RU2063052C1

RU2063052C1 - Initial converters unit of hole magnetometer-inclinometer

Info

Publication number: RU2063052C1
Authority: RU
Inventors: Ю.Г. Астраханцев
Original assignee: Институт геофизики Уральского отделения РАН
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1996-06-27

Abstract

FIELD: geophysics; measurement technology. SUBSTANCE: device has three motionless ferroprobes fixed rigidly in case of hole device, rotating frame with load disposed off-center, pendulum with coil fixed to axis of pendulum in horizontal, set of three mutual orthogonal output coils. Coil fixed at pendulum is connected inductively with ac generator. As a result, device is free from axial collector and precision of orientation of coil is improved. Set of three orthogonal flat coils permits to calculate value of zenith angle and angle of rotation of case of hole device with high precision at wide temperature range. EFFECT: improved precision of measurement; improved reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно к скважинным магнитным измерениям и может быть использовано при проведении измерений в сверхглубоких скважинах, а также при поисках и разведке рудных месторождений. The invention relates to geophysics, and more particularly to borehole magnetic measurements and can be used in measurements in superdeep wells, as well as in the search and exploration of ore deposits.

Известно устройство, содержащее два взаимоортональных жестко закрепленных феррозонда, вертикально отвешиваемый феррозонд и две плоские катушки, расположенные вокруг вертикального феррозонда. A device is known that contains two mutually orthogonal rigidly mounted flux gates, a vertically weighed flux gates and two flat coils located around a vertical flux gates.

К недостаткам данного устройства следует отнести то, что при малых зенитных углах и большом градиенте изменение магнитного поля (при входе в магнитный пласт) на приращения вертикальной составляющей, обусловленные зенитным углом поворота скважинного прибора, накладываются сигналы, обусловленные изменением геомагнитного поля, что снижает точность измерений. Кроме того, точность измерения зенитного угла напрямую зависит от стабильности тока питания подмагничивающих катушек и коэффициента передачи магнитометра, что требует дополнительного тестирования прибора в процессе измерения, особенно, в условиях высоких температур. The disadvantages of this device include the fact that at small zenith angles and a large gradient, a change in the magnetic field (at the entrance to the magnetic formation) on the increments of the vertical component due to the zenith angle of rotation of the downhole tool imposes signals due to a change in the geomagnetic field, which reduces the accuracy of measurements . In addition, the accuracy of measuring the zenith angle directly depends on the stability of the supply current of the magnetizing coils and the transfer coefficient of the magnetometer, which requires additional testing of the device during measurement, especially at high temperatures.

Известны устройства для измерения составляющих вектора геомагнитного поля в скважинах, содержащее 3 феррозонда, укрепленных во вращающейся рамке с эксцентрично расположенным грузом, снабженной коллектором и токосъемником для подачи питания на феррозонды. Существенным недостатком данной конструкции является то, что при малых зенитных углах не обеспечивается достаточно точная ориентация феррозондов из-за значительного трения в коллекторе вращающейся рамки. Known devices for measuring the components of the vector of the geomagnetic field in wells, containing 3 flux gates, mounted in a rotating frame with an eccentrically arranged load, equipped with a collector and a current collector for supplying power to the flux gates. A significant drawback of this design is that at small zenith angles, a sufficiently accurate orientation of the flux gates is not provided due to significant friction in the collector of the rotating frame.

Блок первичных преобразователей скважинного магнитометраинклинометра, содержащий расположенные в корпусе три взаимно ортогональных жестко закрепленных между собой феррозонда, один из которых направлен вдоль оси скважинного прибора, и катушку, подключенную к генератору переменного тока, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вращающуюся рамку, с эксцентрично расположенным грузом, маятник, закрепленный во вращающейся рамке, и пять катушек, при этом вторая катушка, закреплена на оси вращающейся рамки и индуктивно связана с первой катушкой, жестко связанной с корпусом прибора, третья катушка горизонтально укреплена на на оси маятника и подключена через маломоментные пружины к второй катушке, четвертая, пятая и шестая плоские катушки расположены взаимно ортогонально с охватом рамки, при этом витки четвертой катушки расположены в плоскости, перпендикулярной оси скважинного прибора. Block of primary transducers of a borehole magnetometerinclinometer, comprising three mutually orthogonal rigidly mounted flux-gates located in the housing, one of which is directed along the axis of the borehole device, and a coil connected to an alternator, characterized in that it further comprises a rotating frame, with an eccentrically located with a load, a pendulum fixed in a rotating frame, and five coils, the second coil being fixed on the axis of the rotating frame and inductively coupled to the third coil, rigidly connected to the device body, the third coil is horizontally mounted on the axis of the pendulum and connected through small springs to the second coil, the fourth, fifth and sixth flat coils are mutually orthogonal to the frame, while the turns of the fourth coil are located in a plane perpendicular axis of the downhole tool.

На чертеже изображена конструкция блока первичных преобразователей. The drawing shows the design of the block of primary converters.

1, 2, 3 феррозонды, жестко закрепленные в корпусе скважинного прибора, 4 первая катушка, подключенная к генератору переменного тока, 5 вторая катушка, закрепленная на оси вращающейся рамки 6, эксцентрично расположенный груз 7, маятник 8, 9 третья катушка, установлена на маятнике так, что ее плоскость все время находится вертикально, 10 маломоментные токопроводящие пружины, 11 четвертая плоская катушка, установленная так, что ее плоскость перпендикулярна оси скважинного прибора 12, 13 пятая и шестая плоские катушки установлены так, что их плоскости совпадают с осями феррозондов 2 и 3; 14 генератор переменного тока. 1, 2, 3 flux gates rigidly fixed in the body of the downhole tool, 4 first coil connected to an alternator, 5 second coil mounted on the axis of the rotating frame 6, eccentrically located load 7, pendulum 8, 9 third coil mounted on the pendulum so that its plane is always vertical, 10 low-current conductive springs, 11 the fourth flat coil installed so that its plane is perpendicular to the axis of the downhole tool 12, 13, the fifth and sixth flat coils are installed so that their plane with ferroprobes coincide with the axes 2 and 3; 14 alternator.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

При протекании переменного тока по катушке 5 возникает ЭДС, которая в свою очередь создает ток в катушке 9. При этом катушка 9 создает переменное магнитное поле, направленное горизонтально. В катушках 12, 13, 11 индуцируется ЭДС, величина которых будет определяться зенитным углом скважины, углом поворота катушек 12, 13 относительно плоскости наклона скважины, в которой устанавливается рамка под действием груза 7. После выпрямления этих напряжений синхронным детектором будем иметь
u₁₁=K₁₁•sinΦ
u₁₂=K₁₂•sinα•cosΦ
u₁₃=K₁₃•cosα•cosΦ
где Φ зенитный угол скважины, a угол поворота плоскости катушки 13 относительно плоскости наклона скважины. К₁₁ К₁₂ К₁₃ К коэффициенты, зависящие от напряжения генератора, числа витков и геометрических размеров катушек.When alternating current flows through coil 5, an EMF occurs, which in turn creates a current in coil 9. In this case, coil 9 creates an alternating magnetic field directed horizontally. EMF is induced in coils 12, 13, 11, the magnitude of which will be determined by the zenith angle of the well, the angle of rotation of the coils 12, 13 relative to the plane of inclination of the well, in which the frame is installed under the action of the load 7. After rectification of these voltages, we will have a synchronous detector
u ₁₁ = K ₁₁ • sinΦ
u ₁₂ = K ₁₂ • sinα • cosΦ
u ₁₃ = K ₁₃ • cosα • cosΦ
where Φ is the zenith angle of the well, and the angle of rotation of the plane of the coil 13 relative to the plane of inclination of the well. K ₁₁ K ₁₂ K ₁₃ K are coefficients depending on the voltage of the generator, the number of turns and the geometric dimensions of the coils.

Зенитный угол скважины может быть вычислен из отношения:

Угол поворота плоскости катушки 13 относительно из отношения

Феррозондами 1, 2, 3 измеряются проекции вектора геомагнитного поля Т на оси феррозондов ZX,Y при произвольном значении Φ и a. Измерив значения Z, X, Y и вычислив v и a, можно легко пересчитать их по известным формулам преобразования координат в значения компонент H_z, H_x,H_y в вертикальной системе координат, привязанной к плоскости наклона скважины. H_z вертикальная составляющая геомагнитного поля; Н_у горизонтальная составляющая геомагнитного поля, направленная в плоскости наклона скважины; Н_у горизонтальная составляющая немагнитного поля в направлении перпендикулярно плоскости наклона.The zenith angle of the well can be calculated from the ratio:

The angle of rotation of the plane of the coil 13 relative to the ratio

The flux gates 1, 2, 3 measure the projections of the geomagnetic field vector T on the axis of the flux gates ZX, Y for an arbitrary value of Φ and a. By measuring the values of Z, X, Y and calculating v and a, you can easily recalculate them using the known formulas for converting coordinates to the values of the components H _z , H _x , H _y in a vertical coordinate system attached to the plane of the well inclination. H _{z the} vertical component of the geomagnetic field; Н _{у the} horizontal component of the geomagnetic field, directed in the plane of the inclination of the well; Н _{у the} horizontal component of the nonmagnetic field in the direction perpendicular to the plane of inclination.

Азимут скважины определяется:

.The azimuth of the well is determined by:

.

Таким образом данное устройство позволяет измерять три компоненты геомагнитного поля, привязанные к плоскости наклона скважины, азимут и зенитный угол. Thus, this device allows you to measure the three components of the geomagnetic field, tied to the plane of the well inclination, azimuth and zenith angle.

К достоинствам конструкции следует отнести следующее. The advantages of the design include the following.

1. Так как подвижная рамка не содержит осевого коллектора и токосъемников, то точность ее установки в плоскости наклона при малых зенитных углах существенно повышается. 1. Since the movable frame does not contain an axial collector and current collectors, the accuracy of its installation in the plane of inclination at small zenith angles is significantly increased.

2. Так как зенитный угол Φ и угол поворота корпуса скважинного прибора a определяется из отношения напряжений, то вычисленные значения v и a не зависят от стабильности напряжений генератора и изменения сопротивления катушек, поэтому можно получить высокую точность измерения этих параметров в широком интервале температур. 2. Since the zenith angle Φ and the angle of rotation of the downhole tool body a are determined from the stress ratio, the calculated values of v and a do not depend on the stability of the generator voltages and changes in the resistance of the coils, therefore, it is possible to obtain high accuracy in measuring these parameters in a wide temperature range.

3. Так как ЭДС катушек 12 и 13 зависит от cosΦ при малых углах и значения U₁₂ и U₁₃ приближается к максимальным и значительно повышается точность вычисления угла a.3. Since the EMF of the coils 12 and 13 depends on cosΦ at small angles and the values of U ₁₂ and U ₁₃ approach the maximum values and the accuracy of calculating the angle a increases significantly.

Claims

The primary transducer block of a borehole inclinometer magnetometer, comprising three mutually orthogonal rigidly mounted flux-gates located in the housing, one of which is directed along the axis of the borehole device, and a coil connected to an alternator, characterized in that it additionally contains a rotating frame with an eccentric arranged by a load, a pendulum fixed in a rotating frame, and five coils, while the second coil is fixed on the axis of the rotating frame and inductively connected to the first a third coil, rigidly connected to the device body, the third coil is horizontally mounted on the axis of the pendulum and connected through small springs to the second coil, the fourth, fifth and sixth flat coils are mutually orthogonal to the frame span, while the turns of the fourth coil are located in a plane perpendicular to the axis downhole tool.