УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ КАРОТАЖА В РУДНЫХ СКВАЖИНАХ Российский патент 2012 года по МПК G01V3/18 

Устройство относится к геофизике и предназначено для определения физических свойств горных пород, полей и пространственного положения рудных скважин за одну спуско-подъемную операцию. Проведение комплексных измерений связано не только с экономией средств, но и с тем, что при исследовании скважин в условиях вечной мерзлоты или большой нарушенности горных пород проведение измерений двумя, тремя приборами зачастую просто невозможно из-за замерзания или обрушения скважины. Кроме того, выбор оптимального комплекса методов при одновременных измерениях имеет принципиальное значение.

Известно устройство [1], служащее для проведения каротажа в рудных скважинах. Недостатком устройства является то, что оно не предназначено для измерения электрических параметров горных пород, температуры и естественной радиоактивности.

Известно устройство [2], служащее для проведения комплекса магнитных исследований скважин. Недостатком данного устройства является невозможность измерения электрических параметров горных пород, температуры и естественной радиоактивности. Кроме того, требуется трехжильный каротажный кабель и измерение магнитной восприимчивости производится за отдельную спуско-подъемную операцию.

Наиболее близким техническим решением к предложенному изобретению является аппаратура [3], содержащая в скважинном приборе три взаимоортогональных жестко закрепленных феррозонда и систему из трех акселерометров, измерительную схему магнитометра, аналого-цифровой преобразователь, регистр, блок управления, блок магнитной восприимчивости. Недостатком данного прибора является то, что он не предназначен для измерения температуры, естественной радиоактивности и электрических параметров горных пород и руд.

Задачей нового устройства является измерение комплекса физических параметров, включающих магнитную восприимчивость, данные инклинометрии, компоненты магнитного поля, кажущееся сопротивление, электрический потенциал, кажущуюся поляризуемость, естественную радиоактивность и температуру за одну спуско-подъемную операцию в непрерывном режиме. Использование устройства для проведения каротажа позволит повысить эффективность каротажных работ за счет измерения дополнительных физических величин в стволе скважины. Кроме того, использование нового устройства для проведения каротажа в рудных скважинах будет иметь значительный экономический эффект, за счет сокращения времени проведения измерений в скважине.

Устройство для проведения каротажа рудных скважин содержит в скважинном приборе блок из трех взаимоортогональных феррозондов, блок взаимоортогональных акселерометров, блок магнитной восприимчивости, первый, второй, третий коммутаторы, измерительную схему магнитометра, первый аналого-цифровой преобразователь интегрирующего типа, регистр сдвига, управляемый выходной каскад с модулятором, блок управления, отличающийся тем, что в него дополнительно введены датчик температуры и блок гамма-каротажа с выходом на постоянном токе, соединенные с входами третьего коммутатора, четырехэлектродный зонд электрического каротажа, управляемый усилитель, генератор трехступенчатого импульса, резистор, четвертый коммутатор, второй быстрый аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, причем генератор трехступенчатого импульса соединен через резистор с двумя электродами зонда А-В, вторые два электрода зонда M-N подключены через четвертый коммутатор к дифференциальному входу управляемого усилителя, выход которого соединен с входом второго быстродействующего аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к микроконтроллеру, а управляющий вход микроконтроллера соединен с выходом блока управления, причем выходы микроконтроллера подключены к управляющим входам генератора трехступенчатого импульса, четвертого коммутатора, управляемого усилителя, аналого-цифрового преобразователя и управляемого выходного каскада.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для проведения каротажа в рудных скважинах.

На фиг.2 представлена временная диаграмма последовательности измерительных каналов устройства.

На фиг.3 представлены эпюры напряжений на электродах А-В, M-N.

Устройство содержит:

блок из трех взаимоортогональных феррозондов x, y, z - 1,

блок взаимоортогональных акселерометров U1, U2, U3 - 2,

блок магнитной восприимчивости æ - 3,

первый коммутатор - 4,

второй коммутатор - 5,

третий коммутатор - 6,

измерительную схему магнитометра - 7,

фильтр нижних частот - 8,

аналого-цифровой преобразователь интегрирующего типа - 9,

регистр сдвига - 10,

управляемый выходной каскад с модулятором - 11,

генератор модулирующей частоты - 12,

блок питания - 13,

одножильный бронированный кабель - 14,

блок управления - 15,

датчик температуры - 16,

блок гамма-каротажа с выходом на постоянном токе - 17,

четырехэлектродный зонд электрического каротажа - 18,

управляемый усилитель - 19,

генератор трехступенчатого импульса напряжения - 20,

резистор - 21,

четвертый коммутатор - 22,

быстродействующий аналого-цифровой преобразователь - 23,

микроконтроллер - 24.

Устройство работает следующим образом: прибор взаимодействует с цифровым каротажным регистратором, например, «Вулкан». Связь скважинного прибора с каротажным регистром осуществляется при помощи одножильного каротажного кабеля 24, по которому также подается напряжение питания скважинного прибора на блок 16. Устройство работает с временным разделением каналов за 25 тактов длительностью 40·10^-3 сек. Цикл измерений составляет 1 сек. Синхронизация принимаемой информации цифровым каротажным регистратором осуществляется в момент паузы в ее передаче в течение заданного интервала времени. В первый и второй такты работы устройства управляемый выходной каскад 13 не передает сигналов информации в каротажный кабель. В третий - двенадцатый такт к входу аналогово-цифрового преобразователя 11 через коммутатор 10 подключаются поочередно напряжения с выходов измерительной схемы магнитометра 8, фильтра нижних частот 9 и аналоговые выходы термометра 4 и блока гамма-каротажа с выходом на постоянном токе 5. Передача информации регистром 12 в управляемые выходной каскад и далее кабель осуществляется в моменты окончания соответствующего такта, что отмечено на диаграмме фиг.2, где U0 - служебная постоянная, χ - магнитная восприимчивость, Z - осевая составляющая вектора геомагнитного поля, U1, U2 и U3 - проекции вектора силы тяжести, X и Y - ортогональные к Z горизонтальные составляющие вектора геомагнитного поля, t - температура, γ - интенсивность естественного гамма-излучения, Uшунт - напряжение на постоянном шунте 50 Ом в импульсе тока, между электродами А-В, Uпр+, Uпр- - напряжения на электродах M-N в моменты 15 и 55 мсек после включения импульса на электродах А-В.

После окончания 12 такта на выходе блока управления 15 (вых. а) появляется потенциал, который подается на управляющий вход микроконтроллера 23 (вход б). В тринадцатый и четырнадцатый такты блок 23 включает генератор трехступенчатого импульса 17, выходное напряжение которого подается на электроды А-В зонда 19. С электродов M-N снимается напряжение, которое подается на коммутатор 20.

Длительность переходного процесса на электродах M-N характеризует поляризуемость среды. Коммутатор 20 подключает к входам усилителя 21 так же напряжение с резистора 18, которое пропорционально току между электродами А и В. Это напряжение, а также амплитуда напряжения на электродах M-N может меняться в очень широких пределах, поэтому микроконтроллер 23 управляет коэффициентом усиления блока 21. Выходное напряжение усилителя 21 поступает на вход второго быстрого аналого-цифрового преобразователя 22. Моменты включения блока 22 после прихода переднего фронта импульса напряжения на электродах А-В приведены в таблице 1.

Таблица 1 № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Т, мс 15 20,1 20,2 20,45 21 22 24,5 30 39   № 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Т, мс 55 60,1 60,2 60,45 61 62 64,5 70 79

Выходные коды блока 22 поступают в память микроконтроллера, после чего производятся необходимые вычисления, формируется последовательный код в формате интерфейса RS232C и через заданные интервалы времени этот код поступает на вход управляемого выходного каскада 13 и далее на кабель 24.

Таким образом, использование устройства для проведения каротажа в рудных скважинах позволяет измерять 21 физический параметр по стволу скважины в непрерывном режиме.

Источники информации

1. В.Н.Пономарев, Ю.Г.Астраханцев, А.Г.Гритчин и С.Д.Созонтов. Комплексный каротажный магнитометр. А.с. 911420, МКИ G01V 3/18.

2. Магниторазведка. Справочник геофизика /Под ред. В.Е.Никитского, Ю.С.Глебовского - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990. - С. 238-243.

3. Ю.Астраханцев, Н.Белоглазова. Аппаратурно-программный комплекс для непрерывной инклинометрии нефтяных и газовых скважин. Практика приборостроения. Ежеквартальный научно-технический и производственный журнал №1 2003 г., г.Екатеринбург.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения каротажа на рудных скважинах. Технический результат - повышение эффективности каротажных работ. Для достижения данного результата устройство содержит датчики магнитного поля, датчики определения ориентации и магнитной восприимчивости, блок управления и систему для обработки информации. При этом на основе использования дополнительных датчиков и измерительных блоков предоставляется возможность за одну спускоподъемную операцию измерять естественную радиоактивность, температуру, вызванную поляризацию среды на восьми временах спада электрического поля, и кажущееся сопротивление, с использованием одножильного кабеля и передачей информации непосредственно в каротажный регистратор, что существенно удешевляет каротаж скважины и уменьшает время на проведение каротажных работ. 3 ил., 1 табл.

Устройство для проведения каротажа рудных скважин, содержащее в скважинном приборе блок из трех взаимоортогональных феррозондов, блок взаимоортогональных акселерометров, блок магнитной восприимчивости, первый, второй, третий коммутаторы, измерительную схему магнитометра, фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь интегрирующего типа, регистр сдвига, управляемый выходной каскад с модулятором, генератор модулирующей частоты, блок питания, одножильный бронированный кабель, блок управления, отличающийся тем, что в него дополнительно введены датчик температуры и блок гамма-каротажа с выходом на постоянном токе, соединенные с входами третьего коммутатора, четырехэлектродный зонд электрического каротажа, управляемый усилитель, генератор трехступенчатого импульса, резистор, четвертый коммутатор, быстрый аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, причем генератор трехступенчатого импульса соединен через резистор с двумя питающими электродами зонда (АВ), вторые два приемных электрода (MN) подключены через четвертый коммутатор к дифференциальному входу управляемого усилителя, выход которого подключен к микроконтроллеру, а управляющий вход микроконтроллера соединен с выходом блока управления, причем выходы микроконтроллера подключены к управляющим входам генератора трехступенчатого импульса, четвертого коммутатора, управляемого усилителя, аналого-цифрового преобразователя и управляемого каскада.