, 17) számára nagy csúcsteljesítményű, időközönként ismétlődő primer mágneses tér-impulzusokat előállító generátora és sugárzó része (40) van; az egyes primer mágneses tér-impulzusok által a rétegben indukált szekunder mágneses tér komponenseit érzékelő vevőantenna része (45) van; és a vett adatokat feldolgozó, és a fúrólyuk (15) körüli rétegnek legalább egy villamos paraméterére jellemző adatot előállító számítógép/vezérlője (27) van; továbbá a számítógép/vezérlő (27) a szomszédos rétegszerkezetet (11) egy sor felvett vezetőképesség és rétegágy-vastagság adatainak, valamint a pulzált primer mágneses tér aktuális paramétereinek felhasználásával matematikailag modellező, azaz az elektromágneses tér egyenleteit matematikai approximációs úton megoldó aritmetikai eszközt tartalmaz; és az aritmetikai eszköz kimenetéhez kötve egy, a mágneses tér modellezéssel nyert komponenseit és a szekunder mágneses tér mért, érzékelt komponenseit vizsgálati helyenkénti (16,17) mélységenként összevető komparátor eszközt tartalmaz.

HU 210 897 B

17. A 16. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a primer mágneses tér csúcsteljesítménye legalább 1 megawatt.

18. A 16. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a primer mágneses tér csúcsteljesítménye mintegy 50 megawatt.

19. a 16. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a primer mágneses tér csúcsteljesítménye 1-1000 megawatt tartományban van.

20. A 16. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a szekunder mágneses teret érzékelő eszköz soros antennacsoportokat (Αρ.,.Α^), mégpedig a különböző rétegek szekunder mágneses terének komponenseit egymástól függetlenül érzékelő antennacsoportokat (A],...A₁₂) tartalmaz, és az antennacsoportokhoz (A_;) az érzékelt mágneses tér komponenseket egymástól függetlenül digitalizáló eszköz csatlakozik.

21. A 16. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a számítógép/vezérlőnek (27) a mágneses tér modellezéssel nyert komponenseit és a szekunder mágneses tér mért érzékelt komponenseit vizsgálati helyenkénti (16, 17) mélységenként frekvencia-tartományban összetevő komparátor eszköze van.

22. A 21. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a feldolgozást végző számítógép/vezérlőben (27) egy szomszédos frekvenciasávokból - frekvencia-szeletekből - álló frekvenciatartományon a frekvencia és valamely fizikai paraméter közötti transzformációt végző aritmetikai egység van.

23. A 22. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a vezetőképesség értékeinek meghatározásához a frekvenciatartomány 1-40 kHz között van.

24. A 22. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a dielektromos állandó értékeinek meghatározásához a frekvenciatartomány 1-10 MHz között van.

25. A 22. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a frekvenciamélység transzformációk olyan mátrix alakban vannak reprezentálva, amelyben a sorokhoz az antennacsoportok (A_],...A₁₂) mélységei, az oszlopokhoz a frekvenciák tartoznak.

26. Eljárás fúrólyuk körüli talajréteg módszeres vizsgálatára, amelynek során a réteg adott mélységében vizsgáló szonda segítségével primer mágneses mezőt hozunk létre, majd a réteg paramétereire jellemző indukált szekunder mágneses mezőt érzékeljük, azzal jellemezve, hogy (i) a fúrólyuk (15) mentén lévő vizsgálati helyeken (16, 17) időközönként nagy csúcsteljesítményű pulzáló, primer mágneses teret hozunk létre, úgy, hogy egy sugárzó tekercset (50) egy digitális vizsgáló kóddal vezérelten, szelektíven hajtunk meg, amely digitális vizsgáló kódot egy, a földfelszínen (21) lévő számítógéppel/vezérlővel (27) és ezzel összekapcsolt, a vizsgáló szondán (14) elrendezett legalább egy mikrovezérlővel (80) állítjuk elő;

(ii) mindegyik pulzáló, a primer mágneses tér által a rétegben indukált, és annak adataira jellemző szekunder mágneses teret érzékeljük;

(iii) majd az így kapott adatokat feldolgozva a fúrólyuk (15) körüli réteg villamos paramétereit az elektromágnesség egyenleteinek megoldásával meghatározzuk.