Устройство для электромагнитного каротажа

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсиикСоциалистичесиикРеспубликво делам кэебретеккй и открытий(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА 1Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах, в частности к техническим средствам, применяемым для изучения электрических свойств горных пород методами электромагнитного каротажа.Известно устройство диэлектрического каротажа включающее в себя трехэлементный зонд с двумя прием" ными и одной генераторной катушками генератор высокой частоты, возбуждающий через излучающую катушку электромагнитное поле в среде окружающей зонд, приемные катушки, подключенные к последовательно соединенным высокочастотному и низкочастотному усилителям,гетеродин, пре- . образователи частоты, блоки для получения сигналов, пропорциональных разности фаз на приемных катушках, 2 о а также регистратор измеряемых параметров 1 3.Однако информация о диэлектрической проницаемости исследуемых по 2род, характеризуемая разностью фаз,не всегда может быть выделена безпривлечения данных других методовкарютажа, что снижает точность и оперативность определения искомого параметра,Известно устройство для электромагнитного каротажа, содержащее генератор с излучающей катушкой, двеприемные катушки, соответственноподключенные к двум усилителям нагруженным на измеритель отношениясигналов, и регистратор 2 .Измеряемое отношение сигналовсложным образом связано с диэлектрической проницаемостью Е и удельнымсопротивлением р среды на высоких частотах. Эти параметры по информацииоб отношении сигналов также не могутбыть точно определены без дополнительной информации об электромагнитном поле в среде,К недостаткам упомянутого устройства относятся низкая производитель 3, 100098Вость и необходимость учета влиянияпроводииости среды по данным другихметодов каротажа при определении диэлектрической проницаемости пород.Наиболее близкии к предлагаемомуявляется устройство для электромагнитного каротажа, содержащее генератор высокой частоты, подключенныйк генераторной катушке, первую ивторую приемные катушки, усилители 1 Овысокой и низкой частоты, два преобразователя частоты, блок формирования отношения амплитуд принятыхсигналов, гетеродин с усилителем,Фазометрический блок и регистратор, 15при этом каждая ариемная, катушка подключена соответственно к одному изусилителей высокой частоты, выходыкоторых соединены е первыми входамипреобразователей частоты, к вторым щвходам преобразователей частоты через усилитель подключен гетеродин,выходы преобразователей частоты через усилители низкой частоты соединены с входами блока Формирования отношеНия амплитуд принятых сигналов и с двумя входами Фазометрического блока.Генераторная часть устройства через генераторную катушку возбуждаетв исследуемом пространстве высокочастотное электромагнитное поле, которое принимают и преобразуют в сигналы высокой частоты приемными элементами зонда, Принятые сигналы уси 35ливают по.высокой частоте, переносят на низкую с последующим усилением по низкой частоте в двух идентичных приемных каналах. С выходовусилителей низкой частоты сигналы46поступают на входы блоков измерения отношения амплитуд поля в точках приема и разности Фаз, а с выходов этих блоков измеренные характеристики поля подаются на регистратор,45Из:зестное устройство позволяет из.мерять две характеристики поля: сдвигФаз сигналов между приемными катушками и отношение амплитуд в точкахприема, т.е. в катушках3 1,50Недостатки известного устройст" ва заключаются в том, что измеряемые сигналы, пропорциональные разности Фаз и отношению амплитуд принимаемого поля, обладают существенно нели,.нейной разрешающей способностью чувствительностью к диэлектрической про" ницаемости исследуемых пород при 1 4различных их удельных сопротивления(которая падает при уменьшении последнего.На высоких частотах измеряемыеизвестным. устройством сигналы характеристик поля взаимозависимы так,что погрешности измерения каждого изних влияют одновременно на оценки диэлектрической проницаемости и удельно.го сопротивления, при этом результатыкаротажа оказываются отягощеннымизначительныии погрешностями, особенно в низкоомных разрезах.К недостаткам также относятсянизкая оперативность измерений Е всвязи с невозможностью отсчета значений Е непосредственно с каротажной диаграммы и необходимость привлечения материалов, полученных другими методами каротажа.Кроме того, практика геоФизицеских исследований скважин показывает,что продуктивные комплексы пород спониженными значениями удельных сопротивлений например полимиктовыепесчаники Западной Сибири и др,)ши-роко распространены, что снижает эФФективность использования известнойаппаратуры по определению диэлектрической проницаемости.Цель изобретения - повышение .роизводительности труда и оператив-;ос.ти измерений диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивления горных пород,Поставленная цель достигается теи,; что в устройство для электромагнитного каротажа, содержащее генератор высокой частоты, подключенный к генераторной катушке, первую и вторую приемные катушки, усилители высокой и низкой частоты, два преобразователя частоты, блок Формирования отношения аиплитуд принятых сигналов, гетеродин с усилителем, йазометрицескнй блок и регистратор, при этом каждая приемная катушка подключена соответственно к одному из усилителей высокой частоты, выходы которых подклю-. чены к первым входам преобразователей частоты, к вторым входам преобразователей частоты церез усилитель подключен гетеродин, выходы преобразователей частоты через усилители низкой частоты подключены к входаи блока Фор мирования отношения амплитуд принятых сигналов и к двум входаи Фазометрического блока, дополнительно5 100ведены блок нелинейного преобразования, фазосдвигающий блок, второй фазометрический блок и два блока умножения сигналов, причем выход блокаформирования отношения принятых сигналов подключен к входу блока нелинейного преобразования, выход которогосоединен с первыми входами блоковумножения сигналов, первый вход первого фазометрического блока соединен 1 вс первым входом второго Фаэометрического блока, второй вход первого фазометрицеского блока подключен к входу фазосдвигающего блока, выход которого подключен к второму входу второго фазометрического блока, выходыФазометрицеских блоков подключенысоответственно к вторым входам блоков умножения, выходы которых соединены с входами регистратора.20На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства;на Фиг. 2 - ьрасчетная зависимость параметров У и И, регистрируемых устройством и зависящих от диэлектрической проницаемости и удельногоэлектрического сопротивления исследуемой среды,Устройство содержит генератор 1,соединенный с.излучающим элементом 30(генераторной катушкой) 2, приемныеэлементы (катушки 3 и 4), подключенные к усилителям 5 и 6 высокой частоты, преобразователи 7 и 8 частоты,гетеродин 9 с усилителем 10, усилите-З 5ли 11 и 12 низкой частоты, подключенные соответственно к преобразователям 7 и 8 частоты, блок 13 Формирования отношения амплитуд сигналов, подключенный к выходам усилителей 11 и фо12, первый фазометрический блок 14 ифазосдвигающий блок 15, подключенныетакже к выходам усилителей 11 и 12,второй фазометрический блок 16, соединенный с выходом фазосдвигающегоблока 15, блок 17 нелинейного преобразованяя, подключенный к выходу блока13, блоки 18 и 19 умножения, входыкоторых соединены с выходами блоков17, 14 и 16, а выходы подключены крегистратору 20. Устройство работает следующим образом,Генератор 1 питает током высокой частоты излучающий элемент .2 который-55 возбуждает в окружающей зонд среде электромагнитное поле. Распространяющееся в горной породе поле наводит 0981 6электрические сигналы в приемных элементах 3 и 4, характеризующиеся абсолютными значениями амплитудЬ /иЬ, Фазовыми сдвигами относительно сигналов генератора и (, и одновременно эти сигналы через усилители 5 и 6 высокой частоты соответственно поступают на входы преобразователей 7 и 8 частоты, на другие входы которых подаются сигналы от гетеродина 9 через усилитель 10, Преобразованные по частоте сигналы усиливаются далее усилителями 11 и 12 низкой цастоты и поступают на входы блока 13 формирования отношения амплитуд принятых сигналов, на выходе которого формируется.сигнал, пропорциональный пара- иетруЬД/Ь,/,а тахве на входы фавоиет. рического блока 14, на выходе которого Формируется сигнал, пропорциональный синусу половины разности фаз принятых сигналов ЬЦ =- (р, т.е. Мй. Фазосдвигающий блок осуществ- . ляет сдвиг Фазы сигнала на 180 , в результате чего на выходе дополнительного фазометрического блока Формируется сигнал, пропорциональныйЬсов. Характеристика преобразования сигнала блоком 17 нелинейного преобразования имеет степенную зависимость с показателем степени 0,5, т.е. на выходе этого блока вырабатывается сигнал, пропорциональный Ц Ь,от входного сигнапаЩЪдлл этого вход блока 17 соединен с выходом блока 13 измерения отношения амплитуд, входы которого подключены к вцходам усилителей 11 и 12. Сигналы, пропорциональные велицинаиц/Цьп У(2 иск 2 поступающие на входц блоков 18 и 19 умножения, преобразуют в параметры Ч и Ч, пропорциональные произведениям относительных характеристик поля, т.е.1 М 1Ь 1 о,( соа - и Ю= - бюОИ, / 2 1 И 2 которые обладают требуемыми метрологическими свойствами в отличие от известных измеряемых сигналов характеристик поля. С выходов блоков 18 и 19 умножения сигналы, пропорциональные Ч и Ч соответственно, поступает на выходы регистратора и фиксируются в необходимом для дальнейшего использования виде. Дополнительный фазометрический блок 16 может быть идентичным по рабочим параметрам, что и применяемый фазомет 1000981 8нительный фазометрический блок 16 может быть идентичным по рабочим параметрам, ч 1.о и применяемый фазометрический блок 14. Нелинейный блок 17 преобразовайия сигналов может быть выполнен на операционном усилителе и диодных ограничителях, релаизующих с требуемой точностью кусочно-линейную аппроксимацию функции преобразоввния вкодногосигнвлв 1 лБ) /1111 в ви.1 в модной ФБ(ББ/) . Блок 1 В й 19 умновения сигналов Факйе реализуют на операционных усилителях. Фазосдвигающий блок выполняют, например, в виде инвертора, 15Из расчетов зависимости регистрируемых устроиством параметров Ч и И от измеряемых свойств среды - диэлектрической проницамости Я и удельного электрического сопротивления1,фиг,220 видно, что для пластов с удельным электрическим сопротивлением р 4 1 О Ом м характеристика Ч практически не зависит от у и прямо пропорциональна измеряемой диэлектрической проницаемос ти. Характеристика поля Ч слабо зави. сит от Е и пропорциональна р . Поэтому измерение величин Ч и Ч в условиях низкоомного разреза позволяет измерять значения Г и р среды с задан- зО ной погрешностью непосредственно в процессе каротажа. При этом шкала регистратора манжет быть проградуирована таким. образом, чтобы в низкоомной части разреза, где характеристика Ч зависит практичесКи лишь от Я, а Ч- ,от р, измеренные характеристики поля Ч и Ы указывали непосредственно Р и р среды. Для этого можно на диаграммной ленте выделить уровень сигнала Ч, наппример И1, при превышении которого можно считывать результаты из. мерений непосредственно в единицах б и ., а ниже этого уровня (Ы 1)интерпоетировать по палатке (фиг.2),Форма зависимости между Ч и Я и электрическими свойствами среды В и р(фиг.2 ) определяется размерами базы зонда (расстояния между приемными элементами 3 и 4 ), частотой поля и длиной зонда. На фиг, 2 пример расчетнойзависимости соответствует зондудлиной .1 м, с базой 61=0,3 м начастоте возбуждения поля т=43 МГц,Следует отметить, что чувствитель. ность устройства к диэлектрической55проницаемости в низкоомных породах близка к чувствительности ее в высокоомной части и почти вдвое превышает соответствующее значение характеристики Рп Ю/2 в низ косиной части. Погрешности измерения характеристик Ч и У в меньшей степени, чем у известных относительных хара 11 теристик влияют взаимно на оценки электрических свойств горных пород,Таким образом, введение в устройство для электромагнитного каро 1 ажа нелинейного преобразователя, фа" зосдвигающего и дополнительного фа-. зометрического блоков, а также блоков умножения сигналов позволяет реализовать указанный выше алгоритм преобразования известных устройств и выполнять в условиях низкоомного разреза измерение диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивления непосредственно в процессе каротажа.Экономическая эффективность от внедрения предлагаемого устройства заключается в расширении диапазона применения метода измерения диэлек трической проницаемости в низкоомных разрезах, а также в ускорении времени исследований за счет непосредственного измерения величин, прс порциональных Е и р пород в низко омных породах и способствует умень 1шению количества случаев пропуска продуктивных пластов.Формула изобретенияУстройство для электромагнитно го каротажа, содержащее генератор высокой частоты, подключенный к ге нераторной катушке, первую и вторую приемные катушки, усилители высокой и низкой частоты, два преобразователя частоты, блок формирования от: ношения амплитуд принятых сигналовгетеродин с усилителем, фазометрича,кий блок и регистратор, при этом к 1,11. дая приемная катушка подключена соответственно к одному из у"илителейвысокой частоты, выходы которых подключены к первым входам преобразова:телей частоты, к вторым входам пре.образователей,частоты через усилитель подключен гетеродин, выходы преобразователей частоты через усилители низкой частоты подключены к входам блока формирования отношения амплитуд принятых сигналов и к двум81 10 9 10009 входам фазометрического блока, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности труда и оперативности измерений диэлектрической проницаемости и удельного электри- ческого сопротивления горных пород, в него дополнительно введены блок нелинейного преобразования, Фазосдвигающий блок, второй Фазометрический блок и два блока умножения сигналов, 1 О причем выход блока Формирования отношения принятых сигналов подключен к входу блока нелинейного преобразования, выход которого соединен с первыми входами блоков умножения сигна- % лов, первый вход первого Фазометрического блока соединен с первым входом второго Фазометрического блока, второй вход первого фазометрического блока подключен к входу Фвзосдви гающего блока, выход которого под) ключен к второму входу второго фазометрического блока, выходы Фазометрических блоков подключены соответственно к вторым входам блоков умножения, выходы которых соединены с входами регистратора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Даев Д. С. Высокочастотныеэлектромагнитные методы исследованияскважин. М "Недра", 1971, с,139-1512, Заслоноь И, М. Каротаж сква"жин, основанный на измерении затухания электромагнитного поля. - В сб.Прикладная геофизика, вып. 67, М"Недра", 1972, с. 195-2033. Шаров Г. В. Способ измеренияотносительных характеристик в методах электромагнитного каротажа, Тру"ды ВНИИнефтепромгеофизики , Вып.9Уфа, 1979, с. 30-35 (прототип).