RU2400780C1 - Device for logging electromagnet probing - Google Patents
Device for logging electromagnet probing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2400780C1 RU2400780C1 RU2009131428/28A RU2009131428A RU2400780C1 RU 2400780 C1 RU2400780 C1 RU 2400780C1 RU 2009131428/28 A RU2009131428/28 A RU 2009131428/28A RU 2009131428 A RU2009131428 A RU 2009131428A RU 2400780 C1 RU2400780 C1 RU 2400780C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- frequency
- inputs
- signals
- outputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к промыслово-геофизической технике и может быть использовано для измерения удельного электрического сопротивления (УЭС) или/и диэлектрической проницаемости горных пород, пересеченных скважиной, а также изучения распределения УЭС или/и диэлектрической проницаемости в околоскважинной зоне с целью выделения в разрезах скважин проницаемых пластов-коллекторов, определения характера их насыщения и других параметров.The invention relates to a field-geophysical technique and can be used to measure the electrical resistivity (resistivity) and / or dielectric constant of rocks crossed by a well, as well as to study the distribution of resistivity and / or dielectric constant in the near-wellbore zone in order to isolate permeable sections in wells reservoirs, determining the nature of their saturation and other parameters.
Известно устройство для электромагнитного каротажа скважин (см. авторское свидетельство СССР №313966, МПК E21B 47/00, опубл., 07.09.1971 г., Бюл. №27), содержащее приемные катушки зонда, избирательный усилитель с системой автоматической регулировки усиления, задающий генератор, блок питания и наземную регистрирующую аппаратуру. С целью определения затухания электромагнитного поля на участке между точками измерения и повышения точности его измерения в устройство введены делительная система для измерения отношения величины напряженностей поля в точках измерения, схема коммутации сигналов с приемных катушек и схема градуировки приемного тракта. Это устройство позволяет измерять только одну относительную характеристику электромагнитного поля, а именно, отношение , где , - амплитуды напряженностей магнитных компонент поля в первой (ближней) и второй (дальней) приемных катушках зонда.A device is known for electromagnetic well logging (see USSR author's certificate No. 313966, IPC E21B 47/00, publ., September 7, 1971, Bull. No. 27), comprising receiving probe coils, a selective amplifier with an automatic gain control system that sets generator, power supply and ground recording equipment. In order to determine the attenuation of the electromagnetic field in the area between the measurement points and increase the accuracy of its measurement, a dividing system was introduced into the device to measure the ratio of the field strengths at the measurement points, a circuit for switching signals from the receiving coils and a calibration circuit for the receiving path. This device allows you to measure only one relative characteristic of the electromagnetic field, namely, the ratio where , - the amplitudes of the magnetic field components in the first (near) and second (far) receiving coils of the probe.
По величине этого отношения судят по УЭС горных пород, вскрытых скважиной. Однако большой практический интерес представляет совместное измерение и других относительных характеристик электромагнитного поля: , и разность фаз Δφ сигналов в первой и второй приемных катушках (см. Д.С.Даев. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин. М.: «Недра», 1974, с.37). Здесь - амплитуда разностного сигнала приемных катушек. Совместная интерпретация результатов измерения этих характеристик позволяет повысить достоверность определения параметров изучаемых горных пород. Данное устройство не обладает возможностью измерения этих характеристик.The magnitude of this relationship is judged by the resistivity of rocks exposed by the well. However, of great practical interest is the joint measurement of other relative characteristics of the electromagnetic field: , and the phase difference Δφ of the signals in the first and second receiving coils (see DS Daev. High-frequency electromagnetic methods of well research. M: "Nedra", 1974, p. 37). Here - the amplitude of the difference signal of the receiving coils. A joint interpretation of the measurement results of these characteristics can improve the reliability of determining the parameters of the studied rocks. This device does not have the ability to measure these characteristics.
Известно также устройство для каротажного электромагнитного зондирования (см. авторское свидетельство СССР №1004940, МПК G01V 3/18, Бюл. №10), содержащее генератор, трехэлементные зонды, состоящие из генераторной и пары приемных катушек, усилители мощности, усилители-преобразователи промежуточной частоты, фазоизмерительный блок, блок телеметрии, блок коммутации. В устройстве имеются также электронные ключи генераторных и измерительных цепей трехэлементных зондов, а трехэлементные зонды выполнены геометрически и электродинамически подобными друг другу, генератор выполнен в виде генератора рабочих частот по числу генераторных катушек трехэлементных зондов, число генераторов гетеродинов соответствует числу пар приемных катушек.A device for logging electromagnetic sounding is also known (see USSR author's certificate No. 1004940, IPC G01V 3/18, Bull. No. 10), containing a generator, three-element probes consisting of a generator and a pair of receiving coils, power amplifiers, intermediate frequency amplifiers converters , phase metering unit, telemetry unit, switching unit. The device also has electronic keys for the generator and measuring circuits of three-element probes, and three-element probes are made geometrically and electrodynamically similar to each other, the generator is made in the form of an operating frequency generator according to the number of generator coils of three-element probes, the number of local oscillator generators corresponds to the number of pairs of receiving coils.
Это устройство позволяет измерять только разность фаз Δφ сигналов в приемных катушках комплекса геометрически и электродинамически подобных зондов, обладающих различной радиальной глубинностью исследования. По значениям Δφ оценивается распределение УЭС в околоскважинном пространстве, выделяются пласты-коллекторы и производится оценка их параметров.This device allows you to measure only the phase difference Δφ of the signals in the receiving coils of a complex of geometrically and electrodynamically similar probes with different radial depth of study. Using the values of Δφ, the distribution of resistivity in the near-wellbore space is estimated, reservoirs are allocated and their parameters are evaluated.
Однако ограниченный объем информации не всегда позволяет достоверно решать эти задачи.However, the limited amount of information does not always allow us to reliably solve these problems.
Известно устройство (см. патент СССР на изобретение «Способ электромагнитного каротажа пород и устройство для его осуществления» SU №1329630, МПК G01V 3/18, опубл. 07.08.1987, Бюл. №29), близкое по технической сути и построению к заявляемому и принятое за прототип.A device is known (see the USSR patent for the invention "Method of electromagnetic logging of rocks and a device for its implementation" SU No. 1329630, IPC G01V 3/18, publ. 07.08.1987, Bull. No. 29), close in technical essence and construction to the claimed and taken as a prototype.
Один из вариантов устройства (см. фиг.12 описания патента) содержит генераторную катушку, детекторы амплитуды и фазы, выполненные в виде двух пар приемных катушек, удаленных на заданные расстояния от генераторной (образующих трехэлементные зонды), генератор высокой частоты, подключенный через усилитель мощности к генераторной катушке, формирователь (блок) сигналов коммутации, включающий первый и второй делители частоты, полосовой фильтр, формирователь прямоугольного напряжения. Имеется также формирователь (генератор) гетеродинной частоты, содержащий фазовый детектор, третий делитель частоты и генератор, управляемый напряжением. Устройство содержит три аналогичных по структуре канала обработки информации, каждый из которых включает в себя входной переключатель, подключающий сигналы A1, A2, предусилитель (усилитель) высокой частоты, имеющий вход управления усилением, смеситель, полосовой фильтр, усилитель промежуточной частоты (образуют тракт промежуточной частоты), измеритель амплитуды в виде пикового детектора, выход которого подключен к схеме автоматического регулирования усилением, а ее выход присоединен к управляющему входу предусилителя в качестве обратной связи. Выход измерителя амплитуды подключен также к накопителю, содержащему две схемы выборки и хранения напряжений, пропорциональных амплитудам сигналов в подключаемых приемных катушках зонда. Выходы схем выборки и хранения подключены к схеме деления, на выходе которой формируется сигнал, соответствующий отношению . Выход усилителя промежуточной частоты подключен также к входу измерителя разности фаз, содержащего последовательно соединенные схему прямоугольных сигналов, детектор нуля, триггер, интегратор, накопитель и дифференциальный усилитель. Накопитель также содержит две схемы выборки и хранения напряжений, пропорциональных фазам сигналов в приемных катушках относительно опорного сигнала, вырабатываемого формирователем сигналов коммутации. На выходе дифференциального усилителя вырабатывается напряжение, пропорциональное разности фаз Δφ сигналов в приемных катушках зонда. В состав устройства входит также вычислительный блок, расположенный на поверхности и связанный со скважинной частью устройства бронированным кабелем.One of the device variants (see FIG. 12 of the patent description) comprises a generator coil, amplitude and phase detectors made in the form of two pairs of receiving coils remote at predetermined distances from the generator coil (forming three-element probes), a high-frequency generator connected through a power amplifier to the generator coil, a shaper (block) of switching signals, including the first and second frequency dividers, a band-pass filter, a square-wave voltage shaper. There is also a driver (oscillator) of the local oscillator frequency, containing a phase detector, a third frequency divider and a voltage controlled oscillator. The device contains three data processing channels that are similar in structure, each of which includes an input switch that connects signals A 1 , A 2 , a high-frequency preamplifier (amplifier) having a gain control input, a mixer, a band-pass filter, an intermediate-frequency amplifier (form a path intermediate frequency), an amplitude meter in the form of a peak detector, the output of which is connected to the automatic gain control circuit, and its output is connected to the control input of the preamplifier as an inverse Noah connection. The output of the amplitude meter is also connected to a drive containing two voltage sampling and storage circuits proportional to the signal amplitudes in the connected receiving coils of the probe. The outputs of the sampling and storage circuits are connected to the division circuit, at the output of which a signal is generated corresponding to the ratio . The output of the intermediate frequency amplifier is also connected to the input of the phase difference meter, which contains a series-connected circuit of rectangular signals, a zero detector, a trigger, an integrator, a drive and a differential amplifier. The drive also contains two voltage sampling and storage circuits, proportional to the phases of the signals in the receiving coils relative to the reference signal generated by the switching signal generator. The output of the differential amplifier produces a voltage proportional to the phase difference Δφ of the signals in the receiver coils of the probe. The device also includes a computing unit located on the surface and connected to the downhole part of the device with an armored cable.
Таким образом, данное устройство одновременно измеряет как относительную характеристику поля , так и разность фаз Δφ, что расширяет его функциональные возможности.Thus, this device simultaneously measures both the relative characteristic of the field , and the phase difference Δφ, which expands its functionality.
Однако это устройство не позволяет измерять такие информационно значимые относительные характеристики поля как и .However, this device does not allow measuring such informationally significant relative field characteristics as and .
Другим недостатком является невысокая точность измерения разности фаз в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды. Это связано с тем, что Δφ определяется как разность между фазами φ1 и φ2 сигналов приемных катушек относительно опорного сигнала, что приводит к удвоению пределов погрешности измерения Δφ по сравнению с погрешностью измерения фаз. При реально достижимой точности измерения фаз φ1 и φ2 ±1°, погрешность в определении Δφ может достигать ±2°. Это приводит к значительным погрешностям в определении удельного сопротивления и диэлектрической проницаемости среды.Another disadvantage is the low accuracy of measuring the phase difference over a wide range of changes in ambient temperature. This is due to the fact that Δφ is defined as the difference between the phases φ 1 and φ 2 of the signals of the receiving coils relative to the reference signal, which leads to a doubling of the limits of measurement error Δφ in comparison with the phase measurement error. With the achievable accuracy of measuring the phases φ 1 and φ 2 ± 1 °, the error in determining Δφ can reach ± 2 °. This leads to significant errors in the determination of the resistivity and permittivity of the medium.
Кроме того схема деления и измеритель разности фаз находятся в скважинной части устройства и подвержены воздействию высоких температур, вибрационным и ударным нагрузкам, что также снижает точность измерения и эксплуатационную надежность.In addition, the division circuit and phase difference meter are located in the downhole part of the device and are exposed to high temperatures, vibration and shock loads, which also reduces the measurement accuracy and operational reliability.
Недостатком устройства является также его относительная сложность, что снижает его надежность в жестких скважинных условиях эксплуатации.A disadvantage of the device is its relative complexity, which reduces its reliability in harsh downhole operating conditions.
Задачами настоящего изобретения являются дальнейшее расширение функциональных возможностей, повышение точности измерений, упрощение конструкции и повышение эксплуатационной надежности устройства.The objectives of the present invention are to further expand the functionality, improve the accuracy of measurements, simplify the design and increase the operational reliability of the device.
Поставленные задачи решаются тем, что в известное устройство для электромагнитного каротажа скважин, содержащее k трехэлементных зонда, состоящих из генераторной и пары приемных катушек, переключаемый генератор рабочих частот с k усилителями мощности, переключаемый генератор гетеродинных частот, k входных переключателя, k усилителей высокой частоты, имеющих вход управления усилением, тракт промежуточной частоты, k схем автоматической регулировки усиления, измеритель амплитуды, блок коммутации, блок телеметрии, вычислительный блок, при этом 1…k выходы переключаемого генератора рабочих частот соединены с входами одноименных усилителей мощности, выходы которых подключены к одноименным генераторным катушкам трехэлементных зондов, 1…k пары приемных катушек трехэлементных зондов соединены с входами одноименных входных переключателей, первый вход тракта промежуточной частоты соединен с выходом переключаемого генератора гетеродинных частот, а выход тракта промежуточной частоты подключен ко входу измерителя амплитуд, первый выход которого соединен со входом блока телеметрии, 1…k выходы схем автоматической регулировки усиления подключены к входам управления усилением одноименных усилителей высокой частоты, выходы блока коммутации электрически связаны с входами управления переключаемых генераторов рабочих и гетеродинных частот и управляющими входами входных переключателей, выход блока телеметрии посредством линии связи соединен с входом вычислительного блока, дополнительно введены мультиплексор высокочастотных сигналов, демультиплексор сигналов измерителя амплитуд и k схем калибровки, а входные переключатели выполнены с дополнительной функцией подключения разностного сигнала пар приемных катушек, при этом выходы входных переключателей соединены с входами схем калибровки, а их выходы с входами усилителей высокой частоты, входы мультиплексора высокочастотных сигналов подключены к выходам усилителей высокой частоты, а выход соединен со вторым входом, тракта промежуточной частоты, вход демультиплексора сигналов измерителя амплитуд подключен ко второму выходу измерителя амплитуд, а его выходы соединены с входами схем автоматической регулировки усиления, управляющие входы мультиплексора высокочастотных сигналов, демультиплексора сигналов измерителя амплитуд и схем калибровки электрически связаны с блоком коммутации.The tasks are solved in that in a known device for electromagnetic well logging, containing k three-element probes, consisting of a generator and a pair of receiving coils, a switched operating frequency generator with k power amplifiers, a switched oscillator of heterodyne frequencies, k input switches, k high-frequency amplifiers, having an gain control input, intermediate frequency path, k automatic gain control circuits, amplitude meter, switching unit, telemetry unit, computing unit, volume 1 ... k the outputs of the switched operating frequency generator are connected to the inputs of the same power amplifiers, the outputs of which are connected to the same-name generator coils of three-element probes, 1 ... k pairs of receiving coils of the three-element probes are connected to the inputs of the same input switches, the first input of the intermediate frequency path is connected to the output of the switched heterodyne frequency generator, and the output of the intermediate frequency path is connected to the input of the amplitude meter, the first output of which is connected to the input of the unit by the body three, 1 ... k the outputs of the automatic gain control circuits are connected to the gain control inputs of the high-frequency amplifiers of the same name, the outputs of the switching unit are electrically connected to the control inputs of the switched oscillators of the working and heterodyne frequencies and the control inputs of the input switches, the output of the telemetry unit is connected via the communication line to the input of the computing unit, additionally introduced a multiplexer of high-frequency signals, a demultiplexer of signals of the amplitude meter and k calibration circuits, and input the switches are made with the additional function of connecting the differential signal of the pairs of receiving coils, while the outputs of the input switches are connected to the inputs of the calibration circuits, and their outputs are connected to the inputs of the high-frequency amplifiers, the inputs of the high-frequency signal multiplexer are connected to the outputs of the high-frequency amplifiers, and the output is connected to the second input, the path of the intermediate frequency, the input of the demultiplexer of the signals of the amplitude meter is connected to the second output of the amplitude meter, and its outputs are connected to the inputs of the automatic circuits eskoy adjustment gain control inputs of the multiplexer high frequency signals, the demultiplexer signal amplitude meter and calibration circuits are electrically connected to the switching unit.
В качестве трехэлементных зондов возможно использование зондов, отвечающих условиям геометрического и электродинамического подобия, для которых справедливы соотношения:As three-element probes, it is possible to use probes that meet the conditions of geometric and electrodynamic similarity, for which the following relations are true:
где α - коэффициент геометрического подобия; Li и Li+1 - расстояния между любыми одноименными элементами зондов; i=1; 2; …k - порядковый номер зонда и Li<Li+1.where α is the coefficient of geometric similarity; L i and L i + 1 - the distance between any of the same elements of the probes; i = 1; 2; ... k is the serial number of the probe and L i <L i + 1 .
где fi, fi+1 - циклическая частота возбуждения полей зондами с Li и Li+1,where f i , f i + 1 is the cyclic frequency of field excitation by probes with L i and L i + 1 ,
где β - коэффициент электродинамического подобия.where β is the coefficient of electrodynamic similarity.
Длины зондов от 0,5 до 2,5 м, рабочие частоты от 10 до 0,4 МГц.Probe lengths from 0.5 to 2.5 m, operating frequencies from 10 to 0.4 MHz.
Измеритель амплитуд может быть выполнен на основе линейного пикового детектора с последующим преобразованием аналогового сигнала постоянного тока в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП).The amplitude meter can be made on the basis of a linear peak detector with the subsequent conversion of an analog DC signal into a digital code using an analog-to-digital converter (ADC).
Возможен также вариант исполнения измерителя амплитуд с использованием быстродействующего АЦП, осуществляющего непосредственное преобразование амплитуды переменного сигнала промежуточной частоты в цифровой код.An embodiment of the amplitude meter is also possible using a high-speed ADC that directly converts the amplitude of the variable intermediate frequency signal into a digital code.
Блок коммутации может быть построен на основе микроконтроллеров или программируемых логических интегральных схем.The switching unit can be built on the basis of microcontrollers or programmable logic integrated circuits.
Вычислительный блок может быть выполнен с использованием компьютера.The computing unit may be performed using a computer.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, на фиг.2 - вариант выполнения входного переключателя, на фиг.3 - вариант выполнения схемы калибровки, на фиг.4 - векторная диаграмма сигналов в приемных катушках трехэлементного зонда.Figure 1 presents a functional diagram of the device, figure 2 is an embodiment of an input switch, figure 3 is an embodiment of a calibration circuit, figure 4 is a vector diagram of the signals in the receiving coils of a three-element probe.
Устройство для каротажных электромагнитных зондирований содержит (см. фиг.1) k трехэлементных зонда, включающие генераторные 11, 1k и пары 21, 2k приемных катушек, переключаемый генератор 3 рабочих частот с усилителями 41,…,4k мощности, переключаемый генератор 5 гетеродинных частот, входные переключатели 61,…,6k, усилители 71,…,7k высокой частоты, имеющие вход управления усилением, тракт 8 промежуточной частоты, схемы 91,…,9k автоматической регулировки усиления, измеритель 10 амплитуд, блок 11 коммутации, блок 12 телеметрии, вычислительный блок 13, мультиплексор 14 высокочастотных сигналов, демультиплексор 15 сигналов измерителя амплитуд, схемы 161,…,16k калибровки.A device for logging electromagnetic soundings contains (see Fig. 1) k three-element probes, including generator 1 1 , 1 k and pairs 2 1 , 2 k receiving coils, a switched generator 3 of working frequencies with amplifiers 4 1 , ..., 4 k power, switchable oscillator 5 local oscillation frequencies, input switches 6 1 , ..., 6 k , high-frequency amplifiers 7 1 , ..., 7 k , having a gain control input, intermediate frequency path 8, automatic gain control circuits 9 1 , ..., 9 k , meter 10 amplitudes, switching unit 11, telemetry unit 12, computing unit 13 , multiplexer 14 high-frequency signals, demultiplexer 15 signals of the amplitude meter, calibration circuit 16 1 , ..., 16 k .
1…k - выходы переключаемого генератора 3 рабочих частот соединены с входами одноименных усилителей 41,…,4k мощности, выходы которых подключены к одноименным генераторным катушкам 11,…,1k трехэлементных зондов, пары 21,…,2k приемных катушек трехэлементных зондов соединены с входами одноименных входных переключателей 61, 6k, первый вход тракта 8 промежуточной частоты соединен с выходом переключаемого генератора 5 гетеродинных частот, выход тракта 8 промежуточной частоты, подключен к входу измерителя 10 амплитуд, первый выход которого соединен со входом блока 12 телеметрии, 1…k выходы схем 91,…,9k автоматической регулировки усиления подключены к входам управления усилением усилителей 71,…,7k высокой частоты, выходы блока 11 коммутации электрически связаны с входами управления переключаемых генераторов 3 и 5 рабочих и гетеродинных частот соответственно, и управляющими входами входных переключателей 61, 6k выход блока 12 телеметрии посредством линии связи соединен с входом вычислительного блока 13, выходы входных переключателей 61, 6k соединены с входами схем 161,…,16k калибровки, а их выходы с входами усилителей 71,…,7k высокой частоты, входы мультиплексора 14 высокочастотных сигналов подключены к выходам усилителей 71,…,7k высокой частоты, а выход его соединен со вторым входом тракта промежуточной частоты 8, вход демультиплексора 15 сигналов измерителя амплитуд подключен ко второму выходу измерителя 10 амплитуд, а выходы демультиплексора 15 соединены с входами схем 91, 9k автоматической регулировки усиления, управляющие входы мультиплексора 14 высокочастотных сигналов, демультиплексора 15 сигналов измерителя амплитуд и схем 161, 16k калибровки электрически связаны с блоком 11 коммутации.1 ... k - the outputs of a switched generator of 3 operating frequencies are connected to the inputs of the same name amplifiers 4 1 , ..., 4 k power, the outputs of which are connected to the same generator coils 1 1 , ..., 1 k three-element probes, pairs 2 1 , ..., 2 k receiving the coils of three-element probes are connected to the inputs of the same input switches 6 1 , 6 k , the first input of the intermediate frequency path 8 is connected to the output of the switching oscillator 5 heterodyne frequencies, the output of the intermediate frequency path 8 is connected to the input of the amplitude meter 10, the first output of which is connected with the input of the telemetry unit 12, 1 ... k the outputs of the automatic gain control circuits 9 1 , ..., 9 k are connected to the high-frequency amplifiers 7 1 , ..., 7 k gain control inputs, the outputs of the switching unit 11 are electrically connected to the control inputs of the switched generators 3 and 5 operating and heterodyne frequencies, respectively, and the control inputs of the input switches 6 1 , 6 k the output of the telemetry unit 12 is connected via the communication line to the input of the computing unit 13, the outputs of the input switches 6 1 , 6 k are connected to the inputs of the circuits 16 1 , ..., 16 k calibration, and their outputs with the inputs of the amplifiers 7 1 , ..., 7 k high frequency, the inputs of the multiplexer 14 high-frequency signals are connected to the outputs of the amplifiers 7 1 , ..., 7 k high frequency, and its output is connected to the second input of the intermediate frequency path 8, the input of the demultiplexer 15 signals measuring amplitudes is connected to the second output meter 10, the amplitudes and outputs of the demultiplexer 15 are connected to the inputs of circuits 9 1, 9 k automatic gain control, the control inputs of the multiplexer 14 high-frequency signals, the demultiplexer 15 meter amplitude signals and circuits 16 1, 16 k calibration electrically connected to switching unit 11.
Входные переключатели 61,…,6k выполнены с дополнительной функцией подключения разностного сигнала пар 21,…,2k приемных катушек к входам устройства.The input switches 6 1 , ..., 6 k are made with the additional function of connecting the differential signal of pairs 2 1 , ..., 2 k of the receiving coils to the inputs of the device.
На фиг.2 изображен один из вариантов выполнения входных переключателей, в частности, 61. Входной переключатель содержит электронные ключи 16, 17, 18 и катушку 19 индуктивности. Электронный ключ 16 подключен параллельно катушке 19 индуктивности, а электронные ключи 17, 18 - параллельно приемным катушкам, соединенным встречно последовательно. Катушка 19 индуктивности и приемные катушки включены последовательно. Электрические параметры катушки 19 индуктивности и приемных катушек выбираются одинаковыми, что необходимо для сохранения постоянства выходного импеданса.Figure 2 shows one of the embodiments of the input switches, in particular, 6 1 . The input switch contains electronic keys 16, 17, 18 and an inductor 19. The electronic key 16 is connected parallel to the inductor 19, and the electronic keys 17, 18 are parallel to the receiving coils, connected counterclockwise in series. The inductor 19 and the receiving coils are connected in series. The electrical parameters of the inductor 19 and the receiving coils are chosen the same, which is necessary to maintain the constancy of the output impedance.
Возможен также вариант выполнения входных переключателей со встречно параллельным включением приемных катушек.An embodiment of input switches with opposite parallel connection of receiving coils is also possible.
На фиг.3 представлен вариант выполнения схемы (161) калибровки. Она содержит электронные ключи 20, 21 и прецезионные резисторы 22, 23, образующие калиброванный делитель входного напряжения.Figure 3 presents an embodiment of a calibration circuit (16 1 ). It contains electronic switches 20, 21 and precision resistors 22, 23, forming a calibrated input voltage divider.
Входы ключей 22 и 23 соединены с верхним и нижним плечами делителя напряжения соответственно, а выходы связаны между собой и являются выходом схемы калибровки.The inputs of the keys 22 and 23 are connected to the upper and lower shoulders of the voltage divider, respectively, and the outputs are interconnected and are the output of the calibration circuit.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Последовательно, с временным разделением, осуществляются измерения характеристик возбуждаемого электромагнитного поля k трехэлементными зондами, образуя полный цикл работы T, длительность которого может быть выбрана в пределах 100-200 мс. Время измерения Δt одним зондом соответственно равно . При измерении первым трехэлементным зондом блок 11 коммутации устанавливает переключаемый генератор 3 рабочих частот в состояние генерации сигнала рабочей частоты f1 первого трехэлементного зонда, который усиливается усилителем 41 мощности до необходимого уровня и подается на генераторную катушку 11 первого трехэлементного зонда. Ток в этой катушке возбуждает в горных породах электромагнитное поле, индуцирующее сигналы в приемных катушках зонда. Блок 11 коммутации устанавливает также переключаемый генератор 5 гетеродинных частот в состояние генерации сигнала гетеродинной частоты fг1 первого трехэлементного зонда, который подается на первый вход тракта 8 промежуточной частоты. Разность частот Δf=fг1-f1 является промежуточной частотой. Гетеродинные частоты выбраны так, что промежуточная частота Δf=fгi-fi одинакова при измерении всеми k трехэлементными зондами. Δf выбирается в пределах 10-100 кГц.Consistently, with time separation, the characteristics of the excited electromagnetic field k are measured using three-element probes, forming a complete cycle T, the duration of which can be selected within 100-200 ms. The measurement time Δt by one probe is respectively equal . When measured by the first three-element probe, the switching unit 11 sets the switchable operating frequency generator 3 to the state of generating the working frequency signal f 1 of the first three-element probe, which is amplified by the power amplifier 4 1 to the required level and is supplied to the generator coil 1 1 of the first three-element probe. The current in this coil excites an electromagnetic field in the rocks, inducing signals in the receiving coils of the probe. The switching unit 11 also sets the switched oscillator of the local oscillator frequency 5 in the state of generation of the local oscillator frequency signal f g1 of the first three-element probe, which is fed to the first input of the intermediate frequency path 8. The frequency difference Δf = f g1 -f 1 is an intermediate frequency. The heterodyne frequencies are chosen so that the intermediate frequency Δf = f gi -f i is the same when measured with all k three-element probes. Δf is selected in the range of 10-100 kHz.
По команде блока 11 коммутации мультиплексор 14 подключает выход усилителя 71 высокой частоты ко второму входу тракта 8 промежуточной частоты, а демультиплексор 15 соединяет второй выход измерителя 10 амплитуд с входом схемы 91 автоматической регулировки усиления. Далее после окончания переходных процессов выполняются четыре такта измерений.At the command of the switching unit 11, the multiplexer 14 connects the output of the high-frequency amplifier 7 1 to the second input of the intermediate frequency path 8, and the demultiplexer 15 connects the second output of the amplitude meter 10 with the input of the automatic gain control circuit 9 1 . Further, after the end of transient processes, four measurement steps are performed.
В первом такте блок 11 коммутации устанавливает входной переключатель 61 в позицию подключения сигнала А2 второй (дальней) приемной катушки в паре 21, при этом во входном переключателе 61 (см. фиг.2) ключи 16, 18 разомкнуты, а ключ 17 замкнут.In the first cycle, the switching unit 11 sets the input switch 6 1 to the connection position of the signal A 2 of the second (far) receiving coil in pair 2 1 , while in the input switch 6 1 (see figure 2) the keys 16, 18 are open, and the key 17 closed.
В схеме 161 калибровки (см. фиг.3) блок 11 коммутации устанавливает ключ 20 в замкнутое состояние, а ключ 21 - в разомкнутое. Таким образом, в первом такте измерений первая (ближняя) катушка пары 21 оказывается замкнутой ключом 17, а вторая (дальняя) подключается вместе с катушкой 19 индуктивности к входу схемы 161 калибровки и через ее замкнутый ключ 20 на вход усилителя 71 высокой частоты подается сигнал А2 второй катушки пары 21 трехэлементного зонда. Усиленный сигнал А2 с частотой f1 через мультиплексор 14 поступает на второй вход тракта 8 промежуточной частоты, где после смешивания с гетеродинной частотой fг1 образуется разностная промежуточная частота Δf. Усиленный сигнал промежуточной частоты, пропорциональный А2 подается на вход измерителя 10 амплитуд. Измеритель 10 амплитуд преобразует переменный сигнал А2 с частотой Δf в цифровой код, эквивалентный его амплитуде. Этот цифровой код подается с первого выхода измерителя 10 амплитуд на вход блока 12 телеметрии, где преобразуется в форму, удобную для передачи по линии связи, передается в вычислительный блок 13 и фиксируется в его памяти.In the calibration circuit 16 1 (see FIG. 3), the switching unit 11 sets the key 20 to the closed state, and the key 21 to the open state. Thus, in the first measurement step, the first (near) coil of pair 2 1 turns out to be closed by key 17, and the second (distant) is connected together with inductance coil 19 to the input of calibration circuit 16 1 and through its closed key 20 to the input of high-frequency amplifier 7 1 signal A 2 of the second coil of pair 2 1 of the three-element probe is supplied. The amplified signal A 2 with a frequency f 1 through a multiplexer 14 is fed to the second input of the intermediate frequency path 8, where, after mixing with the local oscillation frequency f g1 , a differential intermediate frequency Δf is formed. An amplified intermediate frequency signal proportional to A 2 is supplied to the input of the amplitude meter 10. The amplitude meter 10 converts an alternating signal A 2 with a frequency Δf into a digital code equivalent to its amplitude. This digital code is supplied from the first output of the amplitude meter 10 to the input of the telemetry unit 12, where it is converted into a form convenient for transmission via a communication line, transmitted to the computing unit 13, and recorded in its memory.
Во втором такте измерений блок 11 коммутации устанавливает входной переключатель 61 в позицию подключения разностного сигнала ΔA пары 21 приемных катушек, при этом во входном переключателе 61 ключ 16 замыкается, ключ 17 размыкается, а ключ 18 остается в разомкнутом состоянии.In the second measurement step, the switching unit 11 sets the input switch 6 1 to the connection position of the differential signal ΔA of the pair 2 1 of the receiving coils, while in the input switch 6 1, the key 16 closes, the key 17 opens, and the key 18 remains in the open state.
В схеме 161 калибровки состояния ключей 20, 21 остаются прежними. В этом такте измерений к входу усилителя 71 высокой частоты через схему 161 калибровки оказываются подключенными встречно включенные приемные катушки пары 21 и на входе усилителя 7, действует разностный сигнал ΔА. Этот сигнал претерпевает те же преобразования, что и сигнал А2 и в виде цифрового эквивалента его амплитуды фиксируется в памяти вычислительного блока 13.In the circuit 16 1 calibration of the state of the keys 20, 21 remain the same. This cycle of measurement to the input amplifier 1 July high frequency circuit through calibration January 16 are connected oppositely included receiver coils couple 2 1 and at the input of the amplifier 7, the difference signal ΔA acts. This signal undergoes the same transformations as the signal A 2 and in the form of a digital equivalent of its amplitude is recorded in the memory of the computing unit 13.
В третьем такте измерений блок 11 коммутации устанавливает входной переключатель 61 в позицию подключения сигнала A1 первой (ближней) приемной катушки в паре 21, при этом во входном переключателе 61 ключ 16 размыкается, ключ 17 остается в разомкнутом состоянии, а ключ 18 замыкается. В схеме 161 калибровки состояния ключей 20, 21 также остаются прежними. К входу усилителя 71 высокой частоты через схему 161 калибровки оказывается подключена совместно с катушкой 19 индуктивности первая приемная катушка пары 21 и на вход усилителя 71 поступает сигнал A1.In the third measurement step, the switching unit 11 sets the input switch 6 1 to the connection position of the signal A 1 of the first (near) receiving coil in pair 2 1 , while in the input switch 6 1, the key 16 is opened, the key 17 remains in the open state, and the key 18 closes. In the circuit 16 1 calibration of the state of the keys 20, 21 also remain the same. To the input amplifier 7 1 through the high frequency circuit 16 is connected one calibration coil 19 together with the first receiving coil inductance Pairs 2 and 1, the input amplifier 7 receives the signal A 1 1.
Сигнал A1 преобразуется таким же образом как и сигналы А2 и ΔА, после чего фиксируется в памяти вычислительного блока 13 в виде цифрового эквивалента его амплитуды.The signal A 1 is converted in the same way as the signals A 2 and ΔA, after which it is recorded in the memory of the computing unit 13 in the form of a digital equivalent of its amplitude.
В четвертом такте измерений входной переключатель 61 остается в позиции подключения сигнала A1, а в схеме 161 калибровки ключ 20 размыкается, ключ 21 замыкается. В этом случае на вход усилителя 71 высокой частоты поступает только часть сигнала А1, определяемая коэффициентом m деления делителя на резисторах 22, 23, т.е.In the fourth measurement cycle, the input switch 6 1 remains in the position of signal A 1 connection, and in the calibration circuit 16 1 , the key 20 opens, the key 21 closes. In this case, only part of the signal A 1 , determined by the division coefficient m of the divider on the resistors 22, 23, is fed to the input of the high-frequency amplifier 7 1 , i.e.
где R22, R23 - сопротивления резисторов 22 и 23.where R 22 , R 23 - resistance of the resistors 22 and 23.
Коэффициент m деления выбирается в пределах 0,03-0,08.The division coefficient m is selected in the range of 0.03-0.08.
Сигнал mA1 проходит по тому же усилительно-преобразовательному тракту и в виде цифрового эквивалента его амплитуды фиксируется в памяти вычислительного блока 13.The signal mA 1 passes through the same amplification-conversion path and in the form of a digital equivalent of its amplitude is recorded in the memory of the computing unit 13.
В процессе измерений в схеме 91 автоматической регулировки усиления, подключенной ко второму выходу измерителя 10 амплитуд через демультиплексор 15, вырабатывается сигнал, управляющий усилением усилителя 71 высокой частоты и подаваемый на его вход управления усилением. В результате работы схемы 91 автоматической регулировки усиления на входе измерителя 10 амплитуд поддерживаются уровни сигналов, мало зависящие от электрических параметров окружающей зонд среды.In the measurement process in the circuit 9 1 automatic gain control connected to the second output of the amplitude meter 10 through the demultiplexer 15, a signal is generated that controls the amplification of the high-frequency amplifier 7 1 and is supplied to its gain control input. As a result of the operation of the automatic gain control circuit 9 1 at the input of the amplitude meter 10, signal levels are maintained that are little dependent on the electrical parameters of the environment of the probe.
По окончании четвертого такта измерений в вычислительном блоке 13 производится корректировка измеренных значений сигналов по результатам измерения известного калибровочного сигнала mA1 и вычисляются амплитудные относительные характеристики поля как отношения ; ; .At the end of the fourth measurement cycle, in the computing unit 13, the measured signal values are corrected according to the measurement results of the known calibration signal mA 1 and the amplitude relative field characteristics are calculated as ratios ; ; .
Метод определения разности фаз Δφ поясняется векторной диаграммой, представленной на фиг.4. На ней в виде комплексных величин в координатах реальной ReA и мнимой ImA частей изображены векторы сигналов , и .The method for determining the phase difference Δφ is illustrated by the vector diagram shown in Fig.4. On it, in the form of complex quantities in the coordinates of the real ReA and imaginary ImA parts, the signal vectors are shown , and .
Фазы векторов и относительно тока в генераторной катушке - φ1 и φ2 соответственно.Phase Vectors and relative to the current in the generator coil - φ 1 and φ 2, respectively.
Разность фаз Δφ=φ2-φ1 является углом между векторами и Разностный сигнал ΔА приемных катушек это вектор , соединяющий концы векторов и Векторы и и образуют треугольник.The phase difference Δφ = φ 2 -φ 1 is the angle between the vectors and The difference signal ΔA of the receiving coils is a vector connecting the ends of vectors and Vectors and and form a triangle.
Из теоремы косинусов имеем:From the cosine theorem we have:
, ,
откуда следует: whence follows:
Вычислительный блок 13 выполняет эти вычисления.Computing unit 13 performs these calculations.
Результаты измерений первым трехэлементным зондом , , и Δφ1 запоминаются вычислительным блоком 13.The measurement results of the first three-element probe , , and Δφ 1 are stored by the computing unit 13.
По окончании работы первого трехэлементного зонда блок 11 коммутации устанавливает переключаемый генератор 3 рабочих частот в состояние генерации сигнала рабочей частоты f2 второго трехэлементного зонда, а переключаемый генератор 5 гетеродинных частот в состояние генерации сигнала гетеродинной частоты fг2 второго трехэлементного зонда, мультиплексор 14 подключает выход усилителя 72 высокой частоты ко второму входу тракта 8 промежуточной частоты, а демультиплексор 15 соединяет второй выход измерителя 10 амплитуд с входом схемы 92 автоматической регулировки усиления.At the end of the first three-element probe, the switching unit 11 sets the switched oscillator 3 of the operating frequency to the state of generating the signal of the operating frequency f 2 of the second three-element probe, and the switched generator 5 of the heterodyne frequencies to the state of generating the signal of the local oscillation frequency f g2 of the second three-element probe, multiplexer 14 connects the amplifier output 2 July high frequency path to the second input 8 of the intermediate frequency, and a second demultiplexer 15 connects output amplitude meter 10 to an input circuit 9 February automated eskoy gain.
Далее процесс измерения протекает аналогично описанному для первого трехэлементного зонда. В результате работы второго трехэлементного зонда измеряются относительные характеристики поля:Further, the measurement process proceeds as described for the first three-element probe. As a result of the second three-element probe, relative field characteristics are measured:
, , и Δφ2, которые фиксируются в памяти вычислительного блока 13. , , and Δφ 2 , which are fixed in the memory of the computing unit 13.
Полный цикл измерений заканчивается работой k-го трехэлементного зонда и получением относительных характеристик поля:The full measurement cycle ends with the work of the k-th three-element probe and obtaining the relative characteristics of the field:
, , и Δφk. , , and Δφ k .
Описанный цикл измерений повторяется во времени многократно. Результаты измерений преобразуются вычислительным блоком 13 в соответствии с градуировочными зависимостями в соответствующие значения кажущихся удельных сопротивлений и/или диэлектрических проницаемостей, которые могут записываться в виде каротажных диаграмм в функции глубины скважины.The described measurement cycle is repeated over time many times. The measurement results are converted by the computing unit 13 in accordance with the calibration dependencies in the corresponding values of the apparent resistivities and / or dielectric constants, which can be written in the form of well logs as a function of well depth.
При наличии в составе устройства, например, пяти трехэлементных зондов может быть получено двадцать относительных характеристик поля. Такой объем получаемой информации значительно увеличивает функциональные возможности устройства и позволяет более достоверно изучать параметры горных пород.If the device contains, for example, five three-element probes, twenty relative field characteristics can be obtained. Such a volume of information received significantly increases the functionality of the device and allows a more reliable study of rock parameters.
В предлагаемом устройстве измерения сигналов трехэлементного зонда производятся одним усилительно-преобразовательным трактом, поэтому изменения коэффициента передачи, например, при воздействии температуры одинаково сказываются на результатах измерения сигналов A1, А2, ΔА, а так как конечными результатами являются отношения амплитуд этих сигналов, то изменения коэффициента передачи тракта не влияют на их величину. Разность фаз Δφ здесь определяется непосредственно и как функция также отношения сигналов, что тоже устраняет влияние изменения коэффициента передачи на точность измерений и не требует использования опорного сигнала.In the proposed device, the measurements of the signals of the three-element probe are made by one amplification-conversion path, therefore, changes in the transmission coefficient, for example, when exposed to temperature, equally affect the measurement results of signals A 1 , A 2 , ΔA, and since the final results are the ratio of the amplitudes of these signals, changes in the transmission coefficient of the path do not affect their value. The phase difference Δφ here is determined directly and as a function of the signal ratio, which also eliminates the influence of changes in the transmission coefficient on the measurement accuracy and does not require the use of a reference signal.
Применение схемы калибровки позволяет учесть дрейф нулевого уровня усилительно-преобразовательного тракта и скорректировать измеренные сигналы за его влияние.The use of a calibration scheme makes it possible to take into account the zero-level drift of the amplification-conversion path and to correct the measured signals for its influence.
В скважинной части устройства в отличие от прототипа не содержится таких блоков как схема деления и измеритель разности фаз во многом определяющих метрологические характеристики устройства.In the downhole part of the device, unlike the prototype, there are no such blocks as a division circuit and phase difference meter that largely determine the metrological characteristics of the device.
Операции определения отношения амплитуд и разности фаз выполняются с высокой точностью наземным вычислительным блоком, находящимся в нормальных условиях.The operations of determining the ratio of the amplitudes and the phase difference are performed with high accuracy by a ground computing unit located in normal conditions.
Описанные меры позволили существенно повысить точность измерения относительных амплитудных и фазовой характеристик.The described measures have significantly improved the accuracy of measuring relative amplitude and phase characteristics.
Благодаря использованию одного преобразовательного тракта для всех трехэлементных зондов, устранению из скважинной части схемы деления, а также измерителя разности фаз, устройство значительно упростилось и, следовательно, повысилась его эксплуатационная надежность.Thanks to the use of a single conversion path for all three-element probes, elimination of the division circuit from the borehole part, as well as a phase difference meter, the device was significantly simplified and, therefore, its operational reliability increased.
Разработаны рабочие чертежи устройства и изготовлены опытные образцы, испытания которых подтвердили эффективность предложенных технических решений.Working drawings of the device were developed and prototypes were made, tests of which confirmed the effectiveness of the proposed technical solutions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009131428/28A RU2400780C1 (en) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | Device for logging electromagnet probing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009131428/28A RU2400780C1 (en) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | Device for logging electromagnet probing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2400780C1 true RU2400780C1 (en) | 2010-09-27 |
Family
ID=42940482
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009131428/28A RU2400780C1 (en) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | Device for logging electromagnet probing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2400780C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107797150A (en) * | 2017-11-22 | 2018-03-13 | 中国地质大学(武汉) | A kind of transient electromagnetic instrument receiver |
-
2009
- 2009-08-18 RU RU2009131428/28A patent/RU2400780C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107797150A (en) * | 2017-11-22 | 2018-03-13 | 中国地质大学(武汉) | A kind of transient electromagnetic instrument receiver |
CN107797150B (en) * | 2017-11-22 | 2023-09-15 | 中国地质大学(武汉) | Transient electromagnetic instrument receiver |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6218841B1 (en) | Method and apparatus for determining dip angle, and horizontal and vertical conductivities using multi frequency measurments and a model | |
US10371853B2 (en) | Nuclear magnetic resonance system with feedback induction coils | |
US7598741B2 (en) | Method and apparatus for internal calibration in induction logging instruments | |
US7190169B2 (en) | Method and apparatus for internal calibration in induction logging instruments | |
CN101680964A (en) | An antenna of an electromagnetic probe for investigating geological formations | |
MX2011012423A (en) | Borehole compensated resistivity logging tool having an asymmetric antenna spacing. | |
US7973532B2 (en) | Downhole spread spectrum induction instruments | |
US7737697B2 (en) | Method and apparatus for use of the real component of a magnetic field of multicomponent resistivity measurements | |
Lin et al. | A review of Air-Core coil sensors in surface geophysical exploration | |
US7336080B2 (en) | Method and apparatus for use of the real component of a magnetic field of multicomponent resistivity measurements | |
RU2400780C1 (en) | Device for logging electromagnet probing | |
Sogade et al. | Electromagnetic cave-to-surface mapping system | |
US20130063149A1 (en) | Reducing fluid capacitance and conductance effects on piezoelectric resonator measurements | |
SU1004940A1 (en) | Device for logging-type electromagnetic probing | |
RU2292064C2 (en) | Device for electromagnetic logging of wells | |
Fereidoony et al. | Near-field ranging using dual mode magnetic induction | |
Chavda et al. | Magnetic Induction Based Positioning System Using Dual Multiplexing Technique | |
RU2809927C1 (en) | Nuclear magnetic logging device | |
KR102370216B1 (en) | Soil sensing apparatus, soil sensing interface circuit, and soil sensing method | |
Kang et al. | A Novel Method for Extracting Resistivity Anisotropy from EM Resistivity Logging While Drilling | |
Borchert | Receiver design for a directional borehole radar system | |
SU1000981A1 (en) | Device for electromagnetic well-logging | |
RU2092875C1 (en) | Device for electromagnetic well logging probing | |
SU890337A1 (en) | Electromagnetic well-logging device | |
Zhao et al. | Analysis and design of the coils system for electromagnetic propagation resistivity logging tools by numerical simulations |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140819 |