УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОРОИДАЛЬНОЙ КАТУШКОЙ В ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЕ Российский патент 2016 года по МПК G01V3/28 

Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде (далее - изобретение, техническое решение) относится к области геофизических исследований в нефтегазовых скважинах, а именно к устройствам для изучения электрических свойств горных пород (коллекторов), окружающих скважину, зондами (скважинными излучателями) методом электромагнитного каротажа.

В настоящее время из уровня техники известен ряд устройств-аналогов, наиболее близких к изобретению, из которых прототипом является устройство для измерения бокового удельного сопротивления и удельного сопротивления распространения по патенту РФ №2398112 (дата приоритета: 01.04.2004 года). К числу недостатков прототипа можно отнести следующее:

- электрический ток, протекающий в генераторной катушке не напрямую, возбуждает электромагнитное поле в окружающей среде, часть тока будет подмагничивать тороидальный сердечник (см. фиг. 1, где Ег - генератор э.д.с, Iг - первичный ток, r1 - активное сопротивление обмотки, Ls - индуктивность рассеяния, Lm - индуктивность подмагничивания, Im - ток подмагничивания, Rн, Lн - активное и индуктивные сопротивления нагрузки, Iн - ток нагрузки (указанные величины носят комплексный характер);

- невозможность измерения электрического тока, отдаваемого в нагрузку;

- внешнее давление непосредственно воздействует на сердечники генераторных катушек, что приводит к изменению их магнитной проницаемости;

- технологическая сложность монтажа генераторных катушек и их низкая ремонтопригодность из-за того, что намотку сердечника и обмоток необходимо выполнять в малом объеме проточки неразъемной трубы.

Технической целью (задачей) заявляемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а его техническим результатом - создание устройства для электромагнитного каротажа скважин, обеспечивающего более точное измерение искомых величин и значений, при упрощении конструкции, что положительно сказывается на монтаже и ремонтопригодности устройства.

Поставленная задача достигается тем, что заявляемое устройство, содержащее основание в виде немагнитной проводящей металлической трубы и не менее одной генераторной тороидальной катушки известной конструкции, расположенной соосно вышеуказанному основанию, конструктивно снабжено герметичным корпусом из немагнитного металла, который электрически соединен с основанием, при этом на основании рядом с генераторной тороидальной катушкой размещена измерительная тороидальная катушка, обе катушки установлены внутри корпуса с изолирующим зазором, измерительная тороидальная катушка содержит не менее двух обмоток, одна из которых сигнальная, вторая компенсирующая, при этом к сигнальной обмотке измерительной катушки подключен вход усилителя-преобразователя обратной связи, а к компенсирующей обмотке измерительной катушки - выход усилителя-преобразователя обратной связи (жирным выделены существенные признаки изобретения, отличающие его от прототипа). Именно вышеуказанная совокупность признаков обеспечивает получение изобретением заявленного технического результата.

Изобретение, в своих частных случаях выполнения, характеризуется признаками, указанными в предыдущем абзаце, в совокупности со следующими признаками:

1) Между генераторной и измерительной тороидальными катушками расположен электростатический экран, который электрически соединен с основанием и корпусом устройства;

2) Используются две или несколько генераторных тороидальных катушек, расположенных рядом друг с другом;

3) Генераторная тороидальная катушка расположена между двумя измерительными тороидальными катушками с зазорами, в которых расположены электростатические экраны;

4) Корпус устройства выполнен разборным.

Перечень графических чертежей, поясняющих сущность заявляемого изобретения:

Фиг. 1 - эквивалентная схема возбуждения электромагнитного поля устройства с тороидальными катушками;

Фиг. 2 - электрическая схема обратной связи измерительной катушки;

Фиг. 3 - общий вид конструктивной схемы технического решения.

Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде включает в себя следующие элементы (Фиг. 3): корпус 1, генераторные катушки 2, электростатический экран 3, измерительную катушку 4, основание 5, изолирующее кольцо 6, герметизирующее покрытие 7, усилитель-преобразователь обратной связи (условно не показан), генератор сигнала (условно не показан), блок измерительной аппаратуры (условно не показан).

Корпус 1 предлагаемого устройства выполнен в виде разборной полой трубы заданного диаметра герметичным из немагнитного металла.

Генераторные катушки 2 соосно размещены на основании 5, представлены тороидальными катушками общеизвестной конструкции с ферромагнитным сердечником.

Электростатический экран 3 расположен между одной из генераторных катушек 2 и измерительной катушкой 4, электрически соединен известным образом с основанием 5 и корпусом 1.

Измерительная катушка 4 соосно размещена на основании 5 с заданным расстоянием от генераторных катушек 2, представлена тороидальной катушкой общеизвестной конструкции с ферромагнитным сердечником.

Основание 5 представлено в виде единой полой металлической трубы заданного диаметра из немагнитного проводящего металла. Закреплено известным образом внутри корпуса 1.

Изолирующее кольцо 6 представлено замкнутым керамическим кольцом, закрепленным заданным образом на корпусе 1.

Герметизирующее покрытие 7 выполнено в виде замкнутого резинового кольца, закреплено на корпусе 1 и конструктивно предназначено для герметизации основных узлов заявляемого изобретения внутри данного корпуса.

Заявляемое устройство работает следующим образом: на обмотку генераторных катушек 2 подается переменный электрический ток с генератора сигналов (условно не показан), посредством чего в окружающей среде возбуждается переменное электрическое поле, проникающее на достаточную для исследования глубину. Затем блоком измерительной аппаратуры (условно не показан) производят измерение электрического тока на выводах измерительной катушки 4. При этом электрический ток в сигнальной обмотке Wc измерительной катушки 4 (фиг. 2) пропорционален электрическому току, протекающему по основанию 5. Электрический ток в компенсирующей обмотке Wk измерительной катушки 4 (фиг. 2), создаваемый усилителем-преобразователем обратной связи А1, равен по величине электрическому току в сигнальной обмотке Wc измерительной катушки 4 и противофазен ему. Напряжение на выходе усилителя-преобразователя А1 будет пропорционально току, протекающему по основанию 5. За счет протекания двух одинаковых противофазных электрических токов в двух обмотках измерительной катушки 4 ее влияние на падение напряжения на основании 5 минимизируется.

Изобретение относится к области геофизических исследований в нефтегазовых скважинах, а именно к устройствам для изучения электрических свойств горных пород (коллекторов), окружающих скважину, методом электромагнитного каротажа. Технический результат: повышение точности измерений при упрощении конструкции. Сущность: устройство содержит основание в виде немагнитной проводящей металлической трубы и не менее одной генераторной тороидальной катушки конструкции, расположенной соосно основанию, и снабжено герметичным корпусом из немагнитного металла, который электрически соединен с основанием. На основании рядом с генераторной тороидальной катушкой размещена измерительная тороидальная катушка. Обе катушки установлены внутри корпуса с изолирующим зазором. Измерительная тороидальная катушка содержит не менее двух обмоток, одна из которых сигнальная, вторая компенсирующая. К сигнальной обмотке измерительной катушки подключен вход усилителя-преобразователя обратной связи. К компенсирующей обмотке измерительной катушки подключен выход усилителя-преобразователя обратной связи. Между генераторной и измерительной катушками расположен электростатический экран, который электрически соединен с основанием и корпусом устройства. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде, содержащее основание с соосно расположенной на нем генераторной тороидальной катушкой известной конструкции, отличающееся тем, что снабжено герметичным корпусом из немагнитного металла, который электрически соединен с основанием, при этом на основании рядом с генераторной тороидальной катушкой размещена измерительная тороидальная катушка, обе катушки установлены внутри корпуса с изолирующим зазором, измерительная тороидальная катушка содержит не менее двух обмоток, одна из которых сигнальная, вторая компенсирующая, при этом к сигнальной обмотке измерительной катушки подключен вход усилителя-преобразователя обратной связи, а к компенсирующей обмотке измерительной катушки - выход усилителя-преобразователя обратной связи.

2. Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде по п. 1, отличающееся тем, что между генераторной и измерительной тороидальными катушками расположен электростатический экран, который электрически соединен с основанием и корпусом устройства.

3. Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде по п. 2, отличающееся тем, что используются две или несколько расположенных рядом генераторных тороидальных катушек.

4. Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде по п. 2, отличающееся тем, что генераторная тороидальная катушка расположена между двумя измерительными тороидальными катушками с зазорами, в которых расположены электростатические экраны.

5. Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде по п. 2, отличающее тем, что корпус выполнен разборным.