SU855587A1 - Устройство дл магнитного каротажа скважин - Google Patents

Description

Устройство относитс  к магнитным измерени м в скважинах и может быть использовано дл  каротажа скважин на месторождени х руд черных металлов по магнитной проницаемости или восприимчивости . Известно устройство дл  магнитного каротажа скважин, содержащее чувствительный элемент, каротажный кабель , измерительную и регистрирующую схемы, в котором чувствительный элемент выполнен в виде катушки самоиндукции с железным сердечником, а измерительна  схема выполнена в виде небалансного моста, в одно из индуктивных плеч которого включен чувстви тельный элемент. Этому устройству присуща простота структурной схемы и достаточно высока  чувствительност небалансного моста к изменению индук тивности датчика, величина которого определ етс  значением магнитной про ницаемости вдоль стенки скважины Cl . Недостатком устройства  вл етс  отсутствие отстройки от мешающих фак торов, к которым относитс  вли ние зазора, св занное с наличием неровностей стенок скважины, и вли ние электропроводности руд. Известно также устройство дл  различени  горных пород, пересекаемых буровой скважиной, содержащее наземную часть, .основным элементом измерительной cxervftj которой  вл етс  измерительный автогенератор с колебательным контуром, катушка индуктивности которого включена в цепь обратной св зи автогенератора, и зонд, включающий параметрический индуктивный датчик, включенный в колебательный контур автогенератора. При движении зонда вдоль скважины измен етс  индуктивность датчика в зависимости от величины магнитной проницаемости руд слагающих стенки скважины, что приводит к изменению собственной резонансной частоты контура, включенного в цепь обратной св зи автогене .ратора и соответственно этому к изменению частоты генерируе1 ых колеб.аНИИ 2 . Недостатками этого устройства  вл ютс  нелинейность преобразовани  индуктивности датчика в выходной сигнал - частоту, а также отсутствие отстройки от мешающих факторов: вли ие измен юшегос  зазора и вли ние электропроводности руд.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устройство дл  магнитного каротажа скважин, содержащее скважинный зонд, состо щий из электромагнита и параметрического индуктивного датчика,и подключенный к его выходу через каротажный кабель наземный блок электроники,досто щий из стабилизированного блока питани , схемы управлени  элекромагнитом зонда, измерительного низкочастотного (НЧ) автогенератора, элементом колебательного контура которого служит параметрический индуктивный .датчик зонда и регистратора. При движении датчика по поверхности скважины в вертикальном направлении измен етс  его индуктивность, св занна  с величиной магнитной проницаемости РУД расположенных вдоль скважины. Вследствие этого измен етс  величина эквивалентного сопротивлени  контура автогенератора, и следовательно, aiMплитуда гармонического напр жени , котора  фиксируетс  регистрирующим устройством. Достоинством такого устройства  вл етс  его проста  структурна  схема и высока  чувствительность измерительного автогенератора с внутренней обратной св зью 3 . Недостатками такого устройства  вл ютс  вли ние изменений зазора между датчиком и стенкой скважины из-за ее неровности, а также вли ние электропроводности контролируемых руд, которое про вл етс  в уменьшении добротности датчика, включенного в контур автогенератора и соответственно в уменьшении величины амплитудного сигнала.

Цель изобретени  - увеличение точности измерений и расширение рабочего диапазона.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство дл  магнитного каротажа скважин, содержащее скважинный зонд, состо щий из электромагнита и параметрического индуктивного датчика и подключенный к его выходу через каротажный кабель наземный блок электроники , состо щий из стабилизированного блока питани , схемы управлени  электромагнитом зонда, измерительного низкочастотного (НЧ) автогенератора , элементом колебательного контура которого служит индуктивный параметрический датчик зонда, и регистратора , в блок электроники допол нительно введены высокочастотный :(ВЧ) измерительный автогенератор,амплитудный и фазовый детекторы, два управл емых резистора, а в зонд дополнительно введены вихретоковый параметрический датчик, пространственн совмещенный с параметрическим датчиком НЧ-автогенератора, и дополнительна  катушка индуктивности, причем вихретоковый датчик подключен к конденсатору колебательного контура

ВЧ-автогенератора и входу амплитудного детектора, выход которого подключен к управл кмце1и1у электроду первого управл емого резистора, вкЛюченного в нижнее плечо делител  напр жени  цепи смешени  нелинейного элемента НЧ-автогенератора, дополнительна  катушка индуктивности подключена одним из концов к точке соединени  конденсатора колебательного контура НЧ-автогенератора, второго управл емого резистора, регистратора и одного из входов фазового детектора, а другим концом - к параметрическому датчику НЧ-автогенератора и другому входу фазового детектора, выход которого подключен к управл ющему электроду второго управл емого резистора.

Кроме того, в качестве нелинейных элементов автогенераторов использованы К -диоды.

На фиг. 1 .показана схема устройства дл  магнитного каротажа скважин; на фиг. 2 - экспериментальна  нагрузочна  характеристика устройства на фиг. 3 - зависимость амплитуды генерируемых колебаний от величины отрицательного сопротивлени  -диода.

Устройство содержит стабилизированный блок питани  со схемой управлени  электромагнитом ,зонда 1, состо щий из схем 2 и 3 повышени  напр жени  питани , стабилизатора напр жени  на резисторе 4 и стабилитроне 5, неоновой лампы 6, кнопок 7 и 8, резисторов 9 - 11 и конденсатора 12 разв зки,- ВЧ-автогенератор, состо щий из% -диода. 13, цепи его смешени  на резисторах 14 и 15, конденсатора 16 колебательного контура и вихретокового параметрического датчика 17,расположенного в скважинном зонде 18. В зонде 18 расположены также электромагнит 19 зонда и индуктивный параметрический датчик 20 НЧ-автогенератора . Выходное напр жение ВЧ-генератора поступает на вход амплитудного детектора 21, выход которого соединен с управл ющим входом первого управл емого резистора 22, собранном на полевом транзисторе 23 и резисторах 24 и 25. НЧ-автогенератор состоит из А -диода 26, цепь смешени  которого состоит из резистора 27 и первого управл емого резистора 22, конденсатора 28 колебательного контура, дополнительной катушки 29 индуктивности и индуктивного параметрического датчика 20. На колебательный контур НЧ-автогенератора подаетс  посто нное напр жение с второго управл емого резистора 30, собранного на полевом транзисторе 31 и резисторах 32 и 33. Выходное напр жение ВЧ-автогенератора подаетс  на вход регистратора 34 и один из входов фазового детектора 35, другой вход которого соединен с общей точкой последовательно соединенных дополнительной катушки 29 индуктивности и индуктивного параметрического датчика 20. Выход фазового детектора 35 соединен с управл ющим электродом -второго управл емого резистора 30. Устройство работает следующим образом . При движении скважинного снар да вдоль скважины величина индуктивности датчика 20 НЧ-автогенератора мен  етс  из-эа вли ни  магнитной проницаемости руд, окружающих стенки сква жины. Преобразование магнитной проницаемости -в величину внесенной индуктивности с погрешностью, не превы ( иаюдей 1-2%, можно считать линейным. Вихретоковый датчик 17 ВЧ-автогенера тора, пространственно совмещенный с датчиком 20, работающий на частоте ВЧ-диапазона, характеризуетс  тем,чт , в процессе измерений измен етс  как его реактивное,так и активное сопротив ление.При этом райоча  частота ВЧ-авто генератора выбираетс  такой, чтобы увеличение индуктивности датчика 20 за счет магнитных свойств руд в значительной мере компенсировалось уменьшением индуктивности за счет вли ни  электропроводности, в то же врем  внесенное активное сопротивление вследствие малой глубины скинсло  определ етс , в основном, величиной зазора между датчиком и стенкой скважины. Нагрузочна  характерис тика измерительного автогенератора на Л-диоде 13, т.е. зависимость амплитуды напр жени  от величины эквивалентного сопротивлени  контура в достаточно широком диапазонезначени эквивалентного сопротивлени , опреде л етс  логарифмической зависимостью. Экспериментально полученна  нагрузоч на  характеристика представлена на фиг. 2. Амплитуда напр жени  ВЧ-изме рительного автогенератора зависит от начальной добротности контура, состо щего из конденсатора 16 и вихрето кового датчика 17 и внесенного сопро тивлени  среды, завис щего от величи ны зазора между вихретоковым датчиком 17 и стенкой скважины. Продетектированное амплитудным де тектором 21 напр жение БЧ автогенератора поступает на вход первого управл емого резистора 22 и линейно измен ет его выходную величину, измен   напр жение смешени  Х -диода 2 НЧ-автогенератора. Зависимость амплитуды генерируеMbOi колебаний НЧ-автогенератора от величины отрицательного сопротивлени Д-диода приведена на фиг. 3. В области , соответствующей недонапр женному режиму работы автогенератора (восход щий участок характеристики), зависимость имеет линейный характер, а также линейно зависит от величины зазора между датчиком 20, пространст венно совмещенным с вихретоковым дат чиком 17,и стенкой скважины. Таким образом, амплитуда напр жени , генерируема  НЧ-автогенератором, линейно увеличиваетс . В то же врем . при движении зонда вдоль скважины, при увеличении зазора Индуктивность датчика 20 НЧ-автогенератора уменьшаетс . Это линейно уменьшает величину эквивалентного сопротивлени  контура НЧ-автогенератора и по логарифмической зависимости амплитуду НЧ-колебаний. Таким образом, увеличение зазора между датчиками 17 и 20 и стенкой скважины вызывает противоположное действие, что позвол ет при таком выполнении устройства обеспечить независимость величины амплитуды колебаний измерительного НЧ-автогенератора от величины зазора. Коэффициент передачи индуктивного делител  напр жени , состо щего из индуктивного датчика 20 и дополнительной катушки 29 индуктивности за- висит от внесенной в параметры индуктивного датчика 20 индуктивности , завис щей от величин электропроводности и магнитной проницаемости руд. При этом дл  слабомагнитных руд наблюдаетс  линейна  зависимость величины фазового сдвига напр жени , снимаемого с дополнительной катушки 29 индуктивности с помощью фазового детектора 35 от электропроводности РУДЫ. Выходное напр жение фазового детектора 35, пропорциональное фазовому сдвигу, управл ет величиной второго управл емого резистора 30, подключенного к зажимам конденсатора 28 контура НЧ-автогенератора. Таким образом, если из-за вли ни  электропроводности руд увеличиваетс  величина внесенного активного сопротивлени  дл  датчика 20, уменьшаетс  эквивалентное сопротивление и добротность контура НЧ-автогенератора. Одновременно с этим увеличиваетс  по модулю фазовый сдвиг на входе фазового детектора 35. Это приводит к увеличению выходного напр жени  фазового детектора 35, и следовательно, к увеличению величины сопротивлени  управл емого резистора 30, шунтирующего контур. Добротность и эквивалентное сопротивление контура при этом повышаютс , вли ние электропроводности скомпенсировано. Таким образом, обеспечиваетс  повьиение точности измерени  при магнитном каротаже скважин. Это привоит к увеличению точности определени  содержани  магнитной фракции жепеза вдоль сквг1жины и соответственно ЗТО1ЛУ к снижению потерь при технологической переработке железорудного сырь .

формула изобретени 

1. Устройство дл  магнитного каротажа скважин, содержащее скважинный зонд, состо щий из электромагнита и параметрического ирадуктивного датчика , и подключенный к его выходу через каротажный кабель наземный блок электроники, состо щий из стабилизированного блока питани  со схемой управлени  электромагнитом зонда,измерительного низкочастотного (НЧ) автогенератора, элементом колебательного контура которого служит параметрический индуктивный датчик зонда, .и регистратора, отличающеес   тем, что, с целью увеличени  точности измерений, в блок электроники дополнительно введены высокочастотный (ВЧ) измерительный автогенератор , амплитудный -и фазовый детекторы , два управл емых резистора, а в зонд дополнительно введены вихретоковый параметрический датчик, пространственно совмещенный с параметрическим датчиком НЧ-автогенератора, и дополнительна  катушка индуктивности, причем вихретоковый датчик подключен к конденсатору колебательного контура ВЧ-автогенератора и входу амплитудного детектора, выход которого подключен к управл ющему электроду первого управл емого резистора, включенного в нижнее плечо делител  напр жени  цепи смешени  нелинейного Iэлемента НЧ-автогенератора, дополнительна  катушка индуктивности подключена одним из концов к точке соединени  конденсатора колебательного контура НЧ-автогенератора, второго управл емого резистора, регистратора и одного из входов фазового детектора, а другим кондом - к параметрическому датчику НЧ-автогенератора и другому входу фазового детектора, выход которого подключен к управл ющему электроду второго управл емого резистора. 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что, с целью раслшрени  рабочего диапазона, в качестве нелинейных элементов автогенераторов использованы -диоды. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 310213, кл. 6 01 V 3/18, 1970.

2.Патент ОЯА 2018080, кл. 324-6, опублик. 1935.

3.Арш Э.И. Автогенераторные методы и средства измерений. М., Машиностроение , 1979, с. 155-157 (прототип ) .

С ЗТЙТ

и

2J

to

1.5

to

D.5

to 1-2 it ;.6 is ii 22 f« ie ft jif

U(B)

I

1.2

1.0 0.8 0.6

o,4

0.2

Т

IfyffiH)

ftrt.

Q n,b

fKI

т

fO

иг.З

Claims (3)

1. формула изобретения

   1. Устройство для магнитного каротажа скважин, содержащее скважинный зонд, состоящий из электромагнита и параметрического индуктивного датчи/ ка, и подключенный к его выходу через каротажный кабель наземный блок электроники, состоящий из стабилизированного блока питания со схемой управления электромагнитом зонда,измерительного низкочастотного (НЧ) автогенератора, элементом колебательного контура которого служит параметрический индуктивный датчик зонда, .и регистратора, отличающеес я тем, что, с целью увеличения точности измерений, в блок электроники дополнительно введены высокочастотный (ВЧ) измерительный автогенератор, амплитудный -и ф’азовый детекторы, два управляемых резистора, а в зонд дополнительно введены вихретоковый параметрический датчик, пространственно совмещенный с параметрическим датчиком НЧ-автогенератора, и дополнительная катушка индуктивности, причем вихретоковый датчик подключен к конденсатору колебательного контура ВЧ-автогенератора и входу амплитудного детектора, выход которо- го подключен к управляющему электроду первого управляемого резистора, включенного в нижнее плечо делителя напряжения цепи смешения нелинейного (элемента НЧ-автогенератора, дополние тельная катушка индуктивности подключена одним из концов к точке соединения конденсатора колебательного контура НЧ-автогенератора, второго управляемого резистора, регистратора и л одного из входов фазового детектора, а другим концом - к параметрическому датчику НЧ-автогенератора и другому входу фазового детектора, выход которого подключен к управляющему электроду второго управляемого резистора.

   5 2. Устройство поп. 1, отличающееся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона, в качестве нелинейных элементов автогенераторов использованы λ -диоды.

   Ό Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

   1. Авторское свидетельство СССР № 310213, кл. G 01 V 3/18, 1970.
2. 2. Патент США № 2018080, !5 кл. 324-6 , опублик. 19 35.
3. 3. Арш Э.И. Автогенераторные методы и средства измерений. М., Машиностроение, 1979, с. 155-157 (прототип) .

   ί

   В55587

   U(6)

   UfB)

   Фиг.З