Устройство для электромагнитного каротажа буровой скважины

(46) 0704.86. Бюл (71) Шлюмбергер Ов (72) Ивон Тораваль (53) 550;832(088,8) (56) Патент США У 25 опублик. 1955,Комаров С.Г. Геоф исследования скважин 1973, с, 43-51,Патент США У 3944 опублик. 197 Ь,Патент США Р 4052 опублик, 1977,11 атент США У 4185 опублик, 1980,Ф 13ерсиз (РК) А. (РА 82314, кл.324 изические метод- М,: Недра, кл. 4-6 Ь 2,324 кл. 324-6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ,содержащее зонд для перемещения вбуровой скважине, электроды, подсоединенные к электрической схеме, размещенные в этом зонде для осуществления преобразования электрических сигналов, генерируемых в зонде, и сигналов электромагнитной энергии, распространяющихся в окружающей среде,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измеренияхарактеристик распространения электромагнитной волны в среде, окружающей ствол буровой скважины, пересекающей геологические формации, зондимеет поменьшей мере одну антенну,содержащую удлиненный электрод, иэлектрод, расположенный напротив и ЯО 1223849 на заданном расстоянии от удлиненного электрода по всей полезной длине последнего, при этом противоположные участки удлиненного электрода и электрода разделены изолятором и соединены электрически один с другим у одного из концов длины удлиненного электрода, причем конец удлиненного электрода электрически соединен с электродом при помощи катушки индуктивности, удлиненный электрод размещен по криволинейному пути параллельно заданной поверхности изолятора, электрод параллелен этой поверхности и удлиненный электрод расположен на Р внешней стороне зонда,2, Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что электрическая связь между электродами выполне- Се на в виде короткозамкнутой перемычки, и полезную длину удлиненного электрода, отсчитанную от его коротке замк" р,4 нутого конца, выбирают в функции Ю длины волны распространения электро- р р магнитной энергии заданной частотыв изоляторе.Об3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что антенна соединена электрическим кабелем для передачи электромагнитной энергии с заданной частотой между антенной и электрической схемой в зонде, причем оболочка коаксиального кабеля подключена к электроду, а электрическая жила - к удлиненному электроду в месте, необходимом для согласования импеданса антенны с импедансом коаксиального кабеля.4. Устройство по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что элект 1223849 18ротажа буровых скважин, При частоте 25 МГц четверть длины волны распространения излучения в воздухе равна примерно 3 м. Если антенна устанавливается не в .воздухе, а в диэлектрическом материале (фиг. 3), длина волны, излучаемой в этот диэлектрик, меньше длины волны излучения в воздухе в силу большего значения диэлектрической постоянной материала,Это ясно из соотношения (2), опредсляющего постоянную распространения К, Когда проводимость 8 среды, в которой помещена антенна, нулевая, можно записать уравнение(3) да следует, что длина антенны, согласованной для четверти или полови-. ны длины волны, может быть разделена на два, когда эта антенна помещается в диэлектрик. Тогда при частоте 25 МГц длины антенны, необходимая для получения хорошей отдачи в диэлектрике, равна 1,5 м. Предусмотрены различные меры для реализации таких антенн в минимальных габаритах устройства для проведения каротажа буровой скважины,Когда частота излучаемого сигнала возрастает, уменьшается соответствующая длина волны и можно придать антенне длину, равную половине дпины волны излучения в диэлектрике. В этом случае коротко замыкают два края первого элемента - пластины 36 50 55 Зная, что при нулевой проводимости постоянная распространения равна гдеЛ - длина волны, можно записать ф,ГЕсли диэлектрическая проницае - масть диэлектрического материала, на котором нанесен первый элемент, превышает 1, т. е. диэлектрическую проницаемость воздуха или вакума, то длина волны распространения излучения в этой среде уменьшается в функции квадратного корня этой диэлектрической проницаемости. Для диэлектрической среды с проницаемостью, равной 4, длина соответствующей волны будет порядка половины длины волны распространения излучения той же частоты в воздухе. Отсю 5 10 15 20 25 ЭО Э 5 40 45 с плоскостью массы, т.е. пластины 38, Разумеется, по мере возрастания частоты излучаемых электромагнитных волн можно увеличивать длину антенны относительно длины волны в диэлектрике при заданных габаритах, что в любом случае является фактором увеличения отдачиИспытания антенн рассмотренного типа показали, что, с одной стороны, антенны могут быть удовлетворительным образом применены для обмена энергией излучения с сильно поглощающей средой для излучения распространения электромагнитного излучения в этих средах, с другой стороны, с их помощью можно получить значительную отдачу как при передаче, так и при приеме в ходе измерений электромагнитного распространения в буровых скважинах по сравнению с традиционными катушками, используемые в этой области.Б первом случае следует отметить, что свойства двухпластинчатых линий открыты и использованы для передачи электромагнитных сигналов в таких средах, где затухание при распространении сигналов чрезвычайно слабо.Опыты показали, что антенны описанного типа могут удовлетворительно работать и сильно поглощающих средах, а также что в устройствах для каротажа буровых скважин, работающих в буровом растворе, эффективность антенн превышает эффективность которую они имеют в воздухе или вакууме при прочих равных условиях.В воздухе эти антенны имеют отдачу, которая возрастает в квадрате передаваемой частоты. При использовании антенн для космической или авиационной связи они действуют на частотах в несколько сот мегагерц с отдачей которая хотя и меньше отдачи классических авиационных антеннно вполне приемлема для связи при передаче в непоглощающей среде. Такимобразом, эти антенны могут использоваться с превосходной отдачей в условиях стволов буровых скважин начастотах гораздо более низких, чемсуществующие частоты их использования в воздухе или вакууме, Речь идето частотах в несколько десятков мегагерц, соответствующих частотам,используемым в устройствах электромагнитного распространения для глубинной разведки.Объяснение такого вывода можно получить, если рассмотреть приближенное соотношение(4) где- сопротивление излучения антенны,- механическая длина или эффективная высота антенны, 10Л - длина волны распространенияизлучения в среде, в которойнаходится антенна,Энергия излучения, принятого илиизлученного антенной, является по 15своей природе активной. Сопротивлением излучения 2 называют величинуфиктивного сопротивления, котороесоздаст тепловое рассеяние энергии,эквивалентное излученной энергии.Тогда чем больше сопротивление излучения антенны, тем больше мощность,которую она может передать. Отдачаантенны может быть охарактеризована путем, учета, с одной стороны,25сопротивления излучения, соответствующего полезнойпередаче энергии,а,сдругой стороны, сопротивления потерьр:(5) 35 где 3 - длина волны излучения ввоздухе.Длина волны излучения в воде определится согласно выражению (5): Я вводе =. Ло/Й 40Постоянная воды Ег равна примерно80,. следовательно сопротивление излучения Кг в воде примерно в 80 разбольше, чем в воздухе. Отсюда следует, что при определенной отдаче ан-45тенны 1 в воздухе соответствующаяотдача этой же антенны в воде значительно больше и приближается к 1в замере, когда сопротивление потерьг, которое не изменялось, может 50быть принято пренебрежимо малым посравнению с сопротивлением излучения антенны в воде,Соотношение (5) справедливо длянепроводящей среды, На практике рассмотрение соотношения (2), определяющего постоянную распространения,позволяет прийти к выводу, что если проводимость окружающей антенну среды не является нулевой, то длина волны распространения стремится еще уменьшиться относительно ее значения в непроводящей среде.Это дает возможность эффективно приспособить антенны рассматриваемого типа к конкретным условиям их использования в устройствах для проведения каротажа. Кроме того, появляется возможность удовлетворения габаритных ограничений таких устройств, наряду с приданием определенной направленности припередаче энергии в поперечном направлении относительно направления буровой скважины.ФНа практике можно поместить пластину из изолирующего материала таким образом, что та из ее поверхностей, на которой нанесен первый проводящий элемент, оказалась на поверхности устройства, будь то корпус или башмакПри необходимости этот проводящий элемент может быть нанесен на поверхность корпуса зонда или башмака с целью придать антенне необходимую электрическую длину при сохранении ее механической длины в размерах, совместимых с размерами устройства, Более того, механическая длина антенны может приспосабливаться в функции характеристик направленности, которыми должно обладать устройство. Направленность антенны зависит от сдвига фаз токов на единицу механической длины вдоль антенны. Желательно, чтобы длина антенны была достаточной для получения такого фазового сдвига токов, который способствует работе антенны в определенных направлениях в ущерб другим, чего обычно достигают, предусмотрев длину антенны порядка величины длины волны излучения во внешней для антенны среде.В отношении значительного улучшения отдачи антенны в сравнении с катушками, традиционно используемыми при замерах рассматриваемого типа, можно сказать следующее.Установлено, что отдача традиционных катушек чрезвычайно мала. Преобразователь излучения таких катушек (фиг2) типа излучателя 14, образованного катушкой 44, может быть представлен схемой, состоящей из катушки индуктивности 45, соединенной последовательно с резистором 46, подключенной к выходу коаксиального кабеля 47, 23849 22с генератором 48, Импеданс такой катушки 44 является в значительной степени реактивным из-за значительнойвеличины индуктивности 45, тогдакак коаксиальная линия связи - кабель47, предназначенная для питания этойкатушки, рассчитана на передачу ккатушке, в основном, активной излучаемой энергии, Неверное согласование импедансов и является причинойплохой отдачи энергии высокой частоты от генератора 48 к антенне-катушке 44, Оно выражается в созданиисистемы стоячих волн между генератором 48 и антенной-катушкой 44 черезкоаксиальную линию связи - кабель47, поддержание которой поглощаетвесьма значительную часть энергии,передаваемой этой линии, В этих условиях отдача при передаче энергиимежду генератором 48 и катушкой 44не превьппает 102. Аналогичное явление наблюдается и в коаксиальных линиях связи приемных антенн.Лишь небольшая часть энергии, достигающей катушки 44 ( в случае излучателя), преобразуется в энергию излучения, распространяемого снаружи устройства б (фиг. 1), причем эта энергия соответствует сопротивлению излучения,так как имеются значительные потери, вызванные существсванием . эффекта Джоуля вобмотке катушки,Эти омические потери суммируются с диэлектрическими потерями, вызываемыми емкостной связью между проводниками катушки и другими частями устройства, соединенными с массой. Поэтому мощность, излучаемая наружу катушки, представляет долю в несколько процентов от мощности, эффективно достигающей этой катушки, В суммемощность, излучаемая системой с катушкой, не превышает примерно 1 Е мощности, доступной на выходе питающего генератора, Аналогичные явления влияют на отдачу катушек при их использсвании в качестве приемников.По сравнению с этими катушками предлагаемые преобразователи излучения представляют собой настоящие антенны, длина которых может быть согласована в функции частоты излучения., которое они передают при существовании, в основном, активного импеданса, что является условием хорошей отдачи при работе. Поэтому импеданс таких антенн имеет очень незначительную реактивную составляющую в 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 отличие от катушек, указанный результат можно достичь, применяя предлагаемую конструкцию при ее размерах,совместимых с размерами устройств,предназначенных для использования встволах буровых скважин,Активная сущность импедацса обеспечивает преимущества не только присоздании благоприятных резонацсныхусловий преобразования антеннойэлектрической энергии в энергиюэлектромагнитную, цо и в плане отдачи при передаче электрической энергии вдоль коаксиальной линии связи,соединяющей антенну с взаимодействующей с ней электронной схемой,При этом исключаются потери сигнала,присущие катушкам.Кроме того, эти антенны дают возможность очень простого согласованияимпеданса антенны с импедацсом коаксиального кабеля, соединяющего ее сэлектронными схемами подачи питанияили обработки сигнала,В двухпластинчатой антенне пофиг, 4 генератор 49 подключен к одному концу 50 коаксиальной линии связи - кабелю 41, тогда как на другомконце оболочка 51 подключена к плоскости массы - пластины 38 перпендикулярно ей, жила коаксиальцого кабеля 52 изолирована от плоскости массыпластины 38 и пересекает диэлектрическую пластину 34 для стыковки вточке 42 соединеция, Плоскость массыпластины 38 образует электрическийэкран между пластиной 36, образующейчувствительную часть антенны-катушки 44, и электронными схемами, расположенными позади плоскости массы,Точка соединения 42 оболочки 51 кабеля 41 располагается на расстоянии- от края 39 короткозамыкающей перемычки антенны 33, выбранного для осуществления согласования импеданса,используя пластину 36 в роли автотрансформатора, Представленная нафиг, 5 схема такой антенны 33 содержит между краями 39 и 43 пластины Збкатушку индуктивности, число витковкоторой соответствует длине этойпластины, и емкость С, эквивалентнуюемкостной связи, существующей междупластин:ой 36 и плоскостью массы,т.е, пластиной 38, Плоскость массы,т.е, пластина 38 соединяется с массой. Параллельная1 -цепь представляет собой резонансную схему, эквивалентную антенне. При длине антен 23 1 ны, равной четверти длины волны, излучаемой в диэлектрике, импедансы цепи, содержащей индуктивность и емкость С, соответствует такому условию резонанса, которое позволяет получить оптимальное преобразование электрической энергии в энергию излучения. Включенный параллельно , и С между краями 39 и 43 антенны резистор К представляет собой эквивалентный импеданс потерь из-за проводимости антенны и рассеиваемой мощности (сопротивления излучения), причем эта мощность является чисто активной, Точка 42 пересечения является промежуточной точкой индуктивности, соответствующей числу витков Ь Ь этой индуктивности между плоскостью массы и пластиной 38 и точкой 42, а й 1 является общим числом витков индуктивности - . Положение точки 42 выбирается таким образом, что величина (оо) хР., в сущности равна импедансу коаксиальной линии связи кабеля 41, Индуктивность играет роль автотрансформатора. Отекда импеданс, приведенный ко входу, будет равен (п/пЦ) х Р, Если этот импеданс равен импедансу используемой с антенной коаксиальной линии, устраняются, в сущности, все потери энергии на отражение в коаксиале, что способствует получению хорошей отдачи антенны.Потенциальное возрастание мощности, распределяемой в окружающее .пространство устройством для каротажа стволов буровых скважин, которое следует из применения антенн двухпластинчатого типа, имеет очень значительные последствия для применений и реализации таких устройств. Некоторые технологические особенности двухпластинчатых антенн реализуются различными их вариантами.Например, в двухпластинчатой антенне на корпусе зонда (фиг, 6) первый проводящий элемент 53 намотан в форме спирали с регулярным шагом вокруг цилиндрической втулки 54 из диэлектрического материала, на внутреннюю поверхность которой нанесено проводящее покрытие 55, образующее второй проводящий элемент или элемент массы, Проводящий элемент 53 является медной пластинкой, нанесенной в виде печати на поверхность 56 втулки 54 по длине, равной по развертке четверти длины волны распро 22384924 45 50 55 ной при работе в соленой воде, дали значения порядка 903, что существен 5 1 О 15 20 25 30 35 странения излучения при рассматриваемой частоте в материале, образующем втулку 54, Шаг намотки полосы 53 относительно сжат, и продольное расстояние между витками полосы значительно меньше ширины полосы элемента 53.Втулка выполнена из керамики или композитного материала на основе стекловолокна и смолы. Элемент 53 внедрен в нее с помощью классической технологии печати, используемой при получении печатных схем, например путем травления или электроосаждения. Внутренний край 57 первого элемента 53 соединен электрически с источником энергии высокой частоты по коаксиальной линии связи 58, жила которой подключена к точке 59 на внутренней поверхности спирального элемента 53 (т.еее поверхность контактирует с диэлектриком втулки 54). Жила коаксиала пересекает диэлектрик перпендикулярно внутренней поверхности диэлектрической втулки 54, оболочка коаксиала подключена к цилиндрическому покрытию 55.Такая антенна предназначена для установки коаксиально с корпусом устройства для каротажа, представленного на фиг. 1, с целью получения излучения излучателя 14 и приемных антенн 15 и 16. В качестве примера можно сказать, что изготовленная для этого антенна содержит восемь витков металлической медной полосы толщиной в одну десятую миллиметра и шириной в 5 мм (размер определен в осевом направлении), шаг спирали равен 7,5 мм на втулке с внешним диаметром 8 сантиметров. Внутренняя поверхность втулки пок 1 рыта металлическим слоем толщиной в 1 мм, образующим плоскость массы. Изолирующая втулка выполнена из полисульфона и имеет толщину 5 мм. Для работы на частоте 25 ИГц антенна,настроенная на четверть длины волныраспространения этой частоты в диэлектрическом материале втулки 54 имеет развернутую длину порядка 2 иобщую длину в осевом направлении или. механическую длину в 6 см. Замерыизлучения, полученные с такой антенно больше, чем было с ранее использовавшимися катушками.10 й Длина антенны настраивается на четверть длины волны излучения в диэлектрике, благодаря чему соблюдается условие резонанса антенны без каких-либо дополнительных конструкций и особенно без необходимости предусмотрения особых схем согласования, Такие схемы необходимы с преобразователями на катушках для приведения схем с катушками в резонансное состояние Исключение схем согласования является преимуществом, поскольку их сложно изготавливать, ониспособствуют утечкам энергии на излучение и занимают в устройстве значительное пространство.Излучающая антенна отделяется от приемных антенн участками изолируюшулх труб, с которыми они соединяются соответствующими средствами, например, соединительными втулками, В другом варианте конструкции антенны располагаются вокруг внутренней общей изолирующей втулки, имеющей продольную опору в корпусе 11. В одном из вариантов конструкции оболочка 13 корпуса зонда выполнена, по крайней мере, частично по длине, путем удлинения антенной втулки типа втулки 54 (фиг, 6) на высоту корпуса, причем эта же втулка служит теперь опорой для первого и второго проводящих элементов .различных передающих и приемных антенн.Согласно одному из вариантов реализации элементы массы типа покрытия 55, образующие второй элемент каждой из приемных антенн 14-16 (фиг, 1), являются частью одной и той же проводящей втулки, идущей по всей высоте. Такое расположение представляет интерес, когда полученная таким образом проводящая втулка действует внутри устройства в качестве экрана для передающих и приемных антенн от сигналов помех, циркулирующих в проводниках внутри корпуса устройства. Это, например, ток питания генератора 19, создающего мощность, излучаемую в геологические формации,В этой связи устройства с электромагнитным распространением содер-. жат электронные схемы обработки сигналов, уловленных приемными антеннами 15- 18 (фиг. 1), которые должны находиться из-за слабого уровня этих сигналов в непосредственной близости к приемникам излучения. Обычно 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 эти электронные схемы располагаютсяили в верхней части корпуса 11 зоцда, или в специальном отсеке, устроенном над корпусом зонда, с которым он скрепляется кабелем 7, Излучатель 14 должен размещаться подприемником в нижней части устройст -ва 6 и его генератор 19 мощностидолжен быть помещен в близости к нему для ограничения чпины питающегокоаксиального кабеля 20, Идущие с поверхности для питания этого гене - ратара электрические проводники кабеля 7 должны проходить через весь корпус зонда близко от приемных антенн 15, 16 и т.д, Нри малом уровне сигналов, циркулирующих в цепях приемников, в ответ на излучение, уловленное от окружаюшей среды, необходимо обезопасить приемные цепи ат вредного влияния таков, наводимых проводниками мощного питания генератора 19.Для устранения помех мажет служить установка батареи питания генератора 19, предназначенной для питания генератора во время периодов измерения, когда излучатель передает электрома.гнитную энергию в направлении гелогических формаций, причем батарея должна подзаряжаться с поверхности во время работы по обнаруж нию электромагнитного излучения, Однако в этом решении батарея подвергается делствию неблагоприятной окру жающей среды, в которой должны работать устройства для каротажа в буровых скважинах, и особенно цействию очень высоких температур. Неудобство батареи заключено и в ее определенно непрочности, недостаточности резерва энергии для длительного проведения каротажа и сомнительной ее надежности Из-за этого приходится окружать проводники питания генерато ра в кабеле экраном, выполненным из продольной металлической трубки, про ходящей сквозь зонд от генератора 19 В случае устройств на катушках где излучаемая или принимаемая энергия зависит от магнитного потока, пересекающего катушки, пропускание экранирующей трубки ньгполняется в ущерб поверхности, доступной потоку. И наоборот, на ра.боту двухпластинчатых антенн не оказывает влияние присутствие трубки, диаметр которой может быть увеличен для размещения электронных схем и других рабочих органовустройства. Зта дает возможность уменьшения устройства или павьшения произвол;тельности электроиых схем обработки сигналов внутри зонда,Можно пре 1 усотреть использование цилиндрических элементов массы типа элемента покрытия 55 (фиг, б) в качеств экрана от мешающих сигналсв, циркулируюих по кабелям питания генератора и всех других схем, необходимых для рабаты устройства, соединяя их друг с другом металлическими трубками для образования непрерывной металлической цилиндрической оболочки Образованная такай оболочкой экранирующая трубка соединяется с антенными втулками, помещенными на малом расстоянии от периферии оболочки корпуса 11 зонда, и отделяет центральную внутреннюю часть устройства,Однако в некоторых случаях следует опасаться, чтобы экранирующая метаплическая оболочка не сыграла в сочетании с колонной буровой жидкости, окружающей корпус 11 зонда, и разделяющей изолирующей средой, роль коаксиальной связи, в которой будет распространяться часть электромагнитной энергии, излучаемой с выхода излучателя 14, в режиме поперечного распространения, известном как волны типа ТЕМ (поперечна в электромагнитн волны), При использовании устройств дляэлектромагнитного каротажа следуетизбегать такого режима распространения, так как волна, распространяющаяся между передатчиком и приемником вдоль кааксиала, созданного между внутренней оболочкой устройства и буровой жидкостью, имеет амплитуду, значительно превосходящую амплитуду сигналов, которые должныбыть уловлены, и может полностью замаскировать поЛезные сигналы. Поэ -тому столь важно избежать появлениеэтого режима распространения и сконцентрировать наибольшую часть энергии, исходящей от излучателя 14,на стенки ствола скважины и окружающие геологические формации,Согласно одному из вариантов конструкции предусмотрено ограничениепередачи волны ТЕМ путем установкипроводящего элемента, намотанноговокруг втулки антенны, коаксиальнайс корпусом зонда, не на плоскости5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 втулку 61, на внутренней поверхасти которой находится цилиндрическийпроводник массы 62, соединенный сцилиндрической оболочкой (не показа.на), проходящей по всей длине устройства, объединяя все проводникимассы, соответствующие другим антеннам, Вокруг цилиндра массы 62 ввыемке 63 при электрическом контакте с этим цилиндром навита металлическая лента 64, расположенная вплоскости, приблизительно перпендикулярной поверхности цилиндра массы62, и идущая по спирали вокруг цилиндра на высоте втулки 61, соответствующей длине антенны. Внешнийкрай 65 ленты 64 доходит до внешнейповерхности 66 диэлектрической втулки 61. Первый элемент антенны образован проводящей металлической лентой 67, навитой по спирали в толщевтулки 61, образуя витки, расположенные в поле и чередующиеся с витка-.ми ленты 64, причем внешний край 68доходит до внешней поверхности 66диэлектрической втулки 6 1, Лента 67электрически связана одним из своихкраев 69 с металличесКим покрытиемпроводником массы 62, входящимвнутрь диэлектрической втулки 61. Полученная таким образом антенна соединяется с коаксиальным кабелем 70,конец которого перпендикулярен внутренней поверхности втулки 6 1Оболочка этого кабеля электрически соединяется с цилиндром массы 62, ажила соединяется с лентой 67 в точке71 на заданном расстоянии от края69 вдоль этой обмотки для осуществления согласования импеданса, о чемговорилось ранее. Спиральная лента67 занимает вдоль втулки 61 расстояние, соответствующее развернутой длине требуемой антенны,Такое расположение дает возможность уменьшения передачи электромагнитной энергии в направлении, параллельном оси корпуса 11 зонда (фиг1).В самом деле, образование волн, распространяющихся в режиме ТЕМ внутрикоаксиальной связи, вызвано, в основном, существованием распределеннойемкости между витками ленты 67 истолбом буровой жидкости, окружающейустройство. Количество этой жидкостизависит от эффективных поверхностейрассматриваемых обкладок. В конструкции по фиг. 7 поверхность выемки длявитков ленты 67, находящихся против столба бурового раствора, очень уменьшена и способствует лишь самым минимальным образом получению волн, распространяющихся в режиме ТЕИ. 5Для этого металлическая втулка 72 помещается внутрь изолирующей оболочки 73 корпуса устройства для электромагнитного каротажа (фиг, 8) в удлинении цилиндрического элемента массы 74 антенны 75 двухпластинчатого типа с проводниками создания поля 76 и 77, аналогичными проводникам антенны Фиг. 7. Металлический проводник в выемке 77 погружен в диэлектрик 78 и электрически соединен по внутренней выемке с цилиндром массы 74, Как и ранее, питание подается по коаксиаль, ному кабелю 79.При необходимости противодействия режиму поперечного распространения (ТЕМ) по указанным причинам осуществляют спиральную намотку первого элемента антенны (фиг. 9) в форме двух продольных участков, намотанных с равным шагом и в противоположном направлении, Так, на диэлектрической втулке 80, внутренняя часть которой закрыта металлическим покрытием 81, образующим цилиндрический элемент 30 массы, спирально навита металлическая полоса 82, начиная от края 83, короткозамкнутого с цилиндром массы 81, вплоть до точки 84 поворота, соответствующей середине развернутой дли- З 5 ны антенны, после которой шаг намотки меняется на противоположный для образования витков 85, Край 86 этого излучающего элемента короткозамкнут с плоскостью массы. Общая длина ан- щ тенны согласована на половине длины волны, создаваемой в диэлектрической втулке 80,.Питание к антенне поступает в две соседние точки соответственно по краям 83 и 86 от двух коаксиальных кабелей в виде двух противоположных по фазе напряжений, В результатеполучают две включенные последовательно и геометрически противоположные четвертьволновые антенны, ток 5 Ов которых, однако, имеет одинаковоенаправление, что способствует изучению в желаемом режиме, тогда какэлектрические поля, соответствующиенапряжению между каждым из участков уобмотки с противоположным шагом, иЮстолбом бурового раствора, имеютпротивоположные полярности и созда-. ют обратные эффекты, стремящиеся к устранению передачи в режиме ТЕМ.В другом варианте конструкции зонд 87 (фиг. 10) содержит цилиндрический корпус, окруженный внешней металлической оболочкой 88, Вокруг оболочки располагаются в нескольких продольно разнесенных местах 89 двухпластинчатые антенны 90, тип обмотки которых совпадает с вариантом конструкции, изображенном на фиг,6,Из верхней части фиг, 10, где показан зонд с частичным разрезом по диаметрально продольной плоскости, видно, что внешняя металлическая оболочка 88 представляет в каждом месте 89 участок 91 суженного внешнего диаметра, который образует цилиндрический элемент массы для каждой антенны 90, Каждый из суженных участков 91 закрыт диэлектрической втулкой 92, вокруг которой по спирали навита металлическая лента 93, край которой короткозамкнут с металлическим суженным участком 91 проводящей оболочки 88. Суммарная толщина диэлектрической втулки и ленты 92 93 такова, что диаметр всего узла будет меньше диаметра оболочки 88 на участках 94, разделяющих позиции 89. Сами участки 94 соединяются между собой рядом стержней 95, проходящих сверху в продольном направлении у ленты 93, образуя таким образом решетку из параллельных стержней вокруг антенн 90 с целью их металлической защиты. Продольные стержни 95 вместе с оболочкой 88 образуют корпус. В этом варианте конструкции цилиндрический элемент массы находится в непосредственном электрическом контакте с буровым раствором. Никакого распределения в режиме ТЕИ не может возникнуть при отсутствии коаксиальной структуры с диэлектриком между внутренним проводником и столбом окружающего устройства бурового раствора.В другом варианте конструкции (Фиг, 11) оболочка зонда 96 образована металлической оболочкой 97, проходящей по всей высоте устройства. Вокруг оболочки 97 установлены на продольно разнесенных позициях пере,дающая антенна 98 и ряд приемных Эантенн 99-102. Каждая из антенн 98, 99-102 содержит диэлектрическое пок-рытие 103, плотно прилегающее непос 12редственно вокруг наружной, поверхности оболочки 97, образующее цилиндрический элемент массы, общий для всех антенн. Вокруг каждой диэлектрической втулки 103 (Фиг. 12) по спирали навита излучающая металлическая лента 104, электрически соединенная с оболочкой 97 у одного из своих краев 105. Лента 104 заключена в изолирующее покрытие 106 на основе стекловолокна, осуществляющее механическую защиту от ударов и трения при перемещении устройства внутри буровой скважины, наряду с химическойзащитой от коррозии, Через оболочку 97 проходит коаксиальный кабель 107 питания антенны 98, Оболочка кабеля электрически соединяется с оболочкой зонда, Жила 108 подключается, как и ранее, для согласования импеданса,Если защита, осуществляемая покрытием 106, эффективна с механической и химической точки зрения, то с электрической точки зрения защита не обязательна. Излучения в режиме ТЕМ не будет.Необходимые для работы устройства электронные схемы помещаются во внутреннем пространстве, ограниченном проводящими оболочками 88 и 97 у их верхней части (эти участки не показаны). На опорах 109 устанавливают электронные блоки обработки информации, подключенные к парам приемных антенн 99, 100 и 101, 102 с помощью коаксиальных кабелей 110, 111, 112 и 113.Структура электронных схем и связи, требуемых для питания передающей антенны 98 и для получения возможности обработки сигналов, приходящих от приемных антенн 99-102, известна в технике Г 5 3.Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой зонд для проведения каротажа (диаграфии) с помощью распространения электромагнитных волн, содержащий металлическую оболочку и обеспечивающий, кроме подавления распространения волн в режиме ТЕМ, определенные преимущества при изготовлении устройств как в плане прочности, так и удобства монтажа, и, следовательно, стоимости изготовления. В частности, с помощью такого зонда можно предельно уменьшить или учесть раздвигание катушек вдоль корпуса зонда, вызванное тепловым расширением23849 32 Рассмотренные варианты конструкцийустановки антенн на корпусе зондов для электромагнитного каротажа представляют определенные преимущества по сравнению с известными, особенно по сравнению с устройствами, где в качестве преобразователей электромагнитной энергии между устройством и окружающей средой используются ка 10 15 го г 5 30 35 40 45 50 55 тушки.В предлагаемых преобразованиях посравнению с известными конструкциями существенно улучшено излучениеантенн, которое в несколько десятков,а порой даже в несколько сотен разпревышает отдачу ранее использовавшихся катушек,Улучшение параметров антенн возможно не только для излучателя энергии, но и для приемников. При антеннах с излучением, увеличенным, например, в 50 раз, электрическая мощность, соответствующая сигналам,принятым при той же мощности излучения, больше в 2500 раз. Такого увеличения полезных мощностей, которыемогут быть использованы для излучения распространения электромагнитных волн, нельзя было достичь использовавшимися до настоящего временитехническими средствами.Это улучшение дает много преимуществ, например его можно применитьдля упрощения электронных схем обнаружения, взаимодействующих с приемными антеннами 15-18 (фиг1).Указанное существенное улучшение излучения получено с антеннами, имеющими размеры того же порядка, что иранее использовавшиеся, причем новые антенны приспособлены к типовомудиаметру корпуса зонда для каротажа.В отличие от катушечных преобразователей, эффективность которых возрастает с диаметром, отдача предлагаемых антенн, а с ней и количествоэнергии, которое может быть передано при излучении такими антеннами,не зависит от их диаметра. Значительное улучшение эффективности антеннсопровождается увеличением пространства, пригодного для размещенияэлектронной аппаратуры, даже в случае питания излучателя по мощнымпроводникам, идущим от поверхности,Следовательно, можно уменьшить общуюдлину устройства, Высокий уровеньотдачи этих антенн дает возможностьне опасаться незначительного ухуд 22384910 15 20 30 35 40 45 50 55 шения отдачи, которое может возникнуть при улучшении других свойствустройства,Возрастание излучаемой мощностидает возможность применения методовразведки геологических формаций спомощью распространения электромагнитных волн при значительно болеепроводящих, чем прежде, буровых растворах. Затухание волн, распространяющихся в среде, зависит от проводимости последней. Предлагаемое устройство дает возможность работатьпри значительно большем затуханииизлучаемой энергии в окружающем буровом растворе, чем это было раньше,без уменьшения суммарного количества энергии, которое может быть обнаружено приемниками, Можно работатьв буровых растворах, удельное электрическое сопротивление которых достигает 0,05 Ом х м, что дает возможность расширить применение устройствтакого типа почти на все используемые в настоящее время буровые растворы. Вместе с тем, исчезает необходимость увеличения диаметра устройства для предельного уменьшения толщины столба буровой жидкости, пересекаемого излучением при передачеи приеме,Другое преимущество значительногоувеличения излучаемой мощности основано на возрастании отношения сигнал/шум в приемниках, что дает возможность повышения точности обнаружею 1ния при использовании более прочныхи надежных электронных схем для получения требуемой информации. Крометого, с антеннами такого типа можноприменять проводящую трубу, проходящую по всей длине зонда и действующую в качестве экрана для чувствительнык элементов этих антенн безвозникновения нежелательного распространения волн в режиме ТЕМ благодаря наличию различных средств.Зонд, снабженный предлагаемымиантеннами, позволяет также повыситьразрешение разведки при сохранениитребуемой глубины. Глубина разведкизависит от расстояния между излучателем и приемником, тогда как разрешение зависит от расстояния междуприемниками каждой пары. Замеры,осуществляемые каждой парой приемников, являются дифференциальными замерами изменения некоторых параметров распространения, например затухання нли фазового сдвига, вносимыхнекоторой зоной геологической формации, толщина которой определяетсяразносом этик приемников, Чем меньшеразнос между приемниками, тем меньше толщина этой зоны, и, следовательно, больше разрешение проводимогозамера. Разнос приемников одной парынеобходимо поддерживать на значении,достаточном для того, чтобы электронные схемы измерения и обработки могли отметить разность между значениями параметров волн, По этой же причине в случае необходимости выявления разности фаз порядка доли градуса разнос соответствующих приемниковдолжен быть достаточен для того, чтобы колебания этого параметра междудвумя формациями различной природыпредставляли по меньшей мере этозначение по толщине рассматриваемойформации. В данном случае происходитто же, что с затуханием. Для повышения разрешения необходимо достичь увеличения измеренных значений затухания и фазового сдвига электромагнитных волн, распространяющихся в зоне формации заданной толщины, чего можно добиться повышением рабочей частоты устройства, Однако повышение частоты дает значительное затухание сигналов, поэтому излучаемая мощность должна быть значительно большей при замере на уровне приемников мощностей, еще достаточных для их обнаружения и соответствующей обработки. Это можно осуществить с помощью устройств, снабженных предлагаемыми антеннами благодаря значительному повышению излучаемой энергии. В то же время, при типовой мощности генератора излучения можно создавать столь большие мощности, что оказывается допустимым значительно большее затухание, в частности, при работе на частотак, намного более высоких, чем в известнык устройствах наряду с сохранением приемного уровня сигнала на входе приемников для проведения собственно обнаружения и измерения. Такой результат достигается при сохранении значительной глубины разведки, которая заключает в себе путь электромагнитных волн от излучателя к приемнику, на протяжении которого затухание сигнала относительно высокой частоты может быть значительным.23849 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 35 12Мощность, излучаемая антеннамипредставленного типа, вполне достаточна для достижения глубин разведкипорядка одного-двух метров с антеннами, установленными на корпусе зонда, и н области частот от 60 до80 МГц. Разрешение, которого можнодостичь при этой рабочей частота,примерно от 60 см до 1 метра. С повышением рабочей частоты до нескопькихдесятков мегагерц можно получить обмотки на корпусах зонда при полезнойдлине, равной половине длины волныи до длины волны, поскольку длинаволны уменьшается с возрастаниемчастоты, можно при заданном продольном размере антенны вдоль корпусазонда согласовать развернутую длинупроводящего элемента с большей долейдлины волны излучения, В относительно низкочастотном диапазоне .развернутая длина антенны, необходимая дляполучения согласования с четвертьюдлины электромагнитной волны, можетоказаться недопустимой, Однако улучшение отдачи антенн при прочих равных параметрах достаточно, чтобы сделать возможным их применение на частотах ниже 20 МГц, вплоть до 1 МГц.На этих частотах средство для уменьшения полезной длины навитого вокругкорпуса излучающего элемента (первогопроводящего элемента) заключено в модификации соединений между этим элементом и элементом массы,Излучающая обмотка двухпластинчатой антенны 114, образованной металлической лентой 115 (фиг. 12), имеетразвернутую длину менее четверти длины волны. Вместо короткого замыканияс плоскостью массы 116 край 117 ленты 115 соединяется с плоскостью массы 116 при помощи индуктивности 118,размеры которой выбраны такими, чтобы резонирующий узел, образованныйизлучающей лентой 115 и индуктивностью 118 и включенный параллельнойпогонной емкости между двумя проводящими элементами лентой 115 и плоскостью массы 116, образовывал схемунастройки для рассматриваемой частоты. Точка включения 119 соединяетсяс генератором 120, Другой конец 121ленты 115 электрически свободен.Согласно одному из вариантов конструкции (фиг13) антенны на корпусе 121, предназначенной для работына относительно низких частотах, излучающий элемент 122 с развернутой длиной менее четверти длины волныизлучения в диэлектрике 123 ьа рассматриваемой частоте имеет на одномиз концов 124 перемычку короткогозамыкания с плоскостью массы. Другойего конец 125 соединяется с плоскостью массы 126 через конденсатор 127,величина которого выбирается такимобразом, чтобы эквивалентная схема излучающего элемента 122 и конденсатора 127, подключенная к погонной емкости, существующей между элементом 122 и плоскостью массы 126, составляла схему, разонирующую на рабочей частоте генератора 120.Другое средство уменьшения полезной длины излучающего элемента, намотанного вокруг корпуса зонда, которое можно объединить с предшествующим, состоит в использовании между двумя проводящиии элементами антенны материала с большой магнитной проницаемостью вместо диэлектрика, Когда диэлектрические постоянные обычных материалов меняются по сравнению с воздухом в пределах от 1 до 20, магнитная проницаемость некоторых материа,лов в сравнении с магнитной проницаемостью воздуха может достигать нескольких тысяч при относительно низкой частоте, т.е. при частоте не более нескольких десятков мегагерц. Из уравнения (5) можно заметить, что длина волны меняется обратно пропорционально квадратному корню магнитной проницаемости. В этих условиях можно получить антенны, работающие в диапазоне частот ниже нескольких десятков мегагерц, путем выбора магнитного материала с достаточно высокой точкой Кюри, чтобы он сохранял высокое значение магнитной проницаемости во всем температурном диапазоне использования устройств для каротажа буровых скважин. Поэтому при использовании ферромагнетика, магнитная проницаемость которого порядка 250, можно получить антенну с первым элементом, нанесенным на внешнюю поверхность втулки из этого материала, тогда как на внутреннюю поверхность наносится плоскость масмы, При создании антенны с развернутой длиной 38 м, соответствующей четверти длины волны в этом материале ( по сравнению с 600 м в вакууме) можно заставить работать такую антенну на частоте 500 кГц.(2) род выполнен в виде плоскости, параллельной поверхности изолятора, на 1Изобретение относится к разведке подземных пластов с помощью электромагнитных волн, а точнее к устройствам для электромагнитного каротажа буровой скважины,Известны методы разведки пересеченных стволом буровой скважины подземных пластов, согласно которым по стволу перемещают зонд и определяют в функции глубины зонда заданные физические характеристики окружающего его пласта при проведении каротажа (диаграфии), благодаря чему можно получить информацию необходимости проведения дальнейших исследований и/или промышленной разработки минералов из подземных формаций этой скважины,В ходе измерений используют излучение электромагнитных волн, йапример производят замеры удельнойэлектропроводности пересЕченных стволом скважины формаций при помощиэлектромагнитной индукции.Известно устройство для каротажас помощью электромагнитной индукции,в котором установленная на зондеизлучающая катушка возбуждается отгенератора с частотой порядка 20 кГц для индуктирования токов в окружающей скважину геологической формации.Величина этих токов зависит от электропроводности формации, в которойони возникают, Токи циркулируют покольцевым линиям с центром на осиствола буровой скважины и вызываютпоявление электродвижущей силы в одной или нескольких приемных катушках,установленных на зонде на определенных расстояниях от излучающей катушки. Анализ параметров выходного сигнала позволяет получить информацию об электропроводности формаций, пересеченных этими токами 11.Измерения удельной электрической45 проводимости составляют один из основных методов разведки геологических формаций, пересекаемых буровой сквакоторой размещен по криволинейномупути удлиненный электрод,жиной. Их дополнением служат методы измерения электрического удельногосопротивления, основанные на применении устройств с электродами, Ониособенно необходимы при заполненииствола разведочной буровой скважиныраствором, предназначенным для стабилизации ее стенок, слабо проводящим электричество и не дающим возможности использования устройств сэлектродами 121,Известны устройства для измерениянекоторых характеристик сред, окружающих буровую скважину, в которыхиспользовано распространение электромагнитной энергии, в этих средах причастотах, значительно более высоких,чем частота, используемая при осуществлении индукционного каротажа. Вэтих устройствах используются радиочастоты, диапазон которых от низшейчастоты порядка 1 МГц до частоты порядка гигагерц (111),Известно, что характеристическиепараметры распространения электромагнитной волны в среде типа геологических формаций зависят и от электрической проводимости этих формаций иих диэлектрической постоянной.Затухание электромагнитной волны,распространяющейся на расстояниив среде рассеивающей электромагнитную энергию, меняется согласно выражению символ экспоненты;оператор комплексных чисел,расстояние, пройденное энергией,волновое число - постоянная распространения, определяемаяпо формуле К = -1 Ы)ио(8;., Ы) В этом уравнении:круговая частота для рассматриваемой частоты(ы = 2 ФЕ), 3712238493820 45 Необходимую длину антенны можнодостичь при помощи обмотки из 120витков на корпусе диаметром 10 см.В результате получают устройстводля каротажа с помощью электромагнитного излучения, пригодного дляработы на относительно низкой частоте, ниже 1 МГц, когда за замеры относительных параметров распространения существенно влияет проводимостьокружающих сред и относительно маловлияет диэлектрическая постояннаяэтих сред. С размещением антенны наметаллическом корпусе зонда получаютновое средство для замера проводимости, которое в отличие от классических устройств не требует применения изолирующего корпуса по большейчасти своей длины, Преимуществамиустройства нового типа являютсяпростота, прочность и стабильностьразмеров.Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет объединить устройстводля замера проводимости с устройством для замера удельного сопротивления на электродах, соединив антенныуказанного типа, действующие на относительно низких частотах и расположенные вокруг металлического корпуса, с электродами, например, изустройства типа псевдобокового каротажа,Новое комбинированное устройствотакого типа (фиг, 18) содержит зонд128, на котором установлен центральный электрод 129. С одной и с другойстороны от электрода 129 симметричнорасполагаются две пары потенциальных измерительных электродов 130, 40131 и 132, 133, после которых следуют первые токовые электроды 134 и135, затем вторые токовые электроды136 и 13, Все эти электроды образованы установленными иа поверхностикорпуса проводятми кольцами, причемэлектроды 136 и 137 имеют форму удлиненных втулок, Схемы для питанияи управления электродами известны,они дают возможность пропускания токов между электродами 129, 134 и 136и 129, 135 и 137 и зонами, удаленными от устройства в окружающей среде,регулируя токи таким образом, чторазность потенциалов между иэмерительными электродами 130 и 131 и между электродами 132 и 133 останетсянулевой. В леной части устройства показанытоковые линии 138 з исследуемойФормации при исследовании ближнейзоны скважины и в правой части показан путь токовых линий при исследовании дальней зоны скважины, когдалинии токов возвращаются к буровойскважине в точку, удаленной от комплекса электродов устройства, например, к электроду массы (не показан),расположенному на кабеле 139 зонда128, Токи, создаваемые электродами134, 136, 135, 137 регулируются дляусиления тока, создаваемого электродами 129 более или менее далеко вформации в соответствии с требуемойглубиной исследования,Двухпластинчатая антенна 140 рассмотренного типа, совпадающего, например, с конструкцией антенны,приведенной на Фиг, 6, устанавливается с края электродного комплекса ниже электрода 137. Она подключена кгенератору, действующему на частоте500 кГц, для передачи в исследуемуюгеологическую формацию излучениясоответствующей частоты.Две приемных двухпластинчатых антенны 14 1 и 142 установлены: перваямежду электродами 135 и 137 и вторая - между электродами 134 и 136,Приемные антенны подключаются кэлектронным схемам обнаружения и использования сигналов, принимаемыхпосле распространения в исследуемойформации для получения дифференциального замера проводимости. Сочетаниезамеров, осуществляемых с помощьюантенн 141 и 142, дает возможностьполучения такого дифференциальногозамера проводимости, который корректирует влияние зоны, расположеннойнепосредственно вблизи устройства,т,е. собственно ствола скважины, ивнешней зоны вокруг стенки стволаАнтенны 140, 14 1, 142 имеют общую плоскость массы при частоте500 кГц. Все токовые электроды 129,134-137 электрически соединяются суказанной плоскостью массы, Такимобразом, плоскость массы находитсяв электрическом контакте с буровымраствором в различных точках по своей длинеВ то же время, у плоскостимассы существует соответствующаяемкостная связь между ее различнымиучастками с тем, чтобы на рабочейчастоте устройства псевдобокового1223849 40 39 каротажа, составляющей несколько сотен герц, эти электроды не былиэлектрически соединены с плоскостьюмассы.Излучающие элементы антенны 140,14 1 и 142 по типу относятся например,к элементу 53 (фиг. 6), Они нанесены на втулку типа втулки 54 из ферромагнитного материала с магнитнойпроницаемостью порядка 250.Такое устройство может успешнозаменять известные устройства дляпроведения каротажа с использованиемтех функций, которые исполняют выполненные на катушках элементы для излучения тока в окружающие формации,Для того, чтобы избежать наводки тока на кольцевых электродах, искажающей замеры, выполненные в помощьюиндукционных катушек, каждый электродтакого устройства выполняется в виде последовательности круглых выступов, окружающих корпус зонда, наего поверхности при удалении другот друга,Применение двухпластинчатых антенндает воэможность отказаться от круглых электродов и позволяет использовать массивные, более глубинные электроды. Характеристика устройства длязамера проводимости с двухпластинчатыми антеннами (фиг. 18) улучшена посравнению с устройством на катушкахв плане лучшего разрешения по вертикали и меньшего влияния находящейсяв стволе скважины среды по причинедифференциального характера замеров,а также значитительно более высокого 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 для электромагнитного каротажа воз- можно и при других частотах применяемого спектра, в частности на частотах выше 200 МГц. Рассмотренные антенны благодаря их чрезвычайно простой конструкции, кроме корпусов устройств, могут размещаться на башмаках микроустановок при работе на повышенных частотах. С возрастанием частоты предпочтительна установка ,.антенны на башмаках, имеющих размеры, совместимые с относительно малой глу"биной разведки.В одном из вариантов конструкции такие антенны могут быть реализованы в форме круглых дисков, похожих на пуговицы (фиг. 14), у которых пластинка из диэлектрического материала 143 с одной из своих сторон покрыта 50 уровня сигналов, Использование описанных антенн проводящим металлическим слоем 144,образующим плоскость массы, а на противоположной стороне 145 отпечатана тонкая металлическая полоска в формеспирали 146, один конец 147 которой может электрически короткозамкнутосоединяться с плоскостью массы вцентре, а другой конец 148 остается свободным, если развернутая длина напечатанной спирали равна четверти длины волны распространения излучения в диэлектрическом материале 143 или нечетному числу, кратному последней, эта полоска коротко замыкается с плоскостью массы - слоем 144, если развернутая длина спирали равна числу, кратному половине длины волныраспространения. Антенны такого типа могут быть встроены в удлиненный башмак 149, (фиг. 16), который содержит у каждого из краев своей поверхности излучающие антенны 150 и 151, подключенные к мощному генератору очень высокой частоты (на чертеже на показан). Между двумя излучающими антеннами 150 и 151 по соседству с центральной частью башмака устанавливаются три приемника 152, 153 и 154,выровненных в продольном направлении башмака. Башмак 149 установлен(фиг. 1) известным способом на зонде 13 и шарнирно сочленяется для получения воэможности прижима рычага 155 к стенке 2 ствола буровой скважины под действием постоянного упругого усилия, создаваемого дугообразнымипружинами, или с помощью рычага,раскрыв которого дистанционно регулируется.Расположение двух излучающих антенн 150 и 151 (фиг. 16) используется для компенсации эффектов при неоднородном прижиме башмака к стенке ствола при наличии в последнем неправильных форм. Методы компенсации влияния ствола буровой скважины (компенсация ВНС) в устройствах, работающих с различными типами преобразователей известны.Изображенный на фиг. 16 башмак149 действует в области частот 60-МГц 3 ГГц (сверхвысокие частоты) и может применяться в устройстве для определения угла падения пластов. Замеры,полученные с помощью приемных антенн 55 детекторов 152-154, позволяют с высоким разрешением обнаружить изменения Дйэлектрических свойств пластов фор"мации, пересеченной буровой скважи30 41 12238ной. В соответствии с известными методами наклонометрии совокупность указаний, полученных от трех, предпочтительней от четырех аналогичных башмаков, приложенных в стенке ствола скважины, позволяет определить наклон плоскостей разделения смежных пластов, Двухпластиночные антенны описанного типа могут успешно использоваться с устройством в буровых скважинах, заполненных несоленой водой или буровыми растворами на базе нефти, где классические устройства на электродах не могут работать. Более того, устройство по фиг, 1,15 снабженное антеннами башмака 149, позволяет получить при каждом положении башмака 149 замеры проводимости и диэлектрической постоянной, которые используются для корреляции замеров между собой и улучшают эффективность использования полученных данных. Благодаря этому достигается чрезвычайно точное представление всех изменений геологических свойств, трещин и других прерывистостей формаций, пересеченных буровой скважиной.Изобретение может быть также применено в башмаках для передачи и приема электромагнитной энергии сверхвысокой частоты (фиг. 17). Башмак 156 снабжается у нижнего края передающей антенны 157, выполненной в двухпластинчатой технике и содержащей металлическое кольцо 158, на- З 5 печатанное на диэлектрике, образующем поверхность башмака 156, и соединенное электрически в точке 159 с плоскостью массы, помещенной на другой стороне диэлектрической поверх О ности. Периметр кольца соответствует образованию полуволновой антенны, рабочая частота которой может быть равна, например, 850 МГц, Расположенные у другого края башмака два 45 приемника образованы двумя полосками 160 и 16 1, выровненными на поверхности башмака в его продольном направлении и в направлении антенны 157. Полоски 160 и 161 электрически 50 соединяются одном из краев 162 и 163 с плоскостью массы, образуя поверхность башмака. Длина полосок соответствует четверти длины волны используемой частоты, Такой башмак 55 позволяет выявлять некоторые параметры излучения электромагнитной энергии, излученной излучающей антенной 49 42157 вблизи стенок буровой скважины, особенно в глинистой корке бурового раствора при ее осуществлении.Предлагаемые антенны могут быть также использованы при различных исследованиях в диапазоне и еще более высоких частот, например 200-500 Г 1 Гц,Для этого башмак 164 (фиг. 15) для исследования ближней зоны делается из изоляционной пластинки, выполненной из материала, устойчивого к истиранию, например, из смеси стекловолокна со смолой, причем пластинка выполнена удлиненной в направлении, соответствующем продольному перемещению относительно стенки ствола скважины. Башмак содержит внутреннюю излучающую антенну 165, выше которой в продольном направлении находятся две приемные антенны 166 и 167, На задней поверхности, т.е. поверхности, не обращенной к геологической формации, имеется непрерывное металлическое покрытие, образующее плоскость массы и закрытое оболочкой для защиты от действия буровых растворов, омывающих башмак, Кроме плоскости массы и диэлектрического слоя каждая антенна содержит металлическую пластину 168, 166 и 167 соответственно, отпечатанную на поверхности 169 башмака по спиральному пути, составленному отрезками прямых, объединенных под определенными углами для перекрытия значительного участка поверхности башмака.Антенна 165 занимает нижний участок, печатная металлическая пластинка 168 этой антенны короткозамкнута с плоскостью массы у своего центрального конца 170 и у периферийного конца 171, длина антенны рассчитана для получения полуволновой антенны, Центральный конец каждой приемной антенны соответственно 172 и 173 коротко замыкается с плоскостью массы на задней поверхности башмака, тогда как другие концы металлических пластинок этих антенн оставлены свободными, причем их длина равна четверти длины волны рассматриваемого излучения.Особый интерес представляет использование в буровых растворах на основе не соленой воды или нефти башмаков тогда, когда башмаки с электроцами не работают, Его отличием является не столь большая чувствительность к удельному сопротивлению бурового раствора благодаря диф43 1223849 8. ференциальным замерам, н он позволяет получить более точную информациюоб удельном сопротивлении пластовойводы формации 1, Замер диэлектрической постоянной вблизи стенки ствола 5буровой скважины позволяет найти насыщение в воде 5 ь/ в зоне, называемойпромытой зоной, где под действиемдавления бурового раствора в контакте со стенкой ствола его фильтрат 10после осаждения твердых частиц проникает в стенку ствола буровой скважины с образованием глинистой корки, перемещая часть углеводородов, которые могут находиться в порах этой формации.Желательно, чтобы металлические части антенн на башмаках, представленных на фиг. 34-17, были покрыты защитным покрытием для получения большей устойчивости от механического истирания и коррозии.1223849Фиг Ю г Ю ИИПИ Заказ 1728Тираж 728 Подписно илиал ППП "Патен жгородектная, 45 1 О 15 р - магнитная проницаемость расосматриваемой среды,б - удельная проводимость среды,изучаемой на проводимость,- диэлектрическая постояннаяили диэлектрическая проницаемость этой среды.Если рассмотреть непроводящую среду, в которой О равно О, то из уравнения (2) следует, что постоянная Кявляется действительным числом. Тогдапоказатель экспоненциальной функциив выражении (1) является мнимым членом,которому соответствует лишь фазовыйсдвиг в выражении затухания передаваемых сигналов. Иначе говоря,распространение электромагнитных волн в такой среде происходит без суммарного затухания энергии при существовании лишь геометрического затухания по амплитуде.Если электрическая проводимостьвозрастает (например, проводящийбуровой раствор), то наступает момент, когда член становится многобольше члена ,1)с . Из формулы (2)видно, что член К становится мнимым. В выражении (1) показатель степени становится членом, имеющим составляющую и действительную составляющую, в сущности равные междусобой,Когда постоянная распространенияК продолжает возрастать с электрической проводимостью, действительнаясоставляющая затухаю я пастет экспоненциально вместе с К, Из анализаследует, что в первой аппроксимациисдвиг фаз растет с диэлектрическойпроницаемостью, тогда как затуханиеамплитуды растет с электрическойпроводимостью.Чтобы измерить характеристические параметры распространения электромагнитной во 1 ны, передаваемой нарадиочастоте в подземную формациюот передатчика, используют обычнопо меньшей мере два приемника, продольно разнесенных друг относительно друга, Расстояние от передатчикадо наиболее близкого из приемниковв направлении ствола буровой скважины определяется поперечной глубинойформации, проводимость которой измеряется, Расстояние между приемниками определяется толщиной формации,используемой для замера характеристик распространения излучаемой волны. Этими характеристиками являются 20 25 30 35 40 45 50 55 относительное затухание сигналов, уловленных наиболее близким и наиболее удаленным к передатчику приемником, и фазовый сдвиг между сигналами, принятыми такой парой приемчиков.Влияние электрической проводимости формаций на затухание и фазовый сдвиг становятся решающими с понижением частоты разведки, И наоборот, по мере увеличения частоты в область сверхвысоких частот становится решающим влиния диэлектрической постоянной или диэлектрической проницаемости пересекаемой зоны формации по сравнению с электрической проводимостью.Для замера характеристических па, раметров формации, а именно удельнойэлектрической проводимости и диэлектрической проницаемости или диэлектрической постоянной, проводят два замера распространения электромагнитныхволн для каждой из зон исследуемойформации, например, измерение относительного затухания и измерение относительной фазы,Известно устройство, работающеев области сверхвысоких частот (микроволн), для определения характеристикраспространения электромагнитныхволн в среде, непосредственно окружающей стенку скважины, пересекающейподземные образования, Такое устройство содержит зонд, снабженный башмаком, предназначенным для прижимак стенке скважинв ствола, по которому его перемещают, На башмаке установлены передающая антенная и несколько приемнымантенн типа объемных резонаторов. На рабочей частоте 1, 1 ГГцизмеряют затухание и фазовый сдвигволн, уловленных приемными антеннами, с целью нахождения величины диэлектрической постоянной зоны малойтолщины вокруг ствола скважины непосредственно позади слоя буровогораствора (или глинистой корки). Настоль высоких частотах величина диэлектрической постоянной среды оказывает определяющее влияние на замеры затухания и фазового сдвига вущерб электрической проводимости,влияние которой на замеры слабеет помере повышения частоты. Сочетаниезамеров затухания и фазового сдвигадает возможность полностью исключитьвлияние последнего фактора на определение диэлектрической постояннойили диэлектрической проницаемостиисследуемой среды 4,Однако использование сверхвысокихчастот ограничивает глубинность исследований, 5Наиболее близким к предлагаемому"является устройство для электромагнитного каротажа буровой скважины,содержащее зонд для перемещения вбуровой скважине, электроды подсоеди-нения к электрической схеме, размещенные на этом зонде для осуществления преобразования между электрическими сигналами в зонде и сигналамиэлектромагнитной энергии, распространяющимися в окружающей среце 1 51,Замеры затухания и относительнойфазы волн, распространяющихся черезподземные формации, выполняются поразному при данной расстоянии междуисследуемой зоной и осью ствола.При необходимости достичь большихглубин разведки приходится разносить,электроды на расстояния, делающие их25установку на башмак сложно выполнимой, Тогда их устанавливают непосредственно на корпусе каротажногозонда,Если расстояние, проходимое волнами между электроцами, растет сглубиной разведки и затухание электромагнитной волны в среде ее распространения является возрастающейфункцией частоты, используют болеенизкие рабочие частоты, например, З 520 - 30 МГц.Чтобы получить замеры фазовогосдвига, вызванного распространениемв зоне подземного образрвания, расположенного на определенном расстоя- фнии от скважины, используют электроды, расположенные от передатчика нарасстоянии, большем того, котороеих отделяет от электродов, предназначенных для замера затухания волныв этой же зоне,Используемые для электрическогокаротажа преобразователи излучения,а именно излучатели и,приемники,должны удовлетворять определенным 50условиям. В частности, они должныбыть приспособлены к передаче энергии в сильно рассеивающие зоны, т.е,в зоны, где передача энергии сопровождается сильными потерями. Во время передачи такие преобразователидолжны передавать в окружающую средубольшие количества энергии, во время приема они наоборот должны улавливать часто чрезвычайно низкие уровнисигналов. Кроме того преобразователи должны обладать особыми свойствами го направленности, При электромагнитном каротаже волны распространяются в направлении подземных формацийа не продольному в стволе скважины. Поэтому так важно предусмотреть,чтобы используемые при каротаже преобразователи обладали выраженнымисвойствами направленности.Применение катушек в некоторойстепени дает возможность устранитьнедостатки, присущие антеннам, образованным обкладками конденсаторов.В частности, катушки могут функционировать в слабо проводящих буровыхрастворах, Однако замечено, что уэтого улучшения есть свои пределы ичто уровень сигналов, приходящих кприемникам после расйространениясквозь подземные формации, часточрезвычайно мал. Для устранения искажений уловленных приемниками сигналов возникает необходимость в применении чрезвычайно чувствительныхэлектронных схем, что делает реализацию устройства более трудной, аего работу более сложной. Особенноэто характерно для устройств, работающих вместе с относительно удаленной от передатчика парой катушек,где есть устройства, действующие позамеру сдвига фаз, соответствующегоизучаемой формации.Кроме того, следует учитывать, чтозатухание электромагнитной волны всреде ее распространения резко возрастает с электрической проводимостьюэтой среды. Поэтому при использовании известных устройств с падениемудельного сопротивления буровогораствора менее О, 1 Ом на метр затухания волн в буровом растворе при передаче и приеме становятся такими,что от приемников невозможно получитьпригодные к обработке показания ораспространении волн через рассматриваемые формации,Увеличивать мощность, излучаемуюкатушками, можно путем увеличенияих диаметра, преимуществом чего является также уменьшение толщины бурового раствора, пересекаемого электромагнитной эгергией, выходящей из этихкатушек, и соответствующего затухания. Однако возрастание. внешнего диа 1223849метра устройства ограничено размерами скважин, в которых оно должно использоваться, и габаритными соображениями,В области авиационной и космической связи известно использование антенн, образованных диэлектрическойпластинкой, на поверхности которойрасполагается удлиненный проводящийэлемент, тогда как другая ее поверхность металлизируется для образованиявторого проводящего элемента илиплоскости массы. В таких двухпластинчатых антеннах использованы методыизготовления печатных плат, Их преимуществом является относительнаяпростота согласования с формой авиационных или космических устройствпри относительно ограниченном объеме,Они хорошо показали себя при всенаправленной передаче в воздухе или ввакууме, где распространение электромагнитных волн происходит практически без потерь. Отдача таких антеннвозрастает в квадрате использованнойчастоты и вполне приемлема для использования при связи на частотах донескольких сот мегагерц. Но она ненастолько велика, как у классическихавиационных антенн, размеры которыхвозрастают в функции длины волныраспространения излучения, котороеони должны передавать в воздухе илив вакууме, Однако с учетом малогозатухания, вносимого средой распространения, ухудшение отдачи двухпластинчатых антенн компенсируется ихпреимуществами, особенно в отношениигабаритов.Целью изобретения является повышение точности измерения характеристик распространения электромагнитнойволны в среде, окружающей ствол буровой скважины, пересекающей геологические формации,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для электромагнитного каротажа буровой скважины, содержащем зонд для перемещенияв буровой скважине, электроды, подсоединенные к электрической схеме,размещенные в этом зонде для осуществления преобразования электрическихсигналов генерируемых в зонде, исигналов электромагнитной энергии,распространяющихся в окружающей среде, упомянутый зонд имеет по меньшеймере одну антенну, содержащую удли подключена к электроду, а электрическая жила - к удлиненному электродув месте, необходимом для согласования импеданса антенны с импедансомкоаксиального кабеля.1Электрод выполнен в виде плоскости, параллельной поверхности изоля 40 тора, на которой размещен по криволинейному пути удлиненный электрод.Улучшение возможностей устройствэлектромагнитного каротажа достигается увеличением мощности излучения,45 создаваемой этими устройствами, впределах размеров зондов, действующих в эксплуатационных условиях вбуровых скважинах,Устройство содержит в качестве50 преобразователя излучения настоящуюантенну, которая может быть при необходимости согласована в функциичастоты передаваемого излучения. Дляэтого электрическая связь между дву 55 мя элементами является короткозамкнутой,.и полезная длина первого элемента настраивается в функции длиныволны распространения упомянутой 5 10 15 20 25 30 ненный электрод, и электрод, расположенный напротив и на заданном расстоянии от удлиненного электрода по всей полезной длине последнего, при этом противоположные участки удлиненного электрода и электрода разделены изолятором и соединены электрически друг с другом у одного из концов длины удлиненного электрода, причем конец удлиненного электрода электрически соединен с электродом при помощи катушки индуктивности, удлиненный электрод размещен по криволинейному пути, параллельно заданной поверхности изолятора, электрод параллелен этой поверхности, а удлиненный электрод расположен на внешней стороне зонда.При этом электрическая связь между электродами выполнена в виде короткозамкнутой перемычки, и полезную длину удлиненного электрода, отсчитанную от его короткозамкнутого концы, выбирают в функции длины волны распространения электромагнитной энергии заданной частоты в изоляторе.Кроме того, упомянутая антенна соединена электрическим кабелем для передачи электромагнитной энергии с заданной частотой между антенной и электрической схемой в зонде, при этом оболочка коаксиального кабеляэлектромагнитной энергии в непроводящей среде,Укаэанные антенны могут быть эффективно приспособлены для использования в устройствах каротажа дляпередачи или приема излучений вблизиствола буровой скважины при существовании в плоскости отдачи эксплуатационных характеристик, намного превышающих характеристики излучающихсистем известных устройств,Такую антенну можно реализовать,используя технологию производстватак называемых двухпластинчатых линий, согласно которой первый удлиненный проводящий элемент - электрод,наносится с помощью печати на первуюповерхность пластины из изолирующего материала, тогда как другая поверхность металлизируется для образования второго проводящего элементаили плоскости массы. Эта технологияиспользуется для получения антенн, предназначенных для ненаправленной передачи электромагнитных излучений в непоглощающей среде типа воздуха или вакуума, т,е. в которой распространение эоектромагнитных воля происходит практически без потерь, что существенно для передачи информации,Такие антенны с хорошими эксплуатационными характеристиками могут работать в сильно поглощающих средах типа тех, в которых происходит изменение при каротаже стволов буровых скважин, рля выполнения замеров искажений передаваемых электромагнитных сигналов, Кроме того, в срецах, окружающих ствол буровой скважины, в частности, в жидкостях типа буровых растворов, такие антенны дейстуют с очень хорошей отдачей на частотых порядка нескольких десятков мегагерц, используемых в устройствах для электромагнитного каротажа при глубинной разведке, Полученная отдача значительно превьппает отдачу тех же антенн в воздухе или в вакууме при тех же частотах, Этот эффект чрезвычайно благоприятен при относительных размерах распространения излучения в таких средах. Ведь чегг больше мощность, излученная при передаче, и чем больше мощность сигнала на входе приемника после распространения в излучаемой среде тем проще и точнее могут быть соответствующие замеры затухания и/или фа,зового сдвига. Можно приспособить антенны указанного типа цля придания им соответствующих характеристик направленности, пригодных для каротажа в скважинах. В то же время, регулирование механической длинь, антенны, установленной, например, на корпусе каротажного устройства, вызывает фазовый сдвиг токов по длине антенны, что способствует распространению излучения в окружающую среду в поперечном направлении относительно корпуса между передающей и приемной антеннами .Применение антенн указанного типа в устройствах для каротажа буровых скважин дает значительный эффект,Непроводящая среда зонда является пластиной из диэлектрического материала. Согласно другому варианту конструкции, приспособленному для работы в устройстве на низких частотах, непроводящий материал зонда является магнитным материалом с большой магнитной проницаемостью.Согласно предпочтительному варианту импеданс каждой антенны согласуется с импедансом коаксиальной линии связи путем регулировки положения точки поцключения жилы коаксиальной линии связи по длине первого проводящего элемента,В одной из конструктивных формантенна устанавливается на корпусеустройства, желательно первьгй провоцящий элемент разместить вокруг этого корпуса для уменьшения его длины параллельно продольному размерупоследнего. Второй элемент, образующий цилиндрический элемент массы,расположен внутри первого элемента,Тогда второй элемент может игратьроль экрана относительно первогоэлемента против воздействия помехот сигналов внутри зонда, напримерот тока питающего генератор передатчика В частности, можно продлитьвторои элемент за пределы антенны для образования трубы экрана зондаизнутри где идут проводники питания схем устройства. Для улучшения защиты конструкции антенны предус" мотрены различные варианты, предельно уменьшающие или совсем исключаюпгие распространение электромагнитной энергии с поперечной модой (вол на типа ТЕМ) от передатчика к приемникам, обеспечивающие также наилучшую планировку внутреннего про 1 странства устройства.1112Когда второй элемент антенн образует цилиндрический элемент массывнутри первого элемента, можно продлить последний с одной и с другойстороны антенны для получения непосредственного электрического контактас внешней частью зонда, Предпочтительно образование зонда с помощьютрубчатой стальной конструкции,часть которой используется для образования второго антенного элементазакрытого диэлектрическим материалом, служащим опорой для первого илиизлучающего элемента антенны,Таким образом, в предлагаемом устройстве корпус зонда является проводником. Такая конструкция можетнайти применение во всех областяхчастот использования устройства, втом числе и при наиболее низких частотах. При этом появляется возможность сочетания устройств, использующих электромагнитные излучения, сустройствами, где применяются другиетипы физических явлений. Один из вариантов конструкции предусматриваютметаллический электрод-проводник тока поперек исследуемой формации дляизмерения удельного сопротивлениявместе с антенной указанного типа,второй проводящий элемент которойэлектрически соединен с корпусомэлектрода,Можно предусмотреть увеличение отдачи антенн, используемых в предлагаемом устройстве, по сравнению страдиционными катушками, используемыми в устройствах для каротажа буровых скважин, Минимальные регистрирующие мощности распространения излучения стали на порядок больше повеличине в сравнении с ранее получаемыми. Такое улучшение значительнорасширяет возможности предлагаемыхустройств и область их применения,особенно когда антенны используютсяи как приемники, и как передатчики,при этом эффективность излучающейсистемы оказывается большей в несколько тысяч раз.Устройства, снабженные антеннами указанного типа, дают возможность разведки сред, окружающих ствол скважины, в которой удельное сопротивление бурового раствора значительно меньше величины, которую раньше считали минимальной для точной работы устройств с электромагнитным распространением. Предлагаемые устройства233491 7 101520 30 35 40 45 50 55 обладают уменьшенными как внешними, так и внутренними габаритами.Рассмотренные антенны особенно хорошо сочетаются с монтажом на корпусе устройств глубинной разведки, которые должны действовать на частотах порядка несколько десятков мегагерц, как и устройства на катушках.Вместе с тем обнаружено, что эти антенны могут применяться с устройствами для электромагнитного каротажа в относительно низкочастотном диапазоне, например ниже 10 МГц, что особенно предпочтительно при использовании материала с большой магнитной проницаемостью между двумя проводящими элементами антенны, а также могут использоваться в более высокочастотном диапазоне, например более 200 МГц. В частности, в последнем случае сравнительно просто получаются антенны, устанавливаемые на башмаках.На фиг, 1 схематично изображено известное устройство для электромагнитного каротажа, на фиг. 2 - электрическая схема подключения известной антенны, на фиг. 3 - антенна двухпластинчатого типа, на фиг. 4 и 5 схема конструкции и подключения двухпластинчатой антенны,на фиг. б - антенна для корпуса зонда, на фиг. 7 другая форма конструкции антенны для корпуса зонда,на фиг, 8 - схема монтажа антенны на устройстве для электромагнитного каротажа,на фиг, 9 - вариант конструкции антенны для корпуса зонда, на фиг. 10 - зонд для каротажа, снабженный антеннами на корпусе, на фиг. 11 - вариант конструкции зонда, на фиг, 12 - то же, разрез по диаметральной продольной плоскости, на фиг. 13 и 14 - схемы подключения двухпластинчатых антенн, на фиг. 15 - двухпластинчатая антенна в форме диска; на фиг. 1 б - башмак устройства для каротажа, содержащий двухпластинчатые антенны, на фиг. 17 - второй вариант конструкции башмака, на фиг, 18 - третий вариант конструкции башмака;на фиг. 19 - схематичное изображение конструкции устройства в сочетании с электродами и антеннами.Буровая скважина 1 (фиг. 1), ограниченная стенкой 2 скважины, проходит сквозь геологические формации 3 от поверхности почвы 4 в вертикальном направлении. Скважина заполнена223849 131буровым раствором 5, причем плотность бурового раствора определяетсяи регулируется с тем, чтобы гидростатическое давление, создаваемое буровым раствором на стенку 2 буровойскважины 1, уравновешивало внутреннее давление пройденных Формаций иобеспечивало поддержание целостностистенки 2, В буровой скважине 1 подвешено устройство 6 для электромагнитного каротажа (диаграфии). Онокрепится на кабеле 7, служащем дляего механической подвески во времяперемещения в буровой скважине 1 идля электрической связи устройстваб с наземным пунктом каротажной станции 8, На своем пути к этой станциикабель 7 проходит по блок-балансу 9,угловое перемещение которого даетвозможность отслеживания измененийглубины устройства, а также позволяет управлять регистрирующим носителем, магнитным или фотографическим,например, в устройстве 10 регистрации для осуществления измерений илидиаграфии данных, переданных от устройства 6 по кабелю 7, в. Функцииустройства б,Устройство б содержит удлиненныйкорпус 11 зонда или патрон, подвешенный за верхний край 12 на кабеле7 и содержащий внешнюю оболочку13, предназначенную для изоляции рабочих частей устройства от скважины 1. По соседству с внутренним краем корпуса 11 установлен излучатель14, образованный антенной, предназначенной для передачи электромагнитнойэнергии на радиочастотах в непосредственные окрестности ствола буровойскважины 1 и прилегающих формаций 3,Над излучателем 14 на корпусе 11 установлена первая пара приемных антенн15 и 16, вертикально разнесенных назаданное расстояние, Расстояние меж/ду излучателем 14 и серединой Е гинтервала, разделяющего приемную антенны 15 и 16, равно ОпНад этой ларой антенн на корпусе11 установлена другая пара приемныхантенн 1 и 18, также разнесенных/продольно, Середина .интервала между этими антеннами располагается нарасстоянии Оиз излучателя 14,,превышающем расстояние ОиИзлучатель 14 предназначен дляизлучения электромагнитной волны водвугранный угол 360 вокруг оси корпуса 11 зонда. Он получает питание 25 30 ". с КО 45 Я 55 от генератора 19, расположенного внутри оболочки 13 при помощи коаксиального кабеля 20. енератор 19 управл.яет также генератором 21, предназначенным для работы на несколько более высокой или низкой частоте (сс сдвигом на несколько десятков килогерц).Приемные антенны 15 и 16 предназначены для выявления электромагнитных излучений, достигающих приемники после распространения через формациио3 в двуграннсм угле 360 вокруг оси ствола буровой скважины 1. Они подключены к амплитудному ксмпаратору 22, воспринимающему частоту с выхода, генератора 21 на своем входе 23,Приемпые антенны 17 и 18 соединенены со входами Фазового детектора 24, на вход 25 которого поступает частота с выхода генератора 21,Приемные антенны 15 и 16 соединены с амплитудным ксмпаратором 22 по коаксиальным кабелям 26 и 27 соответственно, Приемные антенны 17 и 18 соединены с Фазовым детектором 25 коаксиальными кабелями 28 и 29 соответственно, Амплитудный компаратср 22 и Фазовый детектор 24 содержит каждый смеситель сигналов, поступающих от генератора 21, и сигналов, воспринимаемых приемными антеннами 15, 16 и 17, 18 соответственно, с целью получения сигналов с относительно низкой частотой (несколько десятков килогерц) для определения, с одной стороны, разницы амплитуц сигналов, принятых приемными антеннами 15 и 16, и, с другой стороны, разности Фаз сигналов, принятых приемньви антеннами 17 и 18, Два соответствующих типа информации появляются на выходах 30 и 31 амплитудного компаратора 22 и фазового детектора 24 соответственно и передаются на. поверхность по кабелю 7 к устройс.тву обработки 32, предназначенному для подачи на регистрируюшее устройство 10 сигналов каротажа, представляющих, например, диэлектрическую постоянную и/или электрическую проводимость исследуемых формапий при помощи распространения волн, излучаемых излучателем 14, Кабель 7 обеспечивает подачу энергии к гене-," раторам 19 и 21, а также к амплитудному компаратору 22 и фазовому детектору 24, расположенным в зонде 11.Однако при применении таких устройств возникают определенные трудности из-за недостаточной мощности электромагнитного излучения, которое они могут обеспечить в исследуемых формациях, ак, если затухание электромагнитных волн, распространяющихся в некоторой среде, возрастает с проводимостью этой среды, невозможно использовать такие устройства в буровых растворах с удельным сопротивлением менее О, 1 Ом на метр, что значительно сужает область их применения.Излучатель 14 и приемные антенны 15 и 16 таких устройств обычно состоят из катушек с малым числом витков, например двух, устанавливаемых на изолирующей втулке, сделанной, например, из керамики, Известны по-, пытки увеличения мощности излучения, создаваемой с помощью таких катушек, Однако эти усилия наталкиваются на габаритные пределы буровых устройств 10 5 20 и на электрические мощности, которые25могут быть созданы в устройствах, подвешенных на конце кабеля длиной внесколько тысяч метров,Антенна 33 двухпластинчатого типа(фиг. 3) образована сочетанием двухметаллических элементов, нанесенныхс обеих сторон диэлектрика с использованием методов, применяемых приизготовлении печатных схем, Плоскаядиэлектрическая пластина 34 содержит 35на одной из своих поверхностей 35проводящую медную пластину 36, имеющую в данном случае криволинейнуюформу и выполненную в виде плеча надиэлектрической пластине 34, Таким40диэлектриком может быть, например,высокотемпературная керамика, Противоположная поверхности 35 диэлектрической пластины 34 поверхность 37полностью закрыта металлическим покрытием, т.е, пластиной 38, выполненной, например, из меди, алюминия илиинвара. Край 39 металлической пластины 36 диэлектрически соединена сметаллическим покрытием 38 при помощи короткозамкнутой связи 40 черездиэлектрическую пластину 34, Со стороны нижней поверхности 37 к антенне 33 проходит коаксиальный кабель41. Оболочка этого кабеля 41 электрически соединяется с пластиной 38,тогда.как его жила после проходасквозь диэлектрик припаивается к пластине ЗЬ в точке 42, расположен -ной на заданном расстоянии от края39. Криволинейная длина пластины 36на диэлектрической пластине 34 междуодним ее краем 39 и другим 43 электрически.не подключенным, равна в данном случае четверти длины волныраспространения рабочей частоты антенны.Пластину 38 обычно называют плоскостью массы, а пластину 36 рассматривают как собственно излучающийэлемент,В общем случа.е пластины, содержащие первый и второй металлическиеэлементы из параллельных пластин 36и 38, разделены непроводящей средой,образованной, например, твердой диэлектрической пластиной 34. Эти элементы электрически соединяются другс другом у края, причем длина первого элемента определяется в функциидлины волны, с которой электромагнитные сигналы распространяются в диэлектрике, разделяющем проводящиеэлементы при заданной частоте. Известно, что когда длина антенныпередающей электромагнитное излучение, равна четверти длины волны этого излучения или кратна последнему,то входной импеданс антенны являетсядействительным, В этом случае достигается оптимальность излучения такойантенны,В антенне этого типа проводящиеэлементы разделены диэлектриком ирасположены друг против друга, нодля работы необязательно, чтобы второй проводящий элемент, соответствующий по "фиг. 3 пластине 38, простирался по всей поверхности,Можно реализовать антенны, у которых второй проводник также является удлиненным элементом, располагающимся параллельно пути первого проводника и напротив последнего, Такое расположение, при котором второй элемент простирается в двух направлениях по плоскости или поверхности массы, дает определенное преимущество.Когда рабочая частота антенны относительно низка, например, порядка нескольких десятков мегагерц, четверть длины соответствующей волны в воздухе представляет сравнительно большую величину в сравнении с размерами устройств для проведения ка