СПОСОБ ПОВЕРКИ АППАРАТУРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01V3/10 

Изобретение относится к промысловой геофизике, а именно к способам и устройствам, предназначенным для поверки аппаратуры электромагнитного каротажа.

Известен способ поверки аппаратуры индукционного каротажа [1], при котором проводящие кольца перемещают вдоль всей длины зонда, снимают кривые зависимости величины выходного сигнала от положения проводящих колец относительно катушек зонда, интегрируют полученные кривые, нормируют полученные в результате интегрирования величины, сравнивают нормированные величины с номинальными значениями дифференциальной радиальной характеристики проверяемой аппаратуры соответствующими радиусам, равным радиусам проводящих колец, по результатам сравнения определяют качество проверяемой аппаратуры.

Недостатком данного способа является то, что он применим только для поверки аппаратуры низкочастотного индукционного каротажа, которая характеризуется дифференциальной радиальной характеристикой, не зависящей от удельного электрического сопротивления окружающей среды, и не применим к аппаратуре высокочастотного электромагнитного каротажа.

Известно устройство [2] поверки аппаратуры электромагнитного каротажа, состоящее из проводящего кольца и включенного в его цепь конденсатора.

Недостатком данного способа является большая погрешность определения параметров устройства (активного и реактивного сопротивлений цепи кольца), приводящая к низкому качеству поверки.

Задача, решаемая изобретением, - создание способа и устройства, позволяющих обеспечить поверку аппаратуры электромагнитного каротажа с высоким качеством.

Решение задачи обеспечивается изготовлением кольца из провода кольцом удельного электрического сопротивления, измерением активного и реактивного сопротивлений цепи кольца на рабочей частоте с помощью разъема, включенного в электрическую цепь кольца, перемещением этого кольца вдоль оси электромагнитного зонда на определенные расстояния, измерением в каждом положении кольца значений разности фаз между ЭДС наведенными в измирительных катушках зонда, и сравнением их с номинальными значениями разности фаз.

Аппаратура электромагнитного каротажа предназначена для определения электрических характеристик горных пород в скважинах с помощью трехкатушечных электромагнитных зондов. С помощью генераторной катушки зонда в окружающей среде возбуждают высокочастотное электромагнитное поле, амплитуда и фаза которого зависят от электрических характеристик среды. С помощью двух измерительных катушек зонда измеряют относительные характеристики этого поля, например разность фаз между ЭДС, наведенными в измерительных катушках. Эта разность фаз однозначно связана с электрическими характеристиками среды, например с удельным электрическим сопротивлением, диэлектрической проницаемостью и другими характеристиками в достаточно большом диапазоне их изменения.

Целью поверки является создание физической модели, которая может обеспечить такие же сигналы в измерительных катушках, как и однородная среда с заданными значениями электрических характеристик. Физическая модель включает способ поверки и поверочное устройство.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном способе поверки аппаратуры электромагнитного каротажа, предусматривающем установку проводящего кольца на оси зонда и перемещение кольца, кольцо устанавливают в положение, соответствующее нулевому значению измеряемой разности фаз между ЭДС, наведенными в измерительных катушках зонда, перемещают кольцо на определенные расстояния, измеряют значение указанной разности фаз после каждого перемещения, сопостовляют измеренные значения с номинальными значениями и по результатом сопоставления определяют качество поверяемой аппаратуры.

В известном устройстве для поверки аппаратуры электромагнитного каротажа, содержащем проводящее кольцо и конденсатор, это кольцо выполняют из провода высокого удельного электрического сопротивления, в электрическую цепь этого кольца включают последовательно разъем, с помощью которого кольцо может быть подключено к поверочной установке для измерения комплексного сопротивления кольца. В рабочем положении разъем закорачивают замыкателем. Кроме того, кольцо снабжено механизмом, обеспечивающим точную установку кольца в нужном положении.

Схема метрологической поверки электромагнитного зонда с помощью кольца приведена на фиг. 1. Здесь L₁ и L₂ - расстояния от измерительных катушек И₁ и И₂ до генераторной катушки Г, b - радиус кольца, Z - расстояние от плоскости кольца до измерительной катушки И₁, R₀, R₁ и R₂ - расстояния от генераторной Г и измерительных И₁ и И₂ катушек до провода кольца соответственно. Рабочая частота зонда - f. Ток в генераторной катушке изменяется по закону I = I₀•e^-iωt, где ω = 2πf. Комплексное сопротивление цепи кольца на рабочей частоте R+iX. Активное сопротивление R складывается из потерь в проводе, кольца и в конденсаторе, включенном последовательно в электрическую цепь кольца. Реактивное сопротивление X = -ωL+l/ωC, С - емкость конденсатора, L - индуктивность кольца. В этом случае ЭДС, наводимая j-й измерительной катушке, равна [2]

где М=I•S•n;
S - площадь одного витка;
n - число витков генераторной катушки;
j=1, 2;
k = ω/c;
с - электродинамическая постоянная, равная примерно 3•10⁸ м/с;
M_j - момент j-й измерительной катушки;
μ- магнитная проницаемость воздуха, равная примерно μ₀ = 4π•10^-7 Гн/м.
При измерении, например, величины разности фаз Δϕ между ЭДС ε₁ и ε₂, наведенными в измерительных катушках И₁ и И₂, ее значение рассчитывают по формуле:
Δϕ = ϕ₁-ϕ₂,
где ϕ_j = -arctg(Reε_j/Imε_j).
Основные источники погрешности определения номинальных значений Δϕ
неточность установки кольца в требуемое положение;
погрешность определения активного и реактивного сопротивлений цепи кольца.

Для снижения неточности установки кольца, его сначала устанавливают в начальную точку, в которой измеряемая разность фаз равна нулю. Такая точка существует, если выполнено условие b<L₁L₂/(L₁+L₂). На фиг. 2 приведен пример зависимости разности фаз Δϕ, измеряемой зондом, от положения кольца Z/L₁. В точке Z/L₁=0 расположен центр генераторной катушки Г, в точке Z/L₁=1 - центр измерительной катушки И₁, в точке Z/L₁=0,8 - центр измерительной катушки И₂. Рабочая область находится в интервале 0,8 <Z/L₁<0,9.

Погрешность определения активного и реактивного сопротивлений цепи кольца обусловлена тем, что их значения измеряют до изготовления или в процессе изготовления кольца на фиксированных частотах (100 Гц, 1 кГц, 1 МГц и т. д.). В результаты измерений вносят поправки, учитывающие частотную зависимость этих величин. Эту зависимость рассчитывают для каждого элемента цепи, так как погрешность прямого измерения этой зависимости весьма велика. Как показывает анализ, суммарные погрешности определения значений активного и реактивного сопротивлений цепи кольца превышают 2-3%.

Для снижения этих погрешностей активное и реактивное сопротивления цепи кольца необходимо измерять после изготовления кольца на рабочей частоте зонда. Для этой цели в цепь кольца включен разъем, с помощью которого кольцо подключают к поверочной установке. При такой процедуре удается снизить указанные погрешности в 3-4 раза.

Для повышения точности установки кольца относительно катушек зонда его снабжают специальным механизмом. Один из вариантов такого механизма изображен на фиг. 3.

Кольцо 7 выполнено из манганинового провода и закреплено на изоляционном диске 4. Кольцо имеет два разрыва. В одном расположен конденсатор 8, в другом - измерительный разъем 6. При помощи болтов 5 диск с кольцом может быть соединен с фланцем 3, который в свою очередь при помощи подвижного резьбового соединения укреплен на втулке 2. В свою очередь втулка 2 при помощи болтов 5 крепится на корпусе зонда 1. Для точной установки кольца вдоль оси зонда производят вращение диска 4, вследствие чего фланец 3 (и, следовательно, диск 4 с закрепленным на нем кольцом 7) будет перемещаться по резьбе вдоль закрепленной на корпусе втулки 2. Такая конструкция обеспечивает относительное перемещение кольца с погрешностью не более 0.05 мм. Начальное положение, в котором Δϕ = 0, также определяется с погрешностью не более 0,05 мм.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1242885, М.кл. G 01 V 3/18, БИ 25, 1986.

2. Антонов Ю.Н., Жмаев С.С. Имитатор электропроводности среды для аппаратуры электромагнитного каротажа. М. , 1985. - Деп. ВИНИТИ, 18.01.1985, 513-85.

Изобретение относится к промысловой геофизике, а именно к способам и устройствам, предназначенным для поверки аппаратуры электромагнитного каротажа. Технический результат: повышение точности поверки аппаратуры электромагнитного каротажа. Сущность изобретения: устанавливают проводящее кольцо на оси зонда в положение, соответствующее нулевому значению измеряемой разности фаз, между ЭДС, наведенными в измерительных катушках зонда, перемещают кольцо на определенные расстояния, измеряют значение указанной разности фаз после каждого перемещения, сопоставляют измеренные значения с номинальными значениями и по результатам сопоставления определяют качество поверяемой аппаратуры. Устройство содержит проводящее кольцо и конденсатор. Кольцо выполнено из провода высокого сопротивления. В электрическую цепь кольца последовательно включен разъем, с помощью которого кольцо может быть подключено к поверочной установке для измерения комплексного сопротивления кольца. Кольцо снабжено механизмом, обеспечивающим точную установку кольца в нужном положении. 2 c.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ поверки аппаратуры электромагнитного каротажа, включающий установку проводящего кольца на оси зонда, перемещение кольца, отличающийся тем, что кольцо устанавливают в положение, соответствующее нулевому значению измеряемой разности фаз между ЭДС, наведенными в измерительных катушках зонда, при перемещении кольца на определенные расстояния измеряют значение указанной разности фаз после каждого перемещения, сопоставляют измеренные значения с номинальными и по результатам сопоставления определяют качество поверяемой аппаратуры. 2. Устройство для поверки аппаратуры электромагнитного каротажа, содержащее проводящее кольцо и конденсатор, отличающееся тем, что кольцо выполняют из провода высокого удельного электрического сопротивления, в электрическую цепь кольца включен разъем, с помощью которого кольцо может быть подключено к поверочной установке для измерения комплексного сопротивления кольца на рабочей частоте, а кольцо снабжено механизмом, обеспечивающим точную установку кольца в нужном положении.