SU1073732A1 - Устройство дл электромагнитного каротажа скважин - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИАГНИТНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН, содержащее зонд, включающий разнесенные излучающие и приемные катушки, размещенные на непровод щей основе, генераторный блок, выходы которого соединены с излучакхцими катуижами, и двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты, входы которого соединены с приемными катушками, а также наземный регистратор, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  электрических свойств ropHbJx пород за счет , устранени  вли ни  нестабильности начального сдвига фаз между каналами измерител  разности фаз, в него дополнительно введены интегратор, преобразователь амплитуды сигнала с частотой девиацией в управл ющий сигнал и элемент с регулируемой фазочастотной характеристикой, при этом интегратор включен между выходом двухканального измерител  разности фаз и входом наземного регистратора, вход.преобразовател  амплитуды сигна-ла с частотой девиации в управл ющий сигнал соединен с выходом двухканального измерител  разности фаз, а вы-, ход подключен к управл ющему входу элемента с регулируемой фазочастотной характеристикой, включенного между одной из приемных катушек и одним из входов двухканального измерител  разности фаз. 2.Устройство ПОП.1, отличающеес  тем, что генераторный блок выполнен в виде низкочастотного переключающего генератора и двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты, переключающий вход которого соединен с выходом низкочастотного переключающего генератора , а выход нагружен на одну из излучающих катушек, причем значени  , рабочих частот двухчастотного пере- Q ключаемого генератора высокой часто- iS |ТЫ отличаютс  друг от друга на ве (/) личину удвоенной промежуточной частоты в двухканальном измерителе разности фаз и  вл ютс  зеркальными по отношению к частоте его гетеродина , а частота низкочастотного переключающего генератора в 5-10 раз выше максимальной частоты гармоник , содержащихс  в пространственном спектре регистрируемого сигнала, 3.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что двухканальный измеритель разности фаз выполнен с линейной и четной функциональной зависимостью выходного сигнала от величины измер емой разности фаз. 4.Устройство по п. 2, отличающеес  тем, что, двухчастотный переключаемый генератор высокой частоты выполнен с девиацией рабочих частот на величину, не меньшую ,чем отклонение центральных частот под воздействием дестабилизирующих факторов и с фиксированной частотой девиации, наход щейс  в диапазоне , ограниченном снизу значением частоты низкочастотного переключающего генератора, а сверху значением промежуточной частоты двухканального измерител  разности фаз.

Description

Изобретение относитс  к аппарату дл  исследовани  скважин и может быть преимущественно использовано при электромагнитном каротаже скважин .

Известно устройство дл  диэлектрического каротажа скважин, содержащее генераторную часть, зонд с генераторной и двум  приемными катушками , двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразов нием частоты входных сигналов, вход которого соединены с приемными катушками , а выход соединен с наземным регистратором. Устройство измерет разность фаз сигналов в приемных катушках зонда, создаваемых электромагнитным полем генераторной катушки . По величине измеренной разности фаз суд т об электрических свойствах пород 1.

Регистраци  начального сдвига фа в этом устройстве производитс  вне исследуемой среды (вне скважины) на дневной поверхности. Помещение устройства в услови  исследовани  горных пород (в скважину), отличные от условий регистрации начального сдвига фаз, приводит к возникновению дополнительного , не учитываемого сдвига фаз, обусловленного изменением температуры и перепгщом амплитуд входных сигналов, что вызывает нестабильность величины начального сдвига фаз и снижает точность измерений .

Известно также устройство дл  электромагнитного каротажа скважин, включающее первый генератор, зонд с основной генераторной катушкой, подколоченной к выходу первого генератора , двум  приемными катушками и одной , расположенной между ними, дополнительной генераторной катушкой, второй генератор, настроенный на частоту, равную частоте первого генератора , подключенный к дополнительной генераторной катушке, двухканальный измеритель разности Фаз с гетеродинным преобразованием частоты входных сигналов, входы которого соединены с приемными катушками зонда , а выход соединен с наземным регистратором 2}.,

За счет наличи  в составе зонда дополнительной генераторной катушки помещенной между приемными катушками и соединенной со вторым генератором , частота которого равна частоте основного генератора, это устройство позвол ет регистрировать велачину начального сдвига фаз в услови х исследовани  горных пород, т.е. в скважине, путем дистанционного (по команде с поверхности) выключени  первого генератора и включени  второго.

Недостатком этого устройства  вл етс  низка  точность определени  начального сдвига фаз в скважине, обусловленна  тем, что показани  дифференциального зонда, образованного двум  приемными катушками и одной дополнительной генераторной катушкой , помещенной между приемными, завис т не только от начального сдвга фаз между измерительными каналами , но и от электрических свойств окружающих пород.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство дл  электромагнитного каротажа скважин, включающе зонд с разнесенными излучающими и приемными катушками, размещенными на непровод щейоснове, генераторный блок, выходы которого соединен с излучающими катушками, и двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частот входы которого соединены с приемными катушками, а также назекмый регистратор . Генераторный блок содержит первый генератор, выход которого подключен к основной излучающей катушке, и второй и третий генераторы , выходы которых нагружены на дополнительную излучающую катушку, расположенную между приемными катушками; частота второго,генератора .равна частоте первого, частота третьего генератора равна частоте гетеродина , а генераторный блок соединен с коммутатором, обеспечивающим дистанционное (с поверхности) включение первого, либо второго и третьго генераторов.

За счет наличи  в составе устройства третьего генератора, частота которого равна частоте гетеродина , величина сдвига фаэ, измер емого дифференциальным зондом в скважине , не зависит от электрических свойств окружающей среды и дл  достаточно высокооктых сред соответствует значению начального сдвига фаз между измерительными каналами 3.

Недостатком этого устройства  вл етс  низка  точность определени  начального сдвига фаз в низкоомных породах или при высокой минерализации бурового раствора, заполн ющего скважину. Объ сн етс  это тем, что вследствие разной длины основного и дифференциального зондов амплитуды сигналов в приемных катушках при работе основной и вспомогательной излучающих катушек могут существенно отличатьс /что ведет к возникновению сшибок в определении истинной величины начального сдвига фаз в низкоомных участках разреза.

Кроме того, данное устройство не обеспечивает непрерывный контроль за величиной начального сдвига фаз, котора  непрерывно мен етс  в процессе каротажа вследствие изменени  температуры и электрических параметров окружающей среды и, следовательно , принципиально не может обеспечить непрерывного устранени  вли ни  нестабильности начального сдвига фаз на результаты измерений. Цель изобретени  - повышение точ ности измерени  электрических свойс горных пород за счет устранени  вли ни  нестабильности начального сдвига фаз между к.аналами измерител  разности фаз. Дл  достижени  этой цели в устро стве дл  электромагнитного каротажа скважин, содержащем зонд, включающий разнесенные излучающие и приемные катушки, размещенные на непрово д щей основе, генераторный блок, вы ходы которого соединены с излучающи ми катушками и двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты, входы кото рого соединены с приемными катушкам а также наземный регистратор, допол нительно введены интегратор, преобразователь амплитуды сигнала с частотной девиацией в управл ющий сигнал и элемент с регулируемой фазоча тотной характеристикой, при этом ин тегратор включен между выходом . двухканального измерител  разности фаз и входом наземного регистратора вход преобразовател  амплитуды сигнала с частотой девиации в управл ю щий сигнал соединен с выходом двухк нального измерител  разности фаз, а выход подключен к управл ющему входу элемента с регулируемой фазочастотной характеристикой,, включенного между одной из приемных катуше и одним из входов двухканального. из мерител  разности фаз. При этом генераторный блок выпол нен в виде низкочастотного переключаквдего генератора и двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты, переключающий вход которого соединен с выходом низкочастотного переключающего генератора, а выход нагружен на одну из излучающих катушек, причем значени  рабочих частот двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты отличаютс  друг от друга на величину удвоенной промежуточной частоты в двухканальном измерителе разности фаз и  вл ютс  зеркальными по отношению к частоте его гетеродина, а частота низкочастотного переключающего генератора в- 5-10 раз выше максимальной частоты гармоник, имеющихс  в спектре регистрируемого сигнала . Двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразовани ем частоты входных сигналов выполне с линейной и четной функциональной зависимостью выходного сигнала от величины измер емой разности фаз. Дл  увеличени  точности измерений фазового сдвига между приемными катушками путем устранени  вли ни  нестабильности промежуточной частоты измерител  разности фаз двухчастотный переключаеьий генератор высокой частоты выполнен с девиацией частот на величину не меньшую, чем отклонение центральных частот под воздействием дестабилизирующих факторов и с фиксированной частотой девиации, наход щейс  в диапазоне, ограниченном снизу значением частоты управл ющего низкочастотного генератора , а свврху значением промежуточной частоты двухканального измерител  разности фаз. На фиг. 1 изображена функциональна  схема устройства дл  электромагнитного каротажа скважин с автоматической регулировкой фазочастотной характеристики одного из каналов измерител  разности фаз; на фиг. 2 зависимость выходного напр жени  двухканального измерител  разности фаз дл  двух рабочих частот - основной и зеркальной по отнс иению к частоте его гетеродина. Устройство (фиг. 1) содержит зонд, включающий разнесенные по оси скважины приемные катушки 1-1, 1-2 и излучающие катушки 2-1, 2-2, 2-3, закрепленные , на непровод щей основе; генераторный блок 3, выполненный в виде двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты 4 и низкочастотного переключающего генератора 5. Переключающий вход генератора высокой частоты соединен с выходом низкочастотного переключающего генератора 5, а выход нагружен на одну из излучающих катушек. Двухканальный измеритель разности фаз 6 с гетеродинным преобразованием частоты на входе, входы которого соединены с приемными катушками 1-1, 1-2 соединен интегратором 7, выход которого соединен с наземным регистратором 8. Устройство содержит также преобразователь 9 амплитуды сигнала с частотой девиации, вход которого подключен к выходу двухканального измери.тел  разности фаз 6, а выход соединен с управл ющим входом элемента и регулируемой фазочастотной характеристикой 10, включенного между одной из приемных катушек и входом одним из входов двухканального измерител  разности фаз. Устройство работает следующим образом . Низкочастотный переключающий генератор 5 вырабатывает управл ющий сигнал, обеспечивающий поочередное включение рабочих частот двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты 4 на равные промежут ки времени. Минимально допустима  частота переключений зависит от ма симальной скорости подъема устройс ва и дл  облегчени  фильтрации вы хрдного сигнала выбираетс  в 5-10 раз выше максимальной частоты гармоник , содержащихс  в пространстве ном спектре регистрируемого сигнал Цвухчастотный переключаемый генератор высокой частоты 4 генераторног блока 3 питает одну из излучающих картушек зонда, например 2-2, попере менно током двух высоких частот, основной и зеркальной по отношению к частоте- гетеродина, отличающихс  друг от друга на величину равную удвоенному значению промежуточной частоты, примененной в двухканальном измерителе разности фаз 6 гетеродинным преобразованием частоты на входе. Излучакмца  катушка, например 2-2, возбуждает в окружающей среде высокочастотное электромагнитное по ле. Приемные катушки 1-1 и 1-2 регистрируют электромагнитное поле одной из рабочих частот в двух точках , удаленных на заданное рассто ние по оси скважины, причем сдвиг фаз электромагнитного пол  между этими точками зависит от диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивлени  пласто ГО1РНЫХ пород, окружаквдих скважину. Двухканальный измеритель разности фаз 6, входы которого соединены с приемными катушками преобразует вели чину сдвига фаз ЭДС в приемных катушказГв посто нное напр жение, пропор циональное этому сдвигу. . В общем случае измер емой фазовы сдвиг в услови х исследовани  скважин складываетс  из начального сдви га фаз между каналами измерител  ра ности фаз - 4/р и сдвига фаз обусловленного вли нием окружающих скважину пород. Известно,что в измерител х разнос ти фаз с гетеродинным преобразовани ем частоты на входе, при переходе с основной рабочей частоты-F (фиг. 2 на зеркальную по отношению к частот гетеродина частоту Fj, абсолютна  величина измер емого фазового сдвига сохран етс  неизменной, а знак мен етс  на обратный, в то врем  как величина , обусловлен на  начальным сдвигом фаз, своего знака не измен ет. Поскольку двухкайальный измеритель разности фаз 6 в Дёшном устройстве выполнен с линейном и четной функциональной зависимостью выходного напр жени  от величины измер емой разности Фаз (см. фиг. 2), при работе на частоте F величина выходного сигнала U равна: . и 1с(л л/„| , (Я а при работе на частоте Fg величина выходного сигнала U, (4/ -drJ, (2h С где К в/раб.J - Коэффициент преобразовани  измерите л  разности фаз. Из (1) и (2) следует о/и. , т.е. среднее арифметическое значение выходного напр жени  измерител  разности фаз при работе на основной и зеркальной частотах не зависит от величины начального сдвига фаз ЛЧ0, его нестабильности и от нулевого сигнала Up, определ етс  лишь фазовым сдвигом, обусловленным породами , окружающими скважину. Выделение среднего значени  выходного сигнала двухканального измерител  разности фаз в соответствии с Формулой (3) осуществл ет интегратор 7, с выхода которого напр жение, пропорциональное значению измер емого сдвига фаз ( uffj ) поступает на поверхность дл  регистрации. Двухчастотный переключаемый генератор высокой частоты 4 генераторного блока 3 питает одну из излучающих катушек зонда, например 2-2, попеременно током двух высоких частот основной F-, и зеркальной Е, с одновременной девиацией их значений на величинуЛР , не меньшую чем отклонение центральных частот F;, и воздействием дестабилизирующих факторов и с фиксированной частотой девиации , значение которой ограничена снизу значением частоты низкочастотного управл ющего генератора 5, а сверху значением промежуточной частоты, примен емой в измерителе разности фаз 7. Вследствие нестабильности промежуточной частоты двухканального измерител  разности фаз 7 девиаци  рабочих частот F и F. в теокочастотного электромагнитного Дол , наход щегос  в приемных катушках 1-1 и 1-2 приводит к по влению на выходе измерител  разности фаз 6 сигнала с частотой девиации, амплитуда которого определ етс  идентичностью фазочастотных характеристик измерительных Каналов двухканального измерител  разности фаз, Сигналс частотой де- Виации поступает на вход преобразовател  9 амплитуды сигнала с частотой девиации в управл ющий сигнал. Управл ющий сигнал, пропорциональный величине идентичности фазочастотных характеристик измерительных каналов, поступает на вход элемента с регулируемой фазочастотной характеристикой 10, который в зависимости от величины управл к цего сигнала измен ет фазочастотную характеристику измерительного канала двухканального измерител  разности фаз 6. В результате в устройстве возникает отрицательна обратна  св зь по амплитуде сигнала с частотой девиации, минимизирующа  разницу фазочастотных характеристик измерительных каналов двухканального измерител  разности фаз. При достигаемой таким образом идентичкости фазочастотных характеристик измерительных каналов нестабильност промежуточной частоты двухканального измерител  разности фаз вносит одинаковый сдвиг фаз в оба канала и, следовательно, не сказьтаетс  на величине измер емой разности фаз.

Генераторный блок выполнен следущим образом. Двухчастотный переключаемый генератор высокой частоты 4 выполнен в виде задающих генераторов с кварцевой стабилизацией частоты , рабочие частоты которых соответствуют F 43200 кГц и F 42800 кГц, которые поочередно подключаютс  к усилителю мощности высокой частоты (не показан), при помощи электромагнитного реле/ на обмотку которого подаетс  напр жение от низкочастотного переключающего генератора частотой 25 Гц и скважностью 2.

Двухканальный измеритель разности фаз содержит два смесител , подключенных первыми входами к измерительным катушкам 1-1 и 1-2, а вторыми входами к общему гетеродину (не показан) два аналогичных усилител  промежуточной частоты, входы которых соединены с выходами смесителей , а на выходы подсоединена фазоизмерительна  схема с линейной и четной функциональной зависимостью от величины измер емого сдвига фаз.

Преобразователь амплитуды сигнала с частотой девиации в управл ющий сигнал 9 может быть выполнен в виде последовательно соединенных избирательного усилител , настроенного на частоту девиации и активного выпр мител .

Элемент с регулируемой фазочастотной характеристикой может быть выполнен в виде резонансного контура , настроенного на промежуточную частоту и содержащего емкость, ве0 личина которой измен етс  под воздействием управл ющего напр жени  (варикап), которое подаетс  с, выхода активного выпр мител  преобразовател  амплитуды сигнала с часто5 той девиации в управл ющий сигнал. Технико-экономическа  эффективность применени  данного технического решени  заключаетс  в повышении точности измерений сдвига фаз, созQ даваемого породами в услови х исследовани  скважин при изменении температуры окружающей среды и ее удельного электрического сопротивлени  в широких пределах. Это позвол ет во5 первых, расширить область применени  данного вида исследовани  скважин и геологическую достоверность получаекых результатов, во-вторых, увеличить производительность труда за счет сокращени  времени на проведение каротажа и последующую обра-г ботку материалов, так как устройство может работать непрерывно и не требуют записи величины начального сдвига фаз в отдельных точках ис5 следуемого интервала скважин, а также последукицего учета его изменений при обработке.

Точность измерений по сравнению 0 с известным устройством за счет устранени  вли ни  нестабильности начального фазового сдвига увеличиваетс  приблизительно в 10 раз.

Claims (4)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН, содержащее зонд, включающий разнесенные излучающие и приемные катушки, размещенные на непроводящей основе, генераторный блок, выходы которого соединены с излучающими катушками, и двухканальный измеритель разности фаз с гетеродинным преобразованием частоты, входы которого соединены с приемными катушками, а также наземный регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения электрических свойств горных пород’за счет ·; устранения влияния нестабильности начального сдвига фаз между каналами измерителя разности фаз, в него дополнительно введены интегратор, преобразователь амплитуды сигнала с частотой девиацией в управляющий сигнал и элемент с регулируемой фазочастотной характеристикой, при этом интегратор включен между выходом двухканального измерителя разности фаз и входом наземного регистратора, вход преобразователя амплитуды сигнала с частотой девиации в управляющий сигнал соединен с выходом двухканального измерителя разности фаз, а вы-, ход подключен к управляющему входу элемента с регулируемой фазочастотной характеристикой, включенного между одной из приемных катушек и одним из входов двухканального измерителя разности фаз.

2. Устройство поп.1, отличающееся тем, что генераторный блок выполнен в виде низкочастотного переключающего генератора и двухчастотного переключаемого генератора высокой частоты, переключающий вход которого соединен с выходом низкочастотного переключающего генератора, а выход нагружен на одну из излучающих катушек, причем значения рабочих частот двухчастотного пере- _с ключаемого генератора высокой часто- 16 ,тЫ отличаются друг от друга на величину удвоенной промежуточной частоты в двухканальном измерителе разности фаз и являются зеркальными по отношению к частоте его гетеродина, а частота низкочастотного . переключающего генератора в 5-10 раз выше максимальной частоты гармоник, содержащихся в пространственном спектре регистрируемого сигнала.

3. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что двухканальный измеритель разности фаз выполнен с линейной и четной функциональной зависимостью выходного сигнала от величины измеряемой разности фаз.

4. Устройство поп. 2, отличающееся тем, что, двухчастотный переключаемый генератор высокой частоты выполнен с девиацией рабочих частот на величину, не меньшую,чем отклонение центральных частот под воздействием дестабилизирующих факторов и с фиксированной частотой девиации, находящейся в диапазоне, ограниченном снизу значением частоты низкочастотного переключающего генератора, а сверху значением промежуточной частоты двухканального измерителя разности фаз.

SU ,1073732