SU960700A1 - Устройство дл электромагнитного каротажа скважин - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к геофизическим исследовани м скважин, в частности к техническим средствам, примен емым дл  изучени  электрических свойств горных пород методами электромагнитного каротажа. ,

Известны устройства диэлектрического каротажа, содержащие трехэлементный зонд с двум  приемными элементами (катушками) и одним излучающим (генераторной катушкой).генератор, возбуждающий электромагнитное поле высокой частоты в окружающей зонд среде через генераторную катушку, высокочастотные и низкочастотные усилители , гетеродин, преобразователи частоты , блоки дл  получени  сигналов, пропорциональных разности фаз и отношению амплитуд пол  в точках приема (на приемных элементах), а также регистратор измер емых величин 11.

Известно также устройство, предназначенное .дл  измерени  лишь разности фаз сигналов электромагнитного прл  на приемных катушках трехкатушечного зонда, содержащее генератор, двухканальный приемник, гетеродинный преобразователь частоты и фазоизмерктельный блок 2.

Однако информаци  об электрических свойствах исследуемлх пород, содержаща с  в разности фаз 6 диэлектрической проницаемости не всегда может быть выделена без использовани  данных других методов каротажа, что снижает оперативность и точность получаемых результатов каротажа.

IQ Известны также устройства, предназначенные дл  измерени  отношени  сигналов электромагнитного пол , со-. держащие генератор с излучёиоцей катушкой , две приемные катушки, усилители , измеритель отношени  сигналов

5 и регистратор З ..

Однако измер емое отношение сигналов сложным образом св зано как с ди-f . электрической проницаемостью 6 , так и с удельным сопротивлением f среды на высоких частотах и не позвол ет точно определ ть без дополнительной информации любую из этих величин. Кроме того, недостаток известных

25 устройств заключаетс  в низкой производительности и необходимости учета вли ни  проводимости среды по данным других методов каротажа при определении диэлектрической проницаемости

30 и наоборот. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  электромагнитного каротажа скважин, содержаще многоэлементный зонд с элементами дл  излучени  и приема электромагни ного пол , генератор, усилители выс ких и низких частот, гетеродин, уси ли-тель, преобразователи частоты, блок формировани  отношени  прин ты сигналов, фазометрический блок и ре гистратор, при этом выходы приемных элементов соединены со входами усилителей высокой частоты, выходы которых соединены с первыми входами преобразователей частоты, вторые входы которых соединены с выходами усилител , вход последнего подключен к 1етеродину, выходы преобразователей частоты соединены с усилите л ми низкой частоты, первые выходы которых соединены с блоком формировани  отношени  прин тых сигналов вторые - с фазометрическим блоком, а генератор - с излучающим элементом 4. Однако известное устройство не позвол ет измерить диэлектрическую проницаемость и. (или) удельноесопр тивление изучаемой среды непосредст венно, в процессе каротажа, что сопр жено со значительными затратами времени на последующую обработку и интерпретацию зарегистрированных от носительных характеристик пол  по п леткам вручную или с использованием ЭВМ, при вычислении диэлектрической проницаемости и (или) удельного сопротивлени  по измеренным характерис тикам с номограмм (палеток) воз никают дополнительные субъективные погрешности интерпретатора (алгоритма обработки и интерпретации на ЭВМ св занные с выбором точек и сн тием отсчетов в них дл  вычислений. Цель изобретени  - повыкюние точности и оперативности измерени  диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивлени  горных пород. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  электромагнитного каротажа скважин, содержащее многоэлементный зонд с элементами дл  излучени  и приема электромагнитного пол , генератор, усилители высоких и низких частот, гетеродин , усилитель, преобразователи часто1ы , блок формировани  отношени  Прин тых сигналов, фазометрический блок и регистратор, при этом выходы приемных элементов соединены с входами усилителей высокой частоты, выходы которых соединены с первыми входами преобразователей частоты, вторые входы которых соединены с выходами усилител , вход последнего подключен к гетеродину, выходы преобразователей частоты соединены сусилител ми низкой частоты, первый выходы которых соединены с блоком формировани  отношени  прин тых сигналов , вторые - с фазометрическим блоком, а генератор - с излучан аим элементом, введены блок функциональных преобразователей сигналов относительных характеристик электромагнит ного пол  в сигналы оценок электромагнитных свойств пород, структура которого  вл етс  реализацией равномерных чебышевских аппроксимаций преобразуемых зависимостей, и блок источников посто нных корректирующих сигналов, при этом первые два входа блока функциональных преобразователей соединены с выходами фазометрического блока и блока формировани  отношени  прин тых сигналов, третий вход - с выходом блока источников посто нных корректирующих сигналов а выход блока функциональных преоб|разователей - с входом регистратора, при этом блок функциональных преобразователей выполнен в виде блока формировани  сигнала оценки диэлектрической проницаемости и блока формировани  сигнала оценки удельного сопротивлени  исследуемой среды, .причем каждый из блоков формировани  сигналов оценок содержит по два блока формировани  полиномов и блок делени  получающихс  в блоках формировани  полиномов сигналов, при этом выходы блоков формировани  полиномов соединены со входами блока делени , входы блоков формировани  полиномов  вл ютс  входами блока функциональных преобразователей, а выход блока делени  - выходом блока функциональных преобразователей. Зависимости между относительными характеристиками пол  (обозначим их Х и X-j) и электрическими свойствами горных пород (диэлектрической проницаемостью 6 и. удельным электрическим сопротивлением р) можно представить как (X,X2),P F2.(X-,, Ха) где, например Х2 Ih7.|/I (ц I или друга  приемлема  дл  целей каротажа пара относительных характеристик электромагнитного пол , измер ема  трехэлементными зондами. Вид функций ,X) и F(2(X,X2) весьма сложен-и аналитически не выражаетс  точно практически никогда. В известных способах дл  получени  величин и р по змеренным Х и Х используют палети (номограммы) или числовые таблицы л  интерпол ции. Недостатки подобных змерений охарактеризованы. Использу  аппарат равномерных чеышевских аппроксимаций стро т с поощью ЭВМ экономизированные аппроксиации сложных функциональных взаимов зей Р (Х.Х) (Х,Х) наором заданных (базисных) функций от которые выбирают из сообраХ и Х жений наилучшей реализации их в аппа ратуре, с задаваемой при построении допустимой погрешностью. Например по линомами вида i:ti::lvi::Fi:: v ,H Здесь коэффициенты а соответствуют аппроксимации ,Х2) , а коэффициенты р Ф (X jXj cooTBeTCTBeHHp . Погрешнодть приближени  таким конструкци ми исх6дн111х функциональны зависимостей F (Х,Х,) ир F(X,X может быть задана и определена при построений оптимальных наборов коэффициентов а,- и Ь,- (, 1, 2, ,.., 9 соответственно по специальным программам на ЭВМ. Bci всей области рабо чего диапазона по X,, и X ,j равномерны приближени  выполн ют с погрешностью не превышающей уровней погрешностей измерени  аргументов х и Х. Полученные таким способом оптимальные по точности аппроксимации функциональных, зависимостей g F (Х Х) и (или) р F,j (х, Х). от формируемых характеристик пол  Х и Х реализуют набором функциональных преобразователей , соответствукщих заданно при построении аппроксимаций структуре этих приближающих функций ф,-(X XQ.); j l,2.. На ФИГ..1 показана функциональна  блок-схема устройства; на фиг.2 один из вариантов, выполнени  блока функциональных преобразователей; на фиг-З - один из вариантов реализации блоков формировани  полиномов. Устройство содержит генератор 1, излучающий элемент (генераторную катушку ) 2, приемные элем.енты (катушки 3 и 4, усилители 5 и 6 высокой часто ты/ преобразователи 7 и 8 частоты, гетеродин 9 с усилителем 10, усилители 11 и 12 низкой частоты, фазо- метрический блок 13, блок 14 формировани  отношений амплитуд прин тых сигналов, блок 15 функциональных преобразователей, регистратор 16,. блок 17 иcтo JHикoв корректирующих посто нных сигналов дл  функциональных преобразователей (блоки посто нного напр жени ). Устройство работает следующим образом . Генератор 1 питает током высокой частоты излучающий элемент 2, который возбуждает в окружающей зонд сре де электромагнитное поле. В приемных элементах 3 и 4 поле наводит электри еские сигналы, характеризующиес  ам плитудами t , I h I и фазами Ч . i одновременно. Эти сигналы через усилители 5 и 6 высокой частоты соответственно поступают на входы преобразователей 7 и 8 частоты. Надругие входы преобразователей 7 и 8 поступают сигн.алы от Гетеродина 9 через усилитель 10. Преобразованные по частоте сигналы усиливаютс  далее-усилител ми 11 и 1.2 низкой частоты и поступают на входы блока 14 формировани  отношени  амплитуд сигналов,пропорциональных прин тым 1 h 11 и I h 1 и на входы фазометрического блока 13. Фазометрический блок 13 осуществл ет формирование сигнала, пропорционального разности фаз прин тых сигналов utfs 1 - fi на приемных элементах 3 и 4, так что на его выходе сигнал пропорционален , или функции от ДЧ например sin ) Блок 14 форми2 рует отношение амплитуд сигналов |1i(/|ti 1, поступивших на его входы. Он может быть выполнен в виде вычислител , реализующего операцию делени , или любого другого устройства, сигнал на выходе которого будет пропорционален отношению амплитуд сигналов на его входах. Например, если сигнал в катушке 3 стабилизировать путем введени  отрицательной обратной св зи с выхода усилител  11 низкой частоты на вход генератора 1 через блок 14, то блок 14 операцию делени  будет выполн ть обычным линейным усилением сигнала с другого измерительного элемента (катушки) 4, поступающего с выхЬда усилител  12 низкой частоты. , Сигналы с блоков 13 и 14 поступают на блок 15 функциональных преобразователей , который осуществл ет преобразование их в сигналы, пропорциональные величинам диэлектрической проницаемости и (или) удельного элек- трического сопротивлени  горных пород , которые регистрируютс  в процессе каротажа регистратором 16. В аппроксимаци х, реализуемых блоком 15,, имеютс  посто нные коэффициенты , которые ввод тс  в этот блок из блока 17 источников посто нного напр жени . На фиг.2 представлен один из вариантов реализации блока 15 функциональных преобразователей дл  случа  рационального чебышевского приближени  вида (X,X.) U(X.Xi) и En Pa(Xi.Xi)/Qi(X,X.) .(2) где PI- (Х,Х j)a.,- .;Хг+а4 ,Qi (X,Xi)bi (,+b,,; +Ь. Х + +b5i ,- Х ( И 2); -1.дл  зависимости En € ; i 2 - дл  Pnj, X,e{fi f/}h |- сигнал на выходе блока 14 формировани  отнесени  aмплит (, прин тых сигналов, X icSln -. сигнал нЗ ыходе фазометрического блока 13. Блок 15 включает блок 18 формировани  полинома блок 19 фо мировани  полинома Q.-jiX,} I а также блок 20 делени  получающихс  в блоках 18 и 19 сигналов. Блоки 18, 19 и 20 могут быть выполнены в виде схем, содержащих операционные усилители, которые в анало говом виде реализуют операции умноже ни , делени  и возведени  в степень. На фиг.З представлен пример одного из вариантов реализации полиномов Pi(X,Xj) или Q(X,X), приведенных к виду, Д.Ха))2( ci4X)X. , где «(Х.Х) условное обозначени полинома РI (X , Xj), либо QI(X,XI); А, d значени  посто нных коэффициентов, соот ветствующие а, Pi (Х,Хо) или (,{ дл  С1(Х, XT.). Преобразованные к виду R,-{X,X:j) прлиноли и Q эквивалентны по результатам их вычислени , но реализуют .,,X2} с меньшим числом умножений сигналов (либо возведений в степень). Блоки 18 или 19 (фиг.2) реализованы на сумлшруквдйх усилител х 21-24 (фиг.З) масштабном усилителе 25, бло ках 26 и 27 умножени  сигналов. Тако устройство работает следующим образо На входы суммирующего усилител  21 поступают посто нное напр жение d,2t пропорциональное коэффициенту ctV, и сигнал KI, На выходе этого уси Лител  вырабатываетс  сигнал (€l5X2i + + di}, который поступает на вход суммирукндего усилител  -22,..где суммируетс  с сигналом () , полученным после прохождени  сигнала Х через масштабный усилитель 25. Полученна  сумма сигналов (.015X7 oLj ) с выхода усилител  22 подаетс  на один из входов блока 26 умножени  сигналов, к второму входу которого подаетс  также сигнал Х с выхода блока 13 (фиг.1). Сигнал, полученный с выхода блока 26, подаетс  на один из входов суммирующего усилител  24. На другой вход этого усилител  поступает сигнал с блока 27, который выполн ет операцию умножени  сигнала Х7 на сигнал суммы ((4.d) t полученного на выходе суммирующего усилител  23. На третий вход усилител  24 поступает Посто нный сигнал 0 , пропорциойальный коэффициенту ot-j в выражении (3). Сигнал на выходе суммирующего усилител  24 пропорционален сумме ,Xn) при любых значени х дУ Х In t/l-hTi Значени  коэффициентов сСцтЫ- дл  зоНда электромагнитного каротажа с длиной зонда L 1м (рассто ние между генераторной катушкой 2 и приемной катушкой 4) и базой зонда л10,3м (рассто ние между приемными катушками 3 и 4) в области диэлектрической проницаемости пород 2 60 в относительных единицах и удельных сопротивлений 2 р 100 Ом-м приведены в таблице. При этом аргументы Х, Х дл  примера приведены к стандартным интервалам Xg mgXg+ng,,l, где дл  , 2 т 2,69254, i 1,52862 m 0,42134, П2 - 1,36579 и коэффициенты и Ь в таблице соответствуют этим нормированным величинам входных сигналов X и Sf х диапазона -1,1..

40,0341 -9,1958 39,248

PI

tnp ё 18,9778 1,4783 24,477-0,1258 0,8704

-0,5743 3,2479 -11,3062 6,2806 Предельна  погрешность аппроксимации зависимостиеп или Епр в виде рационального чебышевского прибли жени  по выражению (2 ) не превышает 5%. При аппроксимации этих зависимос тей полиномами более высоких степене погрешности могут быть существенно уменьшены. Например, приближение кубическими полиномами дает погрешност уже не более 1%. Дл  учета вли ни  вмещающих пород минерализованной внутрискважинной жи кости и других факторов на оценки и р в блок 15 ввод т дополнительные поправочные сигналы, подаваемые на вход блока 15 с блока 17 источников посто нных сигналов коррекции вли ющих факторов, которые дополнительно устанавливают перед проведением измерений или в процессе каротажа. Элементы блока 15 могут быть реализованы по предлагаемой блок-схеме на дискретных элементах, если входные сигналы Х и Х блока подавать на него в дискретной форме. В таком виде они могут быть получены в блоках формировани  отношени  и фазометрическом . При этом погрешности выполне ни  функциональных преобразований сигналов относительных характеристик в оценки электромагнитных свойств мо гут быть сведены к уровню неув зок самих аппроксимаций, реализованных в преобразовател х. Таким образом, введение в устройство блока функциональных преобразователей позвол ет непосредственно в процессе каротажа измер ть диэлектрическую проницаемость иудельное электрическое сопротивление горных пород, что обеспечивает более высокую производительность геофизических работ на основе повышени  оперативности анализа геофизических данных, а также повышает точность определени  . и р за счет исключени  субъективных погрешностей, возникающих при сн тии отсчетов двух относительных параметров пол  с диаграммы регистра тора, переносе их на палетку и при отсчете значений Е и р с палеток. Из мерение непосредственно и р позвол ет физически реализовать эталонные услови -дл  проверки устройства, как (Измерител  электрических свойств. Формула изобретени  1. Устройство дл  электромагнитно го каротажа скважин, содержащее многоэлементный зонд с элементами дл  излучени  и приема электромагнитного пол , генератор, усилители высоких и низких частот, гетеродин, усилитель; преобразователи частоты, блок формировани  отношени  прин тых сигналов , фазометрическип блок и регист ратор, при этом выходы приемных элементов соединены.с входами усилителей высокой частоты, выходы которых соединены с первыми входами преобразователей частоты, вторые входы которых соединены с выходами усилител , вход последнего подключен к гетеродину , выходы преобразователей частоты соединены с усилител ми низкой частоты , первые выходы которых соединены . с блоком формировани  отношени  прин тых сигналов, вторые - с фазометрическим блоком, а генератор - с излу-. чецощим элементом, отличающеес , тем, что, с целью повышени  точности и оперативности измерени  диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивлени  горных пород, в него введены блок функциональных преобразователей сигналов относительных характеристик электромагнитного пол  в сигналы оценок электромагнитных свойств пород, структура которого  рл етс  реализацией равномерных чебышевских аппроксимаций преобразуемых зависимостей, и блок.источников посто нных корректирующих сигналов, при этом первые два входа блока функциональных преобразователей соединены с выходами фазометрического блока и блока формировани  отношени  прин тых сигналов,третий вход - с выходом блока источников посто нных корректирующих сигна-, лов, а выход блока функциональных преобразователей - с входом регистратора . 2. Устройство ПОП.1, отличающеес  тем, что блок функциональных преобразователей выполнен в виде блока формировани  сигнала оценки диэлектрической проницаемости и блока формировани  сигнала оценки удельного сопротивлени  исследуемой среды, причем каждый Из блоков формировани  сигналов оценок содержит по два блока формировани  полиномов и блок делени  получающихс  в блоках формировани  полиномов сигналов, при этом выходы блоков формировани  полиномов соединены со входами блока делени , входы блоков формировани  полиномов  вл ютс  входами блока функциональных преобразователей, а выход блока делени  - выходом блока функциональных преобразователей. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Даев Д.С. Высокочастотные электромагнитные методы исследовани  скважин. М., Недра, 1974, с.139-154. 2.Авторское свидетельство СССР 212387, кл. G 01 V 3/18, 1966. 3.Заслонов И.М. Каротаж скважин, основанный на измерении затухани  электромагнитного пол .-Сб. Прикладна  геофизика. М., Недра, 1972, вып.67, с.53. 4.Авторское свидетельство СССР 427302,кл.С 01 V 3/18,1972 (прототип).

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Устройство для электромагнитного каротажа скважин, содержащее многоэлементный зонд с элементами для излучения и приема электромагнитного поля, генератор, усилители высоких и низких частот, гетеродин, усилитель; преобразователи частоты, блок формирования отношения принятых сигналов, фаэометрический блок и регистратор, при этом выходы приемных элементов соединены.с входами усилителей высокой частоты, выходы которых соединены с первыми входами преобразователей частоты, вторые входы которых соединены с выходами усилителя, вход последнего подключен к гетеродину, выходы преобразователей частоты соединены с усилителями низкой частоты, первые выходы которых соединены . с блоком формирования отношения принятых сигналов, вторые - с фаэометри10 ческим блоком, а генератор - с излучающим элементом, отличающееся. тем, что, с целью повышения .точности и оперативности измерения диэлектрической проницаемости и 15 удельного электрического сопротивления горных пород, в него введены блок функциональных преобразователей сигналов относительных характеристик электромагнитного поля в сигналы оце2Q нок электромагнитных свойств пород, структура которого является реализацией равномерных чебышевских аппроксимаций преобразуемых зависимостей,, и блок.источников постоянных корректи25 рующих сигналов, при этом первые два входа блока функциональных преобразователей соединены с выходами фазометрического блока и блока формирования отношения принятых сигналов,тре,д тий вход - с выходом блока источников постоянных корректирующих сигна-. лов, а выход блока функциональных преобразователей - с входом регистратора.
2. 2. Устройство по п.1, о т лича35 ю щ _е θ с я тем, что блок функциональных преобразователей выполнен в виде блока формирования сигнала оценки диэлектрической проницаемости и блока формирования сигнала оценки 40 удельного сопротивления исследуемой среды, причем каждый из блоков формирования сигналов оценок содержит по два блока формирования полиномов и блок деления получающихся в блоках 45 формирования полиномов сигналов, при этом выходы блоков формирования полиномов соединены со входами блока деления, входы блоков формирования полиномов являются входами блока фун5Q кциональных преобразователей, а выход блока деления - выходом блока функциональных преобразователей.