Устройство для электромагнитного каротажа Советский патент 1983 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в сква хинах, в частности к техническим средствам применяемым для изучения электричес ких свойств горных пород методами электромагнитного каротажа. Известно устройство диэлектричес кого каротажа, включающее в себя трехэлементный зонд с двумя приемными и одной генераторной катушками, генератор высокой частоты, возбуждающий через излу.чающую катушку электромагнитное поле в среде, окружающей зонд, приемные катушки, подключенные к последовательно соединенным высокочастотному и низкочастотному усилителям,гетеродин, пр образователи частоты, блоки для получения сигналов, пропорциональных разности фаз на приемных катушках, а также регистратор измеряемых параметров С 1 1Однако информация о диэлектрической проницаемости исследуемых по род, характеризуемая разностью фаз, . не всегда может быть выделена без привлечения данных других методов каротажа, что снижает точность и оперативность определения искомого параметра. Известно устройство для электромагнитного каротажа, содержагее генератор с излучающей катушкой, две приемные катушки, соответственно подключенные к двум усилителям, нагруженным на измеритель отношения сигналов, и регистратор 2. Измеряемое отношение сигналов сложным образомсвязано с диэлектрической проницаемостью и удельным сопротивлением о среды на высоких частотах. Эти параметры по информации об отношении сигналов также не могут быть точно определены без дополнительной информации об электромагнитном поле в среде. К недостаткам упомянутого устройства относятся низкая производительЯость и необходимость учета влияния проводимости среды по данным других методов каротажа при определении диэлектрической проницаемости пород.

Наиболее близким к предлагаемому является 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 амплитуд принятых сигналов, гетеродин с усилителем, фазометрический блок и регистратор, при этом каждая приемная,катушка под ключена соответственно к одному из усилителей высокой частоты, выходы которых соединены G первыми входами преобразователей частоты, к вторым входам 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 возбуждает в исследуемом пространстве вы.с:окочастотное электромагнитное поле, которое принимают и преобразуют в сигналы высокой частоты приемными элементами зонда. Принятые сигналы усиливают по.высокой частоте, переносят на низкую с последующим усилением по низкой частоте в двух идентичных приемных каналах. С выходов усилителей низкой частоты сигналы поступают на входы блоков измерения отношения амплитуд поля в точках приема и разности фаз, а с выхо дов этих блоков, измеренные характеристики поля подаются на регистратор.

Известное устройство позволяет измерять две характеристики поля: сдвиг фаз сигналов между приемными катушками и отношение амплитуд в точках приема, т.е. в катушках 3.

Недостатки известного устройства заключаются в том, что измеряемые

сигналы, пропорциональные разности фаз и отношению амплитуд принимаемого поля, обладают существенно нели.нейной разрешающей способностью чув ствительностью к диэлектрической прО ницаемости исследуемых пород при

различных их удельных сопротивлениях; которая падает при уменьшении последнего.

На высоких частотах измеряемые известным, устройством сигналы характеристик поля взаимозависимы так, что погрешности измерения каждого из них влияют одновременно на оценки диэлектрической проницаемости и удельнго сопротивления, при этом результат каротажа оказываются отягощенными значительными погрешностями, особенно в низкоомных разрезах.

К недостаткам также относятся низкая оперативность измерений Е в связи с невозможностью отсчета значений непосредственно с каротаж ной диаграммы и необходимость привлечения материалов, полученных другими методами каротажа.

Кроме того, практика геофизических исследований скважин показывает что продуктивные комплексы пород с пониженными значениями удельных сопротивлений (наприг.ер полимиктовые песчаники Западной Сибири и др,)ши роко распространены, что снижает эффективность использования известной аппаратуры по определению диэлектрической проницаемости.

Цель изобретения повытенле производительности труда и оперативности измерений диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивления горных пород.

Поставленная цель достигается тем 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 отноше™ ния амплитуд принятых сигналов, гетеродин с усилителем, йазометрически блок и регистратор, при этом каждая приемная катушка подключена соответственно к одному из усилителей высокой частоты, выходы которых подключены к первым входам преобразователе частоты, к вторым входам преобразовв телей частоты через усилитель подключен гетеродин, выходы преобразователей частоты через усилители низкой частоты подключены к входам блока фо мирования отношения амплитуд принятых сигналов и к двум входам фазометрического блока, дополнительно тзведены блок нелинейного преобразования, фазосдвигающий блок, второй фазометрический блок и два блока умножения сигналов, причем выход блока формирования отношения принятых сигналов подключен к входу блока нелине ного преобразования, выход которого соединен с первыми входами блоков умножения сигн.алов, первый вход первого фазометрического блока соединен с первым входом второго фазометричес кого блока, второй вход первого фазометрического блока подключен к вхо ду фазосдвигающего блока, выход кото рого подключен к второму входу второго фазометрического блока, выходы фазометрических блоков подключены соответственно к вторым входам блоков умножения, выходы которых соединены с входами регистратора. На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -расчетная зависимость па раметров V и W, регистрируемых устройством и зависящих от диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивления исследуемой среды. Устройство содержит генератор 1 , соединенный с излучающим элементом (генераторной катушкой) 2, приемные элементы (катушки 3 и ), подключенные к усилителям 5 и 6 высокой частоты, преобразователи 7 и 8 частоты, гетеродин 9 с усилителем 10, усилите ли 11 и 12 низкой частоты, подключен ные соответственно к преобразователям 7 и 8 частоты, блок 13 формирова ния отношения амплитуд сигналов, под ключенный к выходам усилителей 11 и 12,первый фазометрический блок Ни фазосдвигающий блок 15, подключенные также к выходам усилителей 11 и 12, второй фазометрический блок 16, соединенный с выходом фазосдвигеющего блока 15, блок 17 нелинейного преобр зованйя, подключенный к выходу блока 13,блоки 18 и 19 умножения, входы которых соединены с выходами блоков 17, 1 и 16, а выходы подключены к регистратору 20. Устройство работает следующим образом. Генератор 1 питает током высокой частоты излучающий элемент 2 которы возбуждает в окружающей зонд среде электромагнитное поле. Распространяющееся, в горной породе поле наводит электрические сигналы в приемных элементах 3 и 4, характеризующиеся абсолютными значениями амплитуд ./ , фазовыми сдвигами относительно сигналов генератора ( и (f, 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 частоты и поступают на входы блока 13 формирования отношения амплитуд принятых сигналов, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный параметру/Н2///Н,/,а также на входы фазометрического блока 14, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный синусу половины разности фаз принятых сигналов А У) ((ff, , т.е. , Г ац . „ ; - 1 SiH-:. Фазосдвигающий блок осуществляет сдвиг фазы сигнала на 180, в результате чего на выходе дополнительного фазометрического блока формируется сигнал, пропорциональный сов. Характеристика преобразования сигнала блоком 17 нелинейного преобразования имеет степенную зависимость с показателем степени 0,5, т.е. на выходе этого блока вырабатывается сигнал, пропорциональный |h2 ®// i, входного си гнала/Ьз,///И,/ .Дг« этого вход блока 17 соединен с выходом блока 13 измерения отношения амплитуд, входы которого подключены к выходам усилителей 11 и 12. Сигналь), пропорциональные величинам/Ь // / поступающие на входы блоков 8 и 19 умножения, np iобразуют в параметры V и W, пропорциональные произведениям относительных характеристик поля, т.е. (Ihaif лср . b(f -W/ ) которые обладают требуемыми метрологическими свойствами в отличие от известных измеряемых сигналов характеристик поля. С выходов блоков 18 и 19 умножения сигналы, пропорциональные V и W соответственно, поступают на выходы регистратора и фиксируются в необходимом для дальнейшего использования виде. Дополнительный фазометрический блок 16 может быть идентичным по рабочим параметрам, что и применяемый фазометнительный фазометрический блок 16 может быть иденгицним по рабочим параметрам, ч го и применяемый фазометричеекийблок И. Нелинейный блок 17 преобразования сигналов может быть выполнен на операционном усилителе и.диодных ограничителях, релдизующих с требуемой томностью кусочно-линейную аппроксимацию функции преобразов ания входного си гнала Iliol /bJ в вы wl lЛC/lJ 1 «n -uL ходной |Ь2| /1 1« Блок 18 и 19 умножения сигналов также реализуют на операционных усилителях. Фазосдвигающий блок выполняют, например, в виде инвертора. Из расчетов зависимости регистрируемых устройством параметров V и W от измеряемых ceoitcTB среды - диэлектрической проницамости и удельного электрического сопротивления Р Сфиг.2 видно, что для пластов с удельным электрическим сопротивлением 10 характеристика V практически не зависит от р и прямо пропорциональна измеряемой диэлектрической проницаемоети. Характеристика поля W слабо зависит от Е и пропорциональна р . Поэтому измерение величин V и V/ в условиях низкоомного разреза позволяет измерять значения S ирсреды с заданной погрешностью непосредственно в процессе каротажа. При этом шкала регистратора мэжет быть проградуирована таким .образом, чтобы в низкоомнойчас ти разреза, где характеристика V зависит практически лишь от f , а W от р, измеренные характеристики поля V и V/ указывали непосредственно и р среды. Для этого можно на диаграммной ленте выделить уровень сигнала W, наппример , при превышении которого можно считывать результаты измерений непосредственно в единицах б и р., а ниже этого уровня (W 2i1) интерпретировать по; палатке (фиг.2). Форма зависимости между / и U и электрическими свойствами среды 6 и р(фиг.2) определяется размерами базы зонда (расстояния между приемными эле ментами 3 и ), частотой поля и длиной зонда. На фиг. 2 пример расчетной зависимости соответствует зонду длиной L м, с базойЛ1 0,3 м на частоте возбуждения поля МГц, Следует отметить, что чувствитель. ность устройства к диэлектрической проницаемости в низкоомных породах близка к чувствительности ее в высокоомной части и почти вдвое пре1018 вышает соответствующее значение характеристики в ниэкоомной части. Погрешности измерения харак.теристик V и W в меньшей степени, чем у известных относительных xapairтеристик влияют взаимно на оценки электрических свойств горных пород. Таким образом, введение в устРойство для электромагнитного карот жа нелинейного преобразователя, фаW2 U0 ПЫи Л1лиГ Г-Г -члхчп... зосдвигающего и дополнительного фазометрического блоков, а также блоков умножения сигналов позволяет реализоэать указанный выше алгоритм преобразования известных устройств и выполнять в условиях низкоомного разреза измерение диэлектрической проницаемости и удельного электри ского сопротивления непосредст ° процессе каротажа. Экономическая эффективность от внедрения предлагаемого устройства заключается в расширении диапазона применения метода измерения диэлектрической проницаемости в- низкоомных разрезах, а также в ускорении времени исследований за счет непос редственного измерения величин, прс порциональных , и р пород в низкоомных породах и способствует уменьшению количества случаев пропуска продуктивных пластов. Формула изобретения Устройство для электромагнитного 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 сигналов.,, гетеродин с усилителем, фазометриче кий блок и регистратор, при этом каа дая приемная катушка подключена соответственно к одному из усилителей высокой частоты, выходы которых подключены к первым входам преобразовг/ телей частоты, к вторым входам преобразователей частоты через усилитель подключен гетеродин, выходы преобразователей частоты через усилители низкой частоты подключены к входам блока формирования отношения амплитуд принятых сигналов и к двун входам фазометрического блока, о т личающееся тем, что, с цел повышения производительности труда и оперативности измерений диэлектрической проницаемости и удельного электри ческого сопротивления горных пород, в него дополнительно введены блок нелинейного преобразования, фазосдвигагощий блок, второй фазометри еский блок и два блока умножения сигналов, причем выход блока формирования отношения принятых сигналов подключен к входу блока нелинейного преобразова ния, выход которого соединен с первыми входами блоков умножения сигналов, первый вход первого фазометрического блока соединен с первым бхо дом второго фазометрического блоки, второй вход первого фазометрического блока подключен к входу фазосдвигающего блока, выход которого под181 члючен 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 экспертизе 1.Даев Д. С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин. М., Недра, 197, с. 139-15 2.Заслоноь И. М. Каротаж скважин, основанный на измерении затухания электромагнитного поля. - В сб. Прикладная геофизика, вып. б7. И., Недра, 1972, с. 195-203. 3.Шаров Г. В. Способ измерения относительных характеристик в методах электромагнитного каротажа. Труды ВНИИнефтепромгеофизики . Вып,9. Уфа, 1979, с. 30-35 (прототип).