RU1774158C - Способ определени рассто ни между выработкой и скважиной - Google Patents

Abstract

Использование: дл  точного определени  рассто ни  между необсаженными част ми ствола скважины и заданной точкой горной выработки. Сущность изобретени : в точку выработки помещают первый магнитный диполь и дипольный приемник, перемещаемый по стволу скважины, определ ют точку, в которой наблюдаетс  максимум вектора магнитной индукции. Затем в эту точку помещают дипольный приемник , а на рассто нии L от него - второй магнитный диполь, питаемый переменным током от того же генераторного устройства, что и первый магнитный диполь, измен ют соотношение токов И и г в магнитных дипол х и рассто ние L до тех пор, пока осева  компонента вектора магнитной индукции не станет равной нулю, и определ ют искомое рассто ние г по формуле г ЦН/212) . с/ с

Description

Изобретение относитс  к измерени м, характеризующимс  использованием электрических или магнитных средств, и предназначено дл  точного определени  рассто ни  между необсаженными част ми ствола скважины и точкой горной выработки (может быть тоже скважины), преимущественно при бурении двух параллельных скважин с целью контрол  мощности подземного взрыва при испытании взрывных устройств.

Рассто ние между стволами скважин на глубине обычно определ етс  с помощью известного способа скважинной инклино- метрии.

Он заключаетс  в измерении пространственной ориентировки сравнительно коротких отрезков стволов скважин с

последующим вычислением пространственных координат точек стволов скважин путем интегрировани  отрезков. Рассто ние между стволами скважин на заданной глубине вычисл ют по разности координат точек стволов скважин.

Недостатком этого способа  вл етс  больша  величина погрешности .рпределе- ни  рассто ни . Основным источником погрешности  вл етс  неизбежна  систематическа  погрешность измерени  ориентировки отрезков стволов скважин. При интегрировании эта погрешность накапливаетс  и приводит к погрешности определени  рассто ни  между скважинами, делающей инклинометрию неприемлемой дл  решени  поставленной технической задачи . С помощью инклинометрии можно

V4 4

«N

СП СО

лишь предварительно оценить рассто ние между скважинами, в частности, оценить максимальное рассто ние между точками стволов скважин на задаваемых глубинах.

Наиболее близким техническим решением  вл етс  способ и устройство дл  определени  направлени  и рассто ни  до обсаженной скважины-мишени. Способ основан на изучении аномального магнитного пол , возникающего в стальных трубах скважины-мишени (объекте с повышенной магнитной проницаемостью) в присутствии источника переменного магнитного пол . Источником пол  служит соленоид, намотанный на ферромагнитный сердечник; ори- ентированный вдоль оси скважины. Через соленоид пропускаетс  переменный электрический ток. Ниже соленоида в той же скважине располагаетс  трехкомпонент- ный датчик магнитного пол . Дл  измерений используетс  фазочувствительна  схема.

К недостаткам способа следует отнести невозможность определени  рассто ни  до необсаженных скважин и низка , не более первых метров дальность способа, что не позвол ет использовать его дл  решени  вышеуказанных задач.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности способа определени  рассто ни  между точкой выработки и сквах иной,

Суть технического решени  может быть по снена следующим образом. Известно, что в немагнитной среде магнитна  проницаемость fi ц о (с удельной электропроводностью о комплексна  векторна  величина переменного магнитного пол  В магнитного дипол , вектор М магнитного момента которого направлен по оси сферической системы координат, измеренна  в точке с координатами R (радиус - вектор) и (пол рный угол), определ етс  выражением

§ B0 + Re A B + lm А В, (1)

где I - мнима  единица;

Во - магнитное поле источника в непровод щей среде;

Re А 15 и Im Д В - соответственно активна  и реактивна  величина магнитного пол  вихревых токов в провод щей среде .

Разложение величины магнитного пол  в р д по степен м R/ д « 1 дает следую- щие выражени  активной и реактивной частей магнитного пол  вихревых токов;

cr ()-1 2(2) .

и1 М , R

ReAB(-)3-f(0)+ ... (2)

lmABVIM

((.. ГО

где f (в ) - векторна  функци , завис ща  только от пол рного угла 0 . При « 1 модуль активной величины I A ReBl суммарного пол  намного больше модул  I Re§J активной величины пол  вихревых токов, т.е.

(ReB I - J. Во + Re ДВ I l B0f (1 +

I Re А В I is- I + а-ГБ51-„jBoj,

(4)

15

20 где величина а определ етс  углом между векторами Но и Re В, причем очевидно

а 1.

(5)

25 Модуль I ReB | магнитного пол  ди- польного источника определ етс  выражением

IReBl Дг I F(0)l . 30FT

(6)

F (0) - функци  только пол рного угла . Рассто ние Между точкой измерени  и источником (т.е. искомое рассто ние между двум  точками исследуемых соседних скважин ) получаетс  из (6)

М

ReB I

F(0).

. (7)

Подставим (4) в (6) и, применив формулу бинома Ньютона, получим

Г

М IF(0)1

L,B0|(1+E1

5

1/3

RO + AR,

(8)

где RO - рассто ние, соответствующее непровод щей среде ( о 0),

I Л R I - абсолютна  величина погрешности определени  рассто ни  за счет вли ни  электропроводности среды

Re А В

(9)

По условию поставленной задачи величина относительной погрешности определени  рассто ни  за счет вли ни  электропроводности не должно превышать заранее заданную величину ет.е,

Измеренное суммарное поле от обоих источников равно

1

4 

(

2 М2

)-(1б)

AR

R

е

С учетом (9) условие (10) означает

Re А В I ReҐT

3 е

(11)

Согласно (3) и (4)

BI

R

Т

|tm А в|.

(12)

Подставив (12) в (11), видим, что условие (10) эквивалентно условию:

ЦгпДВ I ReAB Jt R

Согласно предлагаемому способу снижают частоту пол  (т.е. увеличивают величину д } до тех пор, пока условие (13) будет удовлетворено . Этим автоматически удовлетвор етс  и поставленное в задаче условие (10), ограничивающее максимально приемлемую погрешность измерений рассто ни , вызванную электропроводностью пород.

Таким образом, при выполнении услови  (13) обеспечиваетс  в пределах заданной точности квазистатический характер пол , когда величина пол  практически не зависит от электропроводности пол  и определ етс  лишь взаимным просгранствен- ным расположением источника и приемника пол .

При выполнении услови  (13) значение осевой компоненты в точке скважины, где наблюдаетс  максимум вектора магнитной индукции пол , созданной первым магнитным дипольным источником, может быть записано

4 Я Г1

(14)

где М1 - магнитный момент первого диполь- ного магнитного источника. Второй диполь- ный источник с магнитным моментом М2, расположенным на рассто нии L, создает в точке приема поле Вг величиной

В2

М2

2c7rLJ

(15)

10

Отношение модулей магнитным моментом Mi/M2 при одинаковой конструкции ди- польных источников равно отношению сил токов d и ч, их возбуждающих

М2 12

(17)

15

Измен   силу тока в одном из источников , можно подобрать такое отношение H/lj, при котором В 0. Тогда из (6) и (7) получим

20

г-1 I 1 Ч1/3

г-И27) .«

(18)

25

30

35

40

45

50

55

Вместо изменени  тока в одном из источников можно подобрать рассто ние L и также добитьс  компенсации (В 0) однако этот вариант технически менее удобен

Предлагаемый компенсационный способ измерени  позвол ет не предъ вл ть жестких требований к измерителю комплексной амплитуды вектора магнитного пол ,  вл ющемус  наиболее сложной частью аппаратуры , и отводит ему роль индикатора качественного изменени  измер емой величины - перехода через нуль величины осевой компоненты активной части пол . Само же рассто ние между скважинами определ етс  средствами измерени  тока (h, (2) и рассто ни  (L).

Изложенный способ применим не только дл  определени  рассто ни  между скважинами при контроле мощности подземных взрывов, но также дл  решени  широкого класса других, в частности, геологоразведочных задач. Например, определение рассто ни  между скважиной и штольней

Предложенный способ реализуетс  практически с помощью серийно выпускаемых аппаратур АСМИ-40 и Синус, имеющими в своем составе набор магнитных источников и приемников пол , работающих на дискретных частотах от 125 Гц до 22000 Гц. Перед началом измерении оценивают по данным электрокаротажа максимальную проводимость горных пород о в районе измерений и по данным инклино- метрии максимально вс можное рассто ние между скважинами,

В одном из районов удельное сопротивление горных пород колеблетс  от 25 до 10 Ом.м. По данным инклинометрии скважин

рассто ние между первой и второй скважи- ными не превышает 15 м, При требуемой двухпроцентной точности измерений рассто ни  дл  частоты f 125 Гц величина

ЕЕГ-,.,,™

15ll2M2S-«40-7 lV

При практических измерени х на частоте

125 Гц отношение L™ Q 0,02 и т.о. I ке в I

условие (13) оказываетс  выполненным.

Дл  определени  точного рассто ни  между точками скважин на глубине 600 м первый источник опускаетс  на глубину 600 м в одну из скважин, а в другую скважину опускаетс  зонд ДЭМПС (дипольного электромагнитного профилировани  скважин- ного), имеющий в своем составе осевую приемную антенну и второй магнитный ди- польный источник, расположенный на рассто нии 25 м выше приемной антенны.

Через первый источник пропускаетс  переменный ток, а в стволе второй скважины приемник перемещают и провод т измерени  активной компоненты индукций магнитного пол , наход т точку, где наблюдаетс  максимум этой компоненты и устанавливают в этой точке приемник пол , После того, как приемник установлен, ток пропускают через первый и второй источники , причем первый источник подсоедин етс  к генератору низкой частоты через переменное сопротивление, а второй непосредственно . Измен   ток в первом источнике добиваютс  нулевых значений активной компоненты индукции магнитного пол , фиксиру  токи с помощью амперметра в первом и втором источниках. Точное рассто ние наход т по формуле (18)

1/3.

r-Lf - )1/3 25(л 25 ) г Ц 2 ,2 ) 100

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   12,5(м).

   Способ определени  рассто ни  между выработкой и скважиной, в которой помещают в точку выработки первый дипольный источник, питаемый переменным током с частотой со от генераторного устройства, магнитным моментом, параллельным оси

   скважины, измер ют дипольным приемником компоненты комплексной амплитуды вектора магнитной индукции относительно фазы тока в дипольном источнике и по результатам измерений суд т о рассто нии между выработкой и скважиной, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности способа, дополнительно провод т инклинометрию и каротаж скважины, по результатам которых определ ют соответственно максимальное рассто ние R между точкой выработки и скважиной в интервале выполн емых в ней измерений и максимальное значение электропроводности а пород между выработкой и скважиной, дипольный приемник располагают в точке скважины, где наблюдают максимум вектора магнитной индукции от первого дипольного источника, дополнительно

   располагают второй дипольный источник, идентичный первому с магнитным моментом , параллельным оси скважины, и питаемый переменным током от того же генераторного устройства, что и первый дипольный источник, в одной скважине с дипольным приемником на рассто нии L от него, измен ют соотношение токов h и 2 соответственно в первом и втором диполь- ных источниках и рассто ние L до равенства

   нулю осевой компоненты вектора магнитной индукции и определ ют искомое рассто ние г по формуле

   35

   при этом измерение провод т по частоте (О , выбираемой из соотношени 

   40 И § I ЧР РеВГ 3е

   )172

   R

   где I ImB I - модуль реактивной компоненты комплексной амплитуды вектора магнитной индукции;

   I ReB I - модуль активной компоненты комплексной амплитуды вектора магнитной индукции;

   ju - магнитна  проницаемость горных пород;

   Б - заданна  относительна  погрешность определени  рассто ни .