Способ электромагнитного каротажа и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01V3/18 

1,1

Изобретение относится к способу электромагнитного каротажа и устройству для его осуществления, а именно к исследованию земных формаций с помощью электромагнитной энергии и, в частности к способу и устройству для определения диэлектрических свойств подповерхностных формаций посредством пропускания через них электромагнитной энергии,

Известны различные способы измерения диэлектрической постоянней или диэлектрической проницаемости подповерхностных формаций, В результате проведенных исследований установлено, что диэлектрическая постоянная различных материалов земных фор лаций колеблется в ширисих пределах (например, 2,2 для нефти; 7,5 для известняка и 8О для воды) и что измерение диэлектрических свойств можно использовать для оценки этих формаций. Например, если посредством способа каротажа скважины определены, литология и степень насыщения водой какой-либо формации, то пористость этих формаций может быть установлена посредством измерения диэлектрической постоянной данного материала. Подобным образом, если заданы в качестве известных данных литшогия и пористость, то путем измерения диэлектрической постоян 1ой данной формации можно определить степень насыщения ее водой.

Известен способ измерения диэлектри-ческрй постоянной или диэлектрической проницаемости подповерхностных ф рмаций i .

Известные устройства для регистрации диэлектрических постоянных земных формаций в Яровых скважинах не позволяют получить надежных результатов по ряду причин. Рассмотрим общую при роду диэлектрической постоянной материала с большими потерями, которую мсвкн представить в виде кся Ш1ексной величины

6 . Вещественная часть в этом равенстве представляет собой истинную вели чину диэлектрической постоянной ддя материала без потерь, т,е, величину, получаемую в результате измерения раснрость ранения токда для конкретного электрдаческого поля в материале, не вносящем, потерь. Мнимая часть данного paBeHcivва представляет собой коэффициент потерь для данного материала, т.е. по/ 62J

терь, обусловленных эффектами проводимости и отражения. Большая часть Известных способов основана на измерении величины для какой-либо подповерхностной формации. Однако материалы подповерхностных формаций обладают существенной проводимостью и, следовательно, имеют значительный коэффициент потерь С , величина которого зачастую превышает значение .В результате получение точных значений величины в значительной мере искажается наличием существенного коэффициента потерь..

Наиболее близким к данному является способ электромагнитного каротажа, в котором электромагнитную энергию возбуждают в окружающих формациях для образования в них вторичной волны, предусматривающей измерение скорости распространения электромагнитной энергии сквозь данную часть окружающих формаций, при этом скорость является показателем параметров земных формаций 2 .

Проводимость исследуемой формации устанавливалась посредством косвенного измерения тсящины скин-слоя в поперечном направлении данной формации, которая поясняется следующим образом. Напряженность магнитного пояя Hg на расстоянии z f при больщих значениях Z , от передатчика выражается следующим образом

«z-Wo stHn, (

6 - представляет собой основание натуральных логарифмов,

j - мнимая единица;

Нр - напряженность магнитного поля у передатчика)

8 - тшщина скин-слоя, определяемая как

Й

r2j

UJ(U6 СО - круговая частота (в радианах) сигнала передатчика; jU - магнитная проницаемость исспейуемой формации, в общем считаемая постоянной, 6 - проводимость формации. добное уравнение может быть запии для диэлектрического поля. Урав(1) указывает на то, что электро310магнитное nwie ямяется заг/хаюшим, а его фаза сдвигается по мере увеличения расстояния 2 , т ..е. по мере pacnpoci ранения электромагнитной энергии в исследуемых формациях. Величина сдвига фазы выражается членом t а степень осяаблет1я поля выражается .членом - Z/S . Составной член х (,d+ ) нЬсиг название постоянной распространения, при этом член 1/8 называется постоянной затухания, а член - постоянн1й фазы. Постоянная затухания и фазовая постоянная имеет одинаковые значения, вследствие чего толщина скин-слоя может быть определена либо путем измерения i величины затухания, либо путем измерения фазы. Для вычисления затухания тре буется измерить величину электромагнит ной энергии в пунктах приема, расположенных на расстоянии Д друг от друга в данной формации. Измеренные амплитудные значения в двух пунктах приема, обозначаемые как AJ и А , используются для вычисления толшины скнн-слоя в соответствии со сле/ кшшм соотношением: V дС С другой стороны, для вычисления голшины скин-слоя используется раэвосгь фаз сигналов, измеренная для двух отдельно расположенных точек приема, которая обозначается .как и вычнспяется в соответствии с таким соотношением .Р. Зная S I проводимость формации мо но вычислить, пользуясь равенством (2) Указанный способ основан на предположении, что постоянные фазы и засуха- ния электромагнитной энергии по сущесг ву равны. Лля такого предположения справедливо следующее где 5 - представляет собЫ1 диэлектри ческую постоянную материала, через который распространяется электромагнитна волна. Величинаб/О , известная как тангенс угла потерь, представляет собсА отнсииение потерь токов проводимости к 624 току смещения. Тангенс угла потерь, мера относительного уменьшения проводимости, способствует члену коэффициента потерь 6 . Таким образом, если величина 6 имеет существенное значение, а рабочая частота относительно низкая, постоянная распространения электромагнитного колебания мало зависит от истинной величины диэлектрической постоянной иссле| емого материала. Это видно следует из уравнения (2), которое не отражает зависимости от диэлектрической постоянной, и результирующего выражения для постоянной распространения i 1 (1 + j ) Известный способ реализован устройством, содержащим опорную стойку, установленную в ровий скважине, средства введения электромагнитной энергии в окружающие формации, распространенные на опорной стойке, передающую антенну, первую и вторую приемные антенны, установленные в пространственной связи по отношению к средствам введения электромагнитной энергии и на заданном расстоянии по отнгялению к окружающей формации, при этом средства введения эдектромагнитнЫ энергии соединены с приемными антеннами, и устройство для измерения скорости распространения электромагнитной энергии через данчую часть окружающих формаций, причем измеренная скорость является показателем параметров земных формаций. Цель изобретения - увеличение точности измерения диэлектрический постоянной исследуемых формаций. Указанная цель Достигается тем, что согласно способу элекгр« 1агнитного каротажа, при котором электрсллагНитную энергию возбуждают в окружающих формациях для образования в них вторичной волны, включакяцему измерение скорости распространения электромагнитный энергии сквозь данную частьокружающих формаций, когда скорость являет ся показателем параметров земных формаций, возбуждают электромагнитное попе в области сверхвысоких частот, а именно в диапазоне 500 Mm - 2 ГГц или предпЬчтигельно на частоте 1,1 ГГи+ + 0,1 rtu. В устройстве для осуществления способа, содержащем опорную ст1Йку, установленную в буровой скважине, средства введения электромагаитнс энергии в окружающие формации, расположенные на опорной стойке, передающую, первую

и вторую приемные антенны, усгановлоИные в просгрансгвенной связи по oriio- шонию к средствам введения электроматнитной энергии и на зада1шом расстоянии но отношению к окружающей формации,

причем средства введения электромагнитной энергии соединены с приемными антеннами, и устройство для измерения скорости распространения электромаг- нитной энергии через данную часть окружаюишх формаций, являющейся показателем параметров земных формаций, средства введения электромагнитной энергии содержат источник сверхвысоких частот,

На фиг, 1 схематически изображена блок-схема устройства, реализующего cnoco6j на фиг, 2 и 3 - в упрошенной форме характер распространения электромагН5 тной поперечнсй всэтны в формации; на фиг, 4 - то же, в зоне чистой формaции на фиг, 5 - б«лок-схема устройства фиг, 1, на фиг, 6, - блок-схема устройства показанного на фиг, 5 для . сравнения амш1И1уд, на фиг, 7 - блоксхема вычислительного модуля, показанного на фиг, 1 и 5; на фиг, 8 - вид сбоку на прижимную поверхность подушки, показанной на фиг, 1 и 5; на фиг,9. разрез А-А на фиг 8 в увеличенном масштабе,} на фиг, 10 - блок-схема для вычисления пористости, представляющей часть вычислительного модуля, изображенного на фиг, 5; на фиг, 11 блок-схема устройства, представляющего собой второй вартант изобретения на фиг, 12 - прижимная подущка, поясняющая природу электромагнитной волны, измеряемой устройством, показанным на фиг, 11; на (jMir, 13 - группа графиков, на которых показаны различные формы сигналов, имеющих место в подсистеме устройства, показанного на фиг, 11

Прежде всего, слеаует рассмотреть плоскую электромагнигную волну, распросгран$пошуюся в диэлектрической среде без потерь. Указанная волна распросг раняется со скоростью

ную П1х:тоян 1ую величину, в этом случае можог быть определена из следующего соогношения

1

Следует рассмотреть две точки, расположенные на фиксированном расстоянии друг от друга вдоль направления распространения электромагнитной волны. Для заданного значения угловой частоты и) разность фаз волны между указанными двумя точками определяется следующим равенством

.

где L - расстояние между данными

двумя точками,

|i - фазовая постоянная волны,

равна f г (О / V , Делая подстановку из уравнения (3 ) можно видеть, что может быть получена после определения фазовой постоянной из соотношения /2 ,

следующим образом

Р

(4)

(

СОСоответствующее выражение, использую щее измеряемую фазу между двумя точками, .имеет вид

Р

(5)

Co LZfU

Приведенные соотношения справедивы для материала без потерь, однако исследуемая подповерхностная среда в общем случае обладает существенной проводимостью. Постоянная распространения Y плоской электромагнитной волны, распространяющейся в среде без потерь, представляет собой комплексную величину вида

()

где |U - магнитная проницаемость, , - диэпекгрическая постоянная

данной среды,

Если исследуемый материал в общем случае является немагнитным материалом, то (U можно рассмагривагь как иавесг(6)

Jf СО т(и где 6 - приводимость среды,

Если величина б / со значительно больше 1, то постоянная распространения уменьшаетс;я до величины, определение которой производится , как показано при описании области изобретения. Для слу-чая, когда 6 равна нулю или очень VI. мала, членом гапгенс угла потерь можно пренебречь (6/ (о ), вследствие чего получится, что Jf Р (.) л/ (U , что имеет место для уравнения (4) для случая, когда рассмагриваегся материал без потерь. Если (э представляет собо значительную величину, го тангенс угла потерь может быть относительно небольшим при очень больших значениях со Лля этих случаев опять приближенно справедливо равенство (4). Например, если 6 / (об 0,2 , то вычисление П1 уравнению (4) дает ощибку только О,5% по сравнению со случаем, когда /ы е о. Существуют практические пределы для выбора значений высокой частоты, которая может быть использована для осуществления значимых измерений в бурОвс скважине. Так, например, для формаций, обладающих значительной проводимостью, применение наиболее высоких частот, используемых на практике, может привес ти к значительно1лу возрастанию тангенса угла потерь, который, если им пренеб речь, приводит к ошибке измерения дейс вительной величины диэлектрической постоянной. В данном варианте производимые измерения автоматически корректируются с учетом тангенса угла потерь Лля наглядного пояснения производимой коррекции вещественную и мнимые части достоянной распространения удобно представить соответственно как 5 и о(, .В таком случае эта величина запишется следующим образом r-( (7) где 06 - величина, зависящая от затухания волны или от потерь. Следует обратить внимание на то, чт постоянная распространения используется в волновом уравнении в виде j Jf , вследствие вещественная часть постоянно распространения становится мнимой частью данной экспоненты и наоборот. Возведя в квадрат уравнения (6) и (7) и приравняв друг к другу их вещес№ен ные части, можно получить следующее р -ос ресо. (8) Теперь, если величину взять из уравнения (4) и заменить ее на откорре тированное значение ( к.р ) которое учитывает имеющиеся потери, то можно получить . (9) в28 Из уравнения (8) видно, что соответствующая величина /9 ко ропредоляегся так f3. (o) в варианте воплощения данного изс рете- ния величины jp и об , входящие в уравнение (10), являюгся измеряемыми величинами, причем величина В опре деляегся посредсгеом измерения скорости или фазы, а ot - путем измерения затухания. Требуемое значение /3 ор определяют затем, используя уравнение (1О). Скомпенсированное значение диэлектрической постоянной вычисляет ся из уравнения (9), Принимая во внимание приведенное представление диэлектрической постоянной в виде комплексной величины ( 6 6Ч j е ), можно заметить, что значение диэлектрической постоянной, определяемой данным способом, соответствует , т.е. диэлектрической постоянной исследуемого материала, не вносящего потерь. .Устрсйство для осуществления способу представлено на фиг. 1, имеет опорную стойку 1, выполненную в виде несущего цилиндрического элемента, установленную в буровой скважине 2, средства введения электрсшагнитной энергии 3 в окружаю щие формации 4, расположенные на опорной стойке, первую и вторую приемные антенны 5,6, распсиоженные на опорнЫ) ,устаноШ1енные в пространственной связи по отн(Ш1ению к средствам введения электромагнитнЫ) энергии и на опредеденнщъ расстоянии (жружающей формации друг от друга, при этом средства введения электромагаитной энергии соединены с П ря1емными антеннами и yciw ройством для измерения скорости распространения электрсыагннтной энергии 7 через данную часть шсружаюших формаций, причем измеренная скорость является показателем параметров земных формаций, а средсгва введения электромагнитной энергии содержат источник сверхвысоких частот 8« Данное устрЫ1ство предназначено для исследования подповерхностных формаций, пересекаемых буровой скважиной 2. Буровая скважина обычно заполняется промывочнсЛ жидкостью для -бурения кпн буровым раствором, содержащим мелко измельченные твердые частицы, образующие суспензию. УстрсЛсгво для исследования (зонд) или регистрирующее усгройсгво 9, его длина по существу определяет относительную глубину погружени устройства 9, Регулирование длины кабеля осуществляется соответствуюищм средством, расположенным на поверхности, например с помощью барабана или лебедки (не показаны). Регистрирующее устройство на фиг. 1 имеет продольный цилиндрический несущий элемент 1, внутренняя часть которо го выполнена в виде непроницаемого для жидасости корпуса, в котором размещаетс погружаемая электронная аппаратура, К несущему элементу Д крепятся две дуг образные пружины 11 и 12, К пружине 11 крепится подушка-башмак 13, содержит передающую антенну Т и вертикально расположенные на некотором расстоянии друг от друга приемные ан- тенны 5 и 6. К П1ужине 12 крепится дополнительная подушка 14, не язвияюшая ся активной подушкой, которая предусмот рена для обеспечения центровки по верти кали регистрирующего устройства 9 внуг ри данной буровой скважины. При димости, однако подушка 14 может содержать электроды шш подобвлзе дополнительное средство, предназначенное для исследования окружакадей,формации. Электронные сигналы, содержащие информацию, полученную регистрирующим устройствгал, передаются по кабелю к вычислительному модулю 15 и записывающему устройству 16, распсиоженным на поверхности земли. Устной- ство, показанное на фаг, 1 и предназначенное для обеспечения соприкосновения антенны со стенкой буровЫ) скважины, носит иллюстративный характер, в связи с чем следует иметь в виду, что для этой цели возможно испапьз(жание других средств, например гидравлического средства. На фиг, 2 и 3 в упрощенной форме представлен характер распространения электромагнитной волны, параметры которой измеряются устройством, П1Йазанным на фиг. 1, Подушка 13 (фиг. 2) расположена напротив стенки буров«Л скважины 2, причем пространство между ними заполняется промывочной для бурения 17. В общем случае давление жидкости в формациях, пересекаемых буровЫ) скважинсЛ, меньше гидростатического давления столба раство ра, находящегося в бур1жой скважине, вследствие чего бУРОВой раствор н его фильтрат в Некоторой степени проникают в формации. Последние задерживают мелкие частицы, образующие суспензию в буровом растворе, в результате чего на стенках буровой скважины отлагается твердая буровая масса. Толщина ее шре- дяется параметрами формации, например проницаемостью, но на стенке буровий скважины всегда имеется по меньшей мере очень Лзнкий слой твердой буровой массы. Как показано на фиг. 2, подушка 13 контактирует с твердой массой 17, показанной для большей наглядности в увеличенном масштабе. Передающая антенна Т излучает микреьволновую элек ромагнитную энергию в исследуемую формацию (показано стрелкой А), Для вьшснения характера движения данной волны в направлении npieM- НИКОВ следует рассмотреть фиг, 3 , на которой изображена поверхность раздела 18 между нижней областью с потерями, диэлектрическая постоянная которсй рав- .на &{ , и верхней областью без потерь, диэлектргческая постоянная которсй Е . Известно, что энергия, распространяющаяся от источника 5 , представляющего собой возбужденный диполь, в пункт наблюдения О, йосит название поверхностной волны,которая состдат из трех основных воян: прямой,1 отраженны и пшеречной, что показано на фиг. 3, Пшеречная волна составляет основную часть даннгало поля и распотожена рядом с поверхностью раздела, особенно когда расстояние между точками S и О велико по сравнению с их cooi ветствуюшими расстояними от данной поверхности раздела. Поперечная волна начинается у источника в среде с потерями и распространяется в виде луча к поверхносга раздела в направлении, шределяемом величиной критического угла, который определяется следующим образом5, Данная волна распространяется вдоль границы в среде без потерь, при этом ежа постоянно теряет энергию, рассеивающук ся в средь с аогеряг ш. Пршмая и отраженная волны ограничены средой с потерями. Скорость затузшния этих аопн сяисывается экспонентной, причем она превышает алгебраическую скорость, с которсй приисходиг затухание поперечной волны.

1)1.О8

Принципы идос.шизириван ой си1уации, показанной на фиг. 3, могут быть испоньзованы для случая, когда верхнее попупросгрансгво предсгавпяег собой среду с низкими потерями, что справеш1иво

при условии, если диэлектрическая постоянная верхнего полупространства меньше диэлектрической постоянной нижнего псяупространсгва. Необходимым условием возбуждения потеречных всин для устройства показанного на 4иг. 2, в обшем случае является использование бурового раствора на водной основе. Они имеют относительно высокую проводимость, вследствие чего образующиеся из них отложения буровой массы должны иметь относительно высокую диэлектрическую постоянную (благодаря большому содержанию воды), как и относительно высокую проводимость. Таким образом, твердую буровую массу можно рассматривать как нижнее полупространство с большими потерями, а смежную формацию - как верхнее псиупространство с (тноситепьно низкими потерями. Поскольку предполагается, что ,диэлектрическая постоянная твердой буровой массы значительно выше диэлектрической постоянной смежной формации , величина кригаческого угла {т.е. угла, под которым энергия поперечнсй волны входит в формацию) будет относительно небольшой.

Поперечная волна, распространяющаяся в формации, представлена на фиг. 235

стрелкой В, а ее продшжение - стрелкой С. Псшеречная волна непрерывно теряет часть своей энергии, раосеиваюшейся в среде с большими потерями, при этом отдельные количества ее энергии, пос1упаюцше на участки расположения приемников 5 и 6, обозначены соотвег- ветственно стрелками J и Е. Если предположить, что расстояния, представленные стрелками D и Е, по существу равны друг Другу, то можно видеть, что разность между расстоянием, соотвегсгвующим пути прохождения энергии, поступающей в приемник 5 (путь A-B-J)), и расстоянием, соотве.тствующим пут 0 прохождения энергии, пос1упающей в приемник 6 (путь А-Б-С-Е), равна расстоянию, представленнок стрепк Л С, т.е. расстоянию между указанными приемниками энергии. В соогвегсгвии 55 с этим для исследования участка фораиапии, расположенного напротав участка между приемниками 5 и 6, можег быгь

0212

использован приемник разнсютиых сигналов.

Для упрощения на фиг. 2 показана вымываемая зона или зона проникновения, которая окружает твердую буровую массу в буровой скважине. Как известно зона проникновения содержит жидкости, проникающие из бурового раствора, который фильтруется через твердуйэ буровую массу и проникает в окружающие формации. Глубина такой зоны проникновения в общем случае различна к колеблется примерно от 2,54 см до нескольких десятков сантиметров, что зависит от таких факторов, как связующие св1Лства бурового раствора и литологии формаций. Если глубина зоны проникновения относительно велика, наприме 30 см или более, то поперечная волна в общем случае проходит через эту зону так же, как показано на фиг. 2 , Диэлектрическая постоянная, определяемая регистрирующим устройством, представляет собой, таким образом, диэлектрическую постоянную проницаемой формации,, в результате чего данная информация может быть использована совместно с другими данными для определения таioax параметров исследуемой формации, как пористость или литология. Если глубина зоны проникновения относительно небольшая, например порядка 5 см, то значительная поперечная волна может образоваться в чистой формации, расположенной за .пределами зоны проникновения. Этот случай представлен в упрощенном виде на фиг. 4. При использовании бурового раствора ла водной основе жидкость, содержащаяся в зоне проникновения 19, обуславливает существенно более высокую проводимость данной зоны и бопее высокую диэлектрическую постоянную по сравнению с аналогичными показателями для чистой формации. По этой причине показанную на фиг. 4 зону проникновения 19 можно рассматривать как нижнее полупространство с большими потерями, а смежную чистую формацию как верхнее полупространство с относительно низкими потерями, что аналогично показанному на фиг. 3. Тйким образом, .псшеречная волна можег быть образована в чистой формадии по границе с зоной проникновения, что показано стрелкой 20

Для того, чтобы в чистой формации ддя случая, показанногр на фиг. 4, образовать значительную потеречную волну, расстояние между Т и 5 должно ть 13-1 большим по сравнению с глубиной проникновения. Существуют практические пределы максимального расстояния между передатчиком и приемниками, используемыми в устройстве данного типа. Кроме того, если в чистой формации образуется значительная поперечная всина, то в зоне проникновения по границе с твердой буровой массой может образоваться вторая поперечная волна, показанная на фиг. 4 пунктирной стрелкой21. Наличие двух возможных поперечных волн связано с проблемой представления результатов исследования. Вследствие указанных причин в предпочтительном ва- is рианте расстояние между передатчиком и приемником выбирается относительно небольшим, при этсм значительная поперечная волна воздается только по границе формации, наиболее близко распояоженнЫ к твердой буровой массе, т.е. в пределах зоны проникновения. На фиг. 5 показана электронная аппаратура, расположенная в корпусе несущег элемента 1, показана на заштрихованном участке у стенкн буровой скважины. Источник-генератор 8, {работающий с заданной частотой, генерирует на своем выходе энергию микроволнового диапаз1 на спектра. Лля данного случая микровалновый диапазон включает частоты, расположенные в интервале 300 МГц, (т.е. в интервале 300 МГй - 300, ГТц). Генератор В может работать с требуемой частотой порядка 1,1 ГГц, т.е. с ч1аст1 той 1,1 X ЮТц. Выбор требуемой частоты работы генератора 8 производится следующим образом. Выход генератора 8 . через развязывающее устройство 22 воэ действует на передающую антенну Т,. Поступающая при этом микровсяновая энергия передается в окружающие форма- 1Д1И, в которых распространяется указанным образом. Энергия, поступающая к приемным антенная 5 и б.соотвегственно передается на входные клеммы смеситалей 23, 24. Сигналы, поступающие от приемных антенн 5 я 6, сдвинуты« о фазе относительно друг яруга на величину, которая шредеяяегся фазовой посте янной |5 , а отношение их амплитуд oni деляетоя постоянной затухания об. На вторые входные клеммы указанных, смесителей подается микроволновая энергия, частота которой огличается от чао- 55 топд передатчика на некоторую сривщттельно небопьщую величину, используемую, например, в радиодиапазоне. В данном 762 варианте генератор с фиксированной частотой 25 подает на входы смесителей 23 и 24 микроволновую энергию с частотой примерно на 1,1001 ГГц, или 100 кГц большей частоты работы передатчика. В результате выходные сигналы 23 а и 24а смесителей 23 и 24.имеют разностную частоту 1ОО кГц. В соответствии с известными принципами сиг налы 23 а и 4а сохраняют фазовые и амплитудное соотношение сигналов, nociy-i паюших от приемных устройств 5 и 6, но задача определения фазы значительно упрощается для сигналов с низкой частотой, в данном случае для смещенных сигналов. Для того, чтобы обеспечить разность рабочих частот генераторов 8 1И 25, равную 1ОО кГц и выходные сигналы указанных генераторов поступают в смеситель 26. На выходе последнего имеется устройство для стабилизации частоты 27 которая определяет отклонение от заданной частоты 100 кГц и при наличии такого отклонения формирует корректирующий сигнал 27а, который управляет работой генератора 25 по известному способу контура с запиранием фазы. Сигналы 23 а и 24 а воспринимаются фазовым детектором 28 и устройством для сравнения амплитуд 29. На выходе фазового детектора 28 образуется сигнал, уровень которого пргаорционален разности фаз Ф между сигналами. воспринимаемыми приемниками 5 и 6, следовательно, пропорционален Я в а следовательно, пропорционален - сортве тствии с соотношением Р/ L , - расстояние между указанными приемниками. На выходе- устройства для сравнения амплитуд 29 образуется сигнал, уровень которого пропорционален об , что показано на фиг. 6. Сигналы 23а.и 24а усиливаются соответствующими логарифмическими усилителями ЗО и 31, выходы которых передаются на вход усилителя разностньзх сигналов 32. На выходе указанного усилителя 32 образуется сигнал, уровень которого пропорционален об; Это можно видеть, если представить амплитуду , воспринимаемой приемником 5 в виде Ае , где А - постояянная амплитуды, а 2 - расстояние мехау антенной Т и приемником 5. Отсюда следует, что амплитуда вояновсй энер-гии, воспринимаемой приемникми 6, равдц-б1Сг:+ь) - расстояние между указанными приемниками 5 и 6 В таком случае отнселение амплитуд сигналов, поступающих к приомникам 5 и 6, выражается сухедующим образом; Ае 1 полученного вы ражения следует, что логарифм отношония амплитуд волновых сигналов пропорционален (К, . Таким образом, устройство 29, показанное на фиг. 6, выполня те же функции и формирует требуемый результат при шерировании с разН1 стью логарифмов амплитуд указанных сигналов. Выходные сигналы фазового детектор 28 и блока сравнения амплитуд 29 (см. фиг. 5) передаются наверх по проводам 28а и 29а,.,находящимся в бронированном кабеле 10, Обычно эти сигналы передаются в виде уровней посгоянного тсяса, которые усиливаются перед передачей. В устройстве, расположенном на повер ности земли, сигналы, передавае мые по проводам 28а и 29а, воздействуют на вход вычислительного модуля 15, который производит вычисление скорректирсеанной с учетом потерь величины диэлектрической постоянной, измеренной регистрирующим устройством расположенным в буровой скважине, .в соответствии с у равнениями (8) и /или (9) и (10). Вычисленное значение диэлектрической постоянной записывается записывающим устройством 16,. которое обьгчно работает в зависимости от глуби ны бурсжой скважины и приводится в де ствие механическим соединением блокбаланса - вращающегося Korefeca 33. Колесо 33 соединено с кабелем 10 и вращается синхронно относительно пере- мешения данного кабеля, чем и обеспечивается работа записывающего устройства как функции глубины буровой скважины. В результате значения диэлектрически постоянней, скорректированные с учетюл потерь, записываются посредсгъом записывающего устройства 16 в соответствии с глубиной буровой скважины. На фиг. 7 показана .схема вычисли тельного модуля 15, который воспринимает сигналы, передаваемые по провода 28а и 29а, информация которых соответствует измеренным значениям и 0 . Указанные сигналы вначале пост пают на усилители с переменным коэ фициентом усиления 34 и 35, которые могут быть использованы для осуществления тарирования . Снгийпы, снимаемые с выхода указанных усилителей, поступают на соответствующие входы известных схем для возведения в квадрат 36 и 37, на выходах которых образуются сигналы, пропорциональные величинам |3 и оС . Полученные сигналы передаются на вход усилителя разностных сигналов 38, на выходе которого формируется сигнал, /величина которого пропорциональна разности подаваемых на его вход сигналов, т.е. разности 2 - 0(7 . Как следует из уравнения (8), полученный выходной сигнал представляет собой измеряемое значение , поскольку данное уравнение мож,ет быть переписано следующим образом Тарирование каких-либо параметров измерительного устройства, например частоты, может быть выполнено с помощью усилителей 34 и 35.. В случае необходимости выходной сигнал ус шителя разностных сигналов 38 может быть передан на вход схемьт 3 9, извлекающей квадратный корень. Получаемый в резуль тате выходной сигнал представляет собой значение величины Я пор соответствии с уравнением (10), Данный сигнал может быть записан записывающим устройством 16 в дополнение или вместо диэлектрической постоянной, скорректированной с учетом потерь. На фиг, 8 предссавлен вид сбоку на поверхность башмака - подушки 13, которая образует контакт со стенкой буровой скважины. Подушка 13 содержит антенны Т, 5 и 6. Установлено, что для передачи и приема поперечных волн наиболее эффективно использовать полые антенны с вырезом. Показанные на фиг.8 отверстия для полостей заполняются водонепроницаемым керамическим изолирующим материалом. В данном случае длина выреза равна 7v|2 IT «е. около 7,5 см для рабочей . частоты 1,1 ГГц (диэлектрическая постоянная изолирующего материала равна 4). Расстояние D между антеннами Т и 5 8 см, а расстояние L между приемными антеннами 4 см. Ниже описывается выбор рабочей частоты и соответствующих размеров. На фиг. 9 в увеличенном масштабе показан А-А на фиг, 8. В метапли- ческом проводящем корпусе 40 имеется попосгь, глубина которой равна Д(4 т.е. примерно 3,75 см. Посредством коаксиального кабеля 1О антенна Т соединяется с развяаываюпщм устройством (изопятормл) 22 (фиг. 5). Кабель 10 с одержит внутренний проводник 41 в внешнюю проводяшую оболочку 42, которая обычно ааполняется изолирующим материалом 43. Внутри полости 44 вергикально расположен зонд 45, явпяюпшйс продолжение центрального проводника 41 Обычно аонд45 входит своим концом в небольшую цилиндрическую выемку 46, распеиоженную в верхней части поиости, которая также заполнена изолирующим материалом. Приемные антенны 5 и 6 имеют такую же конструкцию, как и передающая антен на, конструция которой показана на фиг.8 и 9. Посредством коаксиального кабеля приемные антенны соединяются со смесителями 23 и 24, показанными на фиг. 5. Указанные три кабеля могуг быть выполнены в виде одного кабеля с бронированной оболочкой, который соединяет башмак-ло шку 13 с устрсйством 1, в которой размещается погружаемая электронная аппаратура. Что касается выбора рабочей частоты и определения размеров устройств, то следует иметь в виду, что в соответстю с уравнением (4) выгсдно использовать очень высокую часто1у () с тем, чтобы уменьшить величину тангенса угла потерь. Для солесодержащих горных ород, насыщенных воаой,например,песчаника,сос тавпяющая потерь диэлектрической постоя ной (имеется в виду ксАшлексная величина, рассмотренная ъ - больше при частотах ниже 100 МГ Ерк больших частотах уменьшается и в диапа рте, 6nH3K(Mvt к частоте 5ОО МГц, становится больше в результате чего измерение величины становится простой задачей. Это опи сано, например, в (1). В даннс я случае описывается .способ, в соответствии с которым часть по/шсверхностной формаци используется в качестве диэлектричео кого материала, pacnonoHceHHoro между пластинами конденсатора, щчячем. электро ды регистрирующего устройства используются в качестве указанных пластин. Однако такой способ, как и относящиеся к нему схемы, в соответствии с которыми кссле/ емая формация должна использоваться в качестве линии передачи или окияечной нагрузки, не П1жгодна для промышленного испапьзова тя в качестве регистрирующего прибора, С увеличением рабочей частоты в гигагерцовом диапазоне составляющая Становится существенно бмьше , . Такое явление предрасполагает к выбору бшее высоких частот. Однако на практике оказывается, что имеются пределы для выбора высоких значений рабочих частот. Одной из причин их cyщecтвoIfeния является возрастание величины / обусловленное потерями из-ва биполярной релаксации, что имеет место- при возрастании частоты до значений, существенно, превышающих 1 Шх. Другая причина обусловлена влиянием твердой буровой массы ha образование поперечной волны в формации при очень высоких частотах. Для частот гигагерцового диапазона длина волны, с распрос траня ющейся э нергии чрезвычай,. но мала, вследствие чего ока начинает проникать в более толстые слои твердой буровой массы. Если это явление имеет место, то твердая буровая масса начинает выполнять роль волновода, по которс лу ответвляется часть передаваемой энергии. В результате уменьшается количество энергии для образования поперечной волны. Указанный эффект буровой массы начинает сказываться серьезно в том случае, когда половина длины волны передаваемой энергии в буровую массу npi никает в толщу буровой массы. Для приблизительного подсчета следует предп1 ложить, что максимальная толщина буро вой массы около 2 см, а максимальная диэлектрическая постоянная этой массы ршвна примерно 20. Это означает, что максимальное значение для половины длины волны Я /2 для свободн я о пространства, которое уДЕШлетворяет ааннаму условию, определяется следующим образом: Лд/2 (2 см) { ) 9 см, или .д 18 см, что соответствует оксяо 2 ТТп, Из приведенных рассуждений следует, что гаттимальный диапазон рабочих частот расположен меж ру частотами несколько большими 500 МГц и несколько меньшими 2 ГПа. Частота, используемая в данном варианте, расположена посредкие указанного диапазона и составляет 1,1 ГГц. Эта частота является удовпетворительн1Л. Выбор рзабочих размеров устройства диктуется практическими соображениями, некоторые из которых уже рассмотрены. Что касается расстояния D , отделяющего антенну Т ог антеню 5 (фнг.8), го, как следует из приведенных рассуждений со ссылками на фиг. 3 и 4, в часги установления преобладающей поперечной волны желательно, чтобы расстояние D было значительно больше толщины буровой массы. Однако если э расстояние сделать чрезвычайно больши го эго может привести к затуханию, что затрудняет выпотнение точных иэмерений. Установлено, что расстояние D , равное 8 см ( в общем случае в четыре раза большее ожидаемой максимальной толщины буровой массы), является удовлетворигельным. Выбор указанного расстояния должен производиться с учетом конкретных условий. Расстояние L между приемными ангеннами должно быть достаточно большим для обеспечения возможности определения требуемых значений разносгк фаз и досгагочно малым для избежания вдзможных неоднозначносгей измерения. Рабочая частота 1,1 ГГц соогветствуег длине волны для свободнаго пространства около 27 см. Сдвиг фаз, связанный с расстоянием L , огдвляющим приемные антенны друг ог друга, для свободного пространства в результате составляет (11 Ф своб.простр. При высоких частотах сдвиг фазФм примерно пропорцишален квадратичной зависимости диэлектрической постоянной 5д исследуемой среды (см., например равенство 3 ), вследс1вие чего общее cooTHtMueHHe, получающееся из уравнения (11) имеет вид . Фм %°1K/ / 3.°1fё; /Ч(l2 Наименьшее значение диэлектрической ПОСТОЯННЫ обычно на практике равно примерно 4, что имеет место в случае непористых кварцевых пород. Для такой величины диэлектрической постоянней минимальный сдвиг фазы при расстояни it определяется следующим образом: PMHN .Fl., (13) Наибольшая диэлектрическая постоянна встречается у известняка, полностью насыщенного водой, пористость которог около 35%. Запаздывание азы микро волновые энергии, распространяющейся в составнЫ формации, представляет отнесенную к объему сумму запаздывания в жидкости пор и запаздывания в кристаллической массе. Таким образt i, действующее максимальное значение диэлектрической постоянной определяется из приближенного соотношения; JT с:0,35-4 +О,65- еизвеср. V с. макс1 -,, вода i лГвЗ + 0,65 Из приведенного соотношения вычисляется с(составляет в данном слуfc- макс. чае около 30). Таким образом, используя уравнение (12), максимальное значение сдвига фазы для длины L может быть определено так: Ф 13,3 (чГзо). (L) 73,21/( 14) из уравнений (13) и (14) видно, что предлагаемая длина разделения L 4 см для данного варианта является удовлет. ворительнсй. Пря таком значении L обеспечивается минимальный и максимальный сдвиг, фаз, равные около 106 и 293 соответственно. В указанном диапазоне фазовый сдвиг может быть определен с хорошей разрешающей способностью (в диапазоне большем 200) при orcyvсгвии неоднозначности, которая возникает при наличии диапазона большего 300. Помимо этого расстояние 4 см не связано с частой проблемой слишком большого затухания, в результаге чего такое расстояние удовлетворительно. В данн(Я«1 случае выбор указанного размера может производиться с некоторой гибкостью в пределах допустимых значений и с учетом практических особенностей. Посрерктыял измерения диэлектрнческой постоянной, измерение которой производится в соответствии/с нзобретениеы, может быть получена требуемая информация в отнощении пористости, лнтопогии ШШ насыщенности водой нсследуемой формации. Если диэлект1жческая постоянная входящего кристаллического вешесгва и жидкости пор обозначаются coorBeiv. сгвенно как в( и Е го с учетом иэложенного можно зацнсать / - /-VE;: p f 7 де - пористость кристаллического вещества. ЕслнС и . определяются из другой регистрируемой информации. го величину пористости можно вычислить юсле измерения величины Q . Так, например, если известно, что какая-либо формация состоит из известняка ( у, 7,5), на 1ОО% насыщенного водой (б 8), го пористость может быть вы из следующего соотношения; Чбс (1 +) Чт + лГ8о1 Если пористость предварительно опред лена, го могут быть вычислены значения насыщения или литология посредством определения диэлектрической ПОСТОЯННЕЙ составной формации. Уравнение (15) может быть переписа следующим образом: Данное уравнение используется для вычисления пористости посредством схемы, показанной на фиг. 10, которую можно рассматривать как дшолнительную часть вычислительного модуля (фиг. 5) Выходной сигнал схемы цпя извлечения квадратного корня 3 9, показан ной на фиг. 7, соответствует Pj , величина которой, как видно из уравнения (9), пропорциональнаЧ с г В тех случаях величиналГ , определяется из информации, ni дучаемой регистрирующим устройством или взятием пробы, сигналы напряжения, пропорционыльшле этим значениям, могут подаваться на соответствующие входные клеммы усилителей разностных сигналов 47 и 48. Выходные сигналы .указанных усилителей разностных сигналов соответственно пропорциональны числителю и знаменателю уравнения (). Указанные выходные сигналы поступают HO вход схемы деления 49, которая фор/ мирует на своем выходе сигнал напряже ния, представляющий собой пористость составной формации. На схеме фиг. 11 показан второй вариант устройства, которое предназначено для исследования подповерхносч ных формаций 4, пересекаемых буровой скважиной 2, Буровая скважина 2 обычно эаполняетс;й промывочной жидкостью для бурения или буровой массой, содержащей измельченные твердые частицы в виде суспензии. Каротажное устройств 1 погружается в буровую скважину 2 с помощью бронированнсгО кабеля 10, длина которого по существу соогве- рп ет относительной глубине погружения устройства 9. Управление перхомещением кабеля осуществляется соответствующим сродсгвом, расположенным на поверхности, например, с помощью барабана или лебедки (не показаны). Каротажное устройство включает в себя удлиненный несущий элемент цилиндрической формьт, внутренняя часть которого выполнена в виде водонепроницаемого корпуса, в котором размещается погружаемая в буровую скважину электронная аппаратура. К несущему элементу крепится пара дуговых пружин 11 и 12,К пружине 11 крепится 13, внутри которой расположены отдельно друг от друга по вертикали передающие антенны Т ,и Т и две отдельно расположенные друг от друга приемные антенны 5 и 6, причем последние распсиожены между передатчиками по существу на одной оси с ними. К пружине 12 крепится вторая подушка 14, KOTOpasi может быть неактивной и служит для обеспечения ровного вертикального перемещения каротажного устройства 1 внутри буровой скважины. В случае необ-; ходимости, однако, в подушке 14 могут быть расположены электроды и другие дополнительные средства для исследования окружающих формаций. Электронные сигналы, содержащие информацию, полученную каротажным устройством, передаются по кабелю 10 к вычислительному модулю и записывающему устройству (не показаны), расположенным на поверхрности земли. Показанное на фиг. 11 специальное средство для удержания антенн в соприкосновении со стенкой буровсяй скважины носит иллюстративный характер, причем возможно использование и других средств, например гидравлического средства. На фиг. 12 в упрощенном виде пдаазан характер распространения электромагнитной волны, параметры которой из- меряются устройстве, показанным на фиг. 11. Как показано на фиг. 12, подушка 13 расположена напротив стенки буровой скважины 2, на которую, как указано, воздействует промывочная жидкость для бурения. Обычно давление жидкости, содержащейся в - огмаииях, пересекаемых буровой скважиной, меньше шдр х;татического давления столба буровой массы, имеющейся в буровой скважине, вследствие чего буровая масса и ее фильтр в некоторой степени проникают в исследуемые формации. Ука;1аниы формации 31О предсгавляюг собой экран для маленьких частиц, взвешенных в буровой жидкости, вследсгвие чего на стенках буровой сква жины образуется твердая буровая масса. Ее толщина зависит от параметров конк ретнкй формации, например от проницаемосги, но в любом случае на стенке буровой скважины образуется по меньше мере очень тонкий слой твердой буровой массы. Как показано на фиг, 12, подуш ка 13 находится в контакте с твердой буровой массьй 17 (изображена в уве личенном масштабе). Распространение электромагнитной волны начинается от передатчика Т по стрелке А, при части волновой энергии воспринимаются антеннами 5 и 6, sTl one речная волна, распространяющаяся в фармации смежно с поверхностью, разделена между б уровой массой 17 и формациями 4 представлена на чертеже стрелкой В, а ее продолжение - стрелкой С, Энергия поперечной волны непрерывно рассеивает ся в твердой буровой массе, при этом части энергии, которые рассеиваются вблизи расположения приемников 5 и 6, представлены стрелками J} и Е, Другая распространяющаяся волна, как показано, начинается у передатчика Т2 по пунктирной стрелке F и распространяется в виде поперечной волны в направлении, показанной пунктирной стрелксй G . Некоторая часть энергии этой волны распространяется в направле нии приемной антенны 6, а другая часть в направлении приемной антенны 5, Из-з геометрического совпадения данная волна от антенны Тр проходит расстояние, длины которых соответствуют стрелками Е и С 4- D , Ниже поясняются причины использования волн, распространекие которых начинается от антенн Т На г, 11 на заштрихованнюл участ ке у стенки буровой скважины показана погружаемая электронная аппаратура, ра положенная внутри элемента 3, Генератор заданной частоты 8 генерирует на своем выходе сигналы энергии с частотой микроволнового диапазона спектра, В данном случае указанный генератор генерирует сигналы с частотой 1,1 ТТл, т.е. с частотой 1,1 х 10 Га. Выход генератора В через развязывающее устройство 22 соединен с электронным переключателем 5О, два выхода которого по коаксигяьным проводам сое 62 динены с передающими антеннами Т/ и Ту . Предпочтительный тип антенн используемый в данном случае для передающих и приемных антенн, такой же, какой описан подробно со ссылкой на фиг, 8, т,е, в данном случае также используются полые антенны с вырезом. Управляющий сигнал, снимаемый с одного из дополняющих выходов генератора прямоугольных импульсов 51, работающего с частотой 100 Гц, управляет работой электронного переключателя 50, Управляющий прямоугольный сигнал и его дополняющий сигнал, сдвинуты относи; тельно друг друга на 180 , используются для обеспечения синхронной работы, В результате посредством использования управляющего сигнала ЛТ передатчиков Т и т поочередно производит ся запись на время Ю мс. Приемные антенны 5 и 6 соответственно соединены коаксиальными проводами с каналами для обработки данных 52 и 53, каждый из которых включав в себя смеситель н усилитель, соединенные последовательно. Сигналы, поступающие к приемным антеннам, сдвинуты фазе относительно друг от друга, причем величина этого сдвига зависит бт значения постоянной фазы / ,а отнюле/ние их амплитуд определяется постоянной затухания о(, .На соответствукшще входы каждого из смесителей 23 и 4 помимо сигналов, поступающих от приемных антенн 5 и 6, поступают сигналы энергии, частота которых отличается от частоты передатчика на некоторую величину подмикроволнового диапазона, В данном случае генератор заданной частоты генерирует сигналы энергии микроволнового диапазона, воздействующие на входы смесителей 23 и 24, частоты которых равны 1,1 ОО1 ГГц или на 1ОО кГц выше частоты передатчика, В соответствии с известными принципами сигналы смесителей 23 а и 24а сохраняют соотнощение фаз и амплитуд сигналов, поступающих от приемных антенн 5 и 6, но в этом случае в значительной мере облегчается задача определения разности фаз указанных сигналов, поскольку ови имеют меньшую часг« ту. Для обеспечения заданной разности частот сигвал1да между генераторами 18и 25 ЮО кГц выходы этих генераторов соединены со смесителем 26. Выходные сигналы смесителя 26 поступают в схему стабилизации частоты 27, которая определяет отклонение частоты от значения 100 кГц и при наличии такового формирует корректирующий сигнал 27а, который управляет работой генератор 2 по известному способу контура с запира нием фазы. Выходные сигналы смесителей 23 и усиливаются усилителями 54 и 55, посл чего выходные сигналы по двум каналам обозначенные 54а и 55а, передаются на входы функциональных узлов 56 и 57. Сигналы 54а и 55а соответственно пере даются на входы детекторов нуля 56 и 57, выходные сигналы которых поступаю по проводам, обозначенным 56а и 57а. Провод 56 а соединен с одним из входо каждого лотического элемента И 58 и 59. Провод 57 соединен с одним из входов каждого логического элемента И 60 и 61. На вторые входы логических элементов И 58 и 59 воздействует сигнал управляющий с генератора 51, на вторые входы лгягических элементов 6О и 61 воздействует противофазный ему сигнал от того же генератора. Выходы логических элементов 58 и 61 соединены вместе, причем сиг . налы, образующиеся на этих выходах, используются для перебрасывания тригге ра 62 в прямом направлении. Выходы логических элементов 60 и 61 также объединены, причем их выходные сигналы используются для перебрасывания тригге ра 62 в обратном направлении. Выходно сигнал триггера 62 воспринимается усредняющей или измерительной схемой 63, уровень выходного сигнала которой является функцией среднего значения разности фаз сигналов 54а и 55а. Работа функционального узла 64 может быть описана с помощью фиг. 13 j на графиках | и U которого показаны характеристики сигналов 54а и ББа, Предположим, что часть показйннгаго сиг нала является попожительнсй (или }эазрешающей включение):, в ре: льгаге чего приводится в действие переда-гаик Т . В этом случае распросграняюшаяся энергия вначале воспринимается приемной антенной 5, а затем 8 . В реаульта ге в конечном счете формируются сигналы 54а и 55aj, причем сигнал 54а переж.аег а«5 фазе сигнал ББа на утоп Qt I как показано на фшч 13, Детект ры нуля Б6 и 57 формиг тют на своих эыходах короткие пиковые импульсы каждый раз, когла сигналы воздействую1цие на их входы, уменьшаются отмоемложительнгяро значения до нуля в пере- секают наперед заданный опорный уровень нуля. /1ля этой цели можно применять и другие тигал детекторов, например такие, которые определяют пересечение нулевого уровня как при уменьшении от положительных значений, так и при возрастании от отрицательных значений. На графиках Ш и 1У фиг. 13 показаны выходные сигналы 56а и 57 а. Если действует от генератора 51 один сигнал, то противофазный ему сигнал отсутствует, вследствие чего пиковые сигналы детекторов могут проходить только через логические элементы 58 и 61. Выходной сигнал логического элемента 58 перебрасывает триггер 62 в прямом направлении, в то время как выходной сигнал логического элемента 60 перебрасывает триггер 62 в обратном направлении. Соответственно этому на выходе триггера 62 образуются сигналы, показанные на графике У, представляющие собой серию импульсоВ} ширина которых соответствует фазовому углу S-i . Измерительная схема 63 воспринимает указанные импульсы и формирует на своем выходе сигнал, уровень которого соответствует площади некоторого числа последовательно nociyпающих импульсов. Высота поступающих импульсов имеет постоянное значение, в результате чего уровень выходного сигнала измерительной схемы 63 соотвествует величине фазового угла Q Следует рассмотреть случай, когда прошло 10 мс, после чего с выхода генератора 51 управляющий сигнал изменил полярность. В этом случае -включается в работе передатчик Т„ , и распространяющаяся энергия микроволнового диапазона вначале воспринимается антенной 6, а затем 5. В данном случае сигнал 55а опережает по фазе сигнал 54а на еличину угла 0 . Это приводит к тому, что пиковые сигналы 57а опережают пиковые сигналы 56а на время, длительность которого соответствует фа- углу ©2 Поскольку в это ремя действует другой управляющий сигнал от генератора 51, то пиковые сигалы детекторов могут пр&П5скаться 5ГШ1ЬКО логичесг:.1МК элементами 60 и 61, в результате чаго сравнение фаэ в аннсл случае производи гея наоборот относительно рассмотренного случая. ыходи ЕЙ сигкал логического элемента 61 перебрасывает триггер 62 в прямом направлении, в то время, как выходной сигнал логического элемента 59 перебрасывает указанный триггер 62 в обратном направлении. В результате триггер 62 генерирует на своем выходе импульсные сигналы, ширина которых соответствует величине угла &2 , а на выходе измерительной схемы 63 образуется сигнал, уровень которого отражает значение фазового угла 02 В предпочти тел bHWvfT варианте постоян ные времени измерительной схемы 63 выбираются таким образом, чтобы их величина была достаточной для обеспечения сложения поступающих импульсных сигналов с выхода триггера, образующихся в результате многократного последовательного воздействия сигналов от генератора 51. Таким образом, выходной сигнал интегрирующего устройства является функцией усредненного значения разности фаз, иа 1еряемой во время множества циклов, т.е. является средней величиной фазсжых углов Q и Функциональный узел 64 предназначен для измерения относительного затухания сишалов, поступающих по каналам 52 и 53. Сигналы 54а и 55а воздействуют соответственно на входы логарифмических усилителей 65 и 66, выходные сигналы которых в свою оче редь воздействуют соответственно на входы детекторов 67 и 68. Выходные остроконечные сигналы детекторов 67а и 68а через электронные переключатели 69 и 7О передаются по внешним прово/к никам 71 и 72. Управление работой переключателей осуществляется противофазными сигналами от генератора 51 в результате чего их выходные сигналы по очереди поступают на выходные линии 71 и 72. Синхронизация в этом случае такова, что сигнал, поступающий от близ кого приемника, всегда передается по линии 71, а сигнал, поступающий от дальнего приемника, всегда передается по линии 72. Проводники 71 и 72 соединены с входными клеммами усилителя разностных сигналов 73, который форми рует на своем выходе сигнал, явпяюишйся функцией постоянней затухания для данной формации о{, . Это можно легко заметить, если амплитуду волново энергии, воспринимаемы близким приемником, представить в виде Ае , где А - постоянная амплитуды, в Z расстоявие между действующим переда чвком и ближайшим пр1емииком. Отсюда следует, что амплитуда волновой энергии, воспринимаемой дальним приемником, может быть представлена как , где t - расстояние между указанными приемниками. Таким образом, отнииение амплитуд вспи(№ой энергии, воспринимаемой данными двумя приемниками, может . быть записано следукшщм образом: .Как спврует из данного уравнения, логарифм отношения волновых амплитуд пропорцишален с6 . Функциональный узел 64 производит указанное математическое вычисление путем вычисления ршзности логари(|мов указанных волновых амплитуд. Переключатели 69 и 7О осуществляют последовательное изменение на обратное сравнение значений амплитуд, в результате чего на входы усилителя разностныхгсигналов 73 сигналы поступают с соответствующим COOTHDдиением амшга1уд.| Образующийся на выходе усилителя разностных сигналов 73 сигнал передается в схему усреднения 74, на выходе которой формируется сигнал, уровень которого является функцией усредненного относительного затухания, вычисляемого для множества циклов воздействия сигналов М или М. При рассмотрении работы устрсйства, показанного на фиг.11 - следует предположить, что элементы приемной схемы работают в установленном режиме. В таком случае фазовые углы, т.е. углы б и 8 , являются действительной функцией длины пути прохождения сигнала между передатчик и приемниками (фиг. 12) и фазовой постоянной ft , присущей К1Я рассматриваемых контуров прохождения сигналов. Таким образга, Q является функцией проходимого сипналом расстояния Т1 10 - Т1 9, что можно записать, используя обозначения фиг. 12, следующим образам: (А2В-Ю+Е)(А+&4-Е) С + Е -D . Аналогично фазовый угол вг является функцией прохгьдимого сигнала пути Т2-10-Т2-9, что иначе можно записать так (r+Q+ С-+ L )(Г + ( + Е) С + и - Е. Принимая во внимание, что значения фазовых углов В и в 2 усредняются функциональным узлом 64, после сокращения членов чае гея, что измеряемое среднее значение фазы является функцией только С. Поскольку С предагавпяег собой постоянное рассгояние, то измеряемое среднее 29.1О значение фазы представляет собой информацию о фазовой постоянней всспедуекк формации. В том случае, ксгда Е и JD идентичны друг другу, фазовые углы ц: и $2 ровны . Впи$шие шины пути проходимого сигналами, на измерение ({ нкциональным угаом 64 за1ухания по существу такое же, как и рассмотренное. Предположим, что по одноног нз работаюших каналов, например 52, поступае т сигнал с очень малым ошибочным сдвигом фазы В , который не вводи T-I ся по соответствующему каналу 53. В таком сигнал 54а имеет небольшую составляюп ую яыибки фазы О , которая не является функцией исследуемой фонации. Наличие таксА составляющей ошибки фазы не нарушает правильного определения фазового угла, поскольку она уничтожается при усреднении. В частности, при наличии ОДВ1ГО управляющего сигнала от генератора 51 данна ошибка равна + 5 а при его отсутствии эта ошибка равна - о , поскольку сравнение в этом слзгчае производатся в обратном направлении. Такая же коррекция имеет место при отклонении амплитуды сншала, поступающего по опяому или другому каналу. 62 Выходные сигналы, соответствующие измеряемым значениям (Ь и о(, передаются по кабелю 10 на поверхность земли и пос1упают на вход вычислительного модуля и/или записывающего устройства или подобного устройства для регистрации поступакяцей информации. Должна быть некоторая гибкость в выборе устройства, которое воспринимает передаваемые на землю сигналы для дальнейшей их обработки. Например, сигналы, передаваемые по проводникам 71 и 72, могут быть переданы на вход усилителя разностных сигналов, расположенного на поверхности земли. Однако большая часть устрсйства, показанного на фиг. 11, в предпочтительном случае является погружаемой в скважину. Следует иметь в виду, что возможны различные изменения, не нарушающие смысла и не выходящие за рамки дшного изобретений Например, устройство, показанное на фиг. 11, может включать предварительные усилители сигналов для Каналов 52 и 53, стоящие до смесителей. Описанное исключение возможных малых ошибок может быть применено для любого из допспнительных усилителей, а также для других элементов данного устройства, например для детекторов нулевого сигаала.

fJonepe HQA

f

y///.

4

CpuS

фие.З

1. Способ электромагнитного каротажа, при котором электромагнитную энергию вводят в окружающие формации дпя образования в них вторичной вопны, включающий измерение скорости распространения электромагнитной энергии сквозь данную часть окружающих формаций, при этом скорость является показателем параметр земных формаций, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения ; диэлектрической постоянной исследуемых формаш1й, электромагнитное попе возбуждают в рбпасти сверхвысоких частот. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что электромагнитное попе возбуждают в диапазоне частот 500 МГц - 2 ГГц. 3.Способ ПОП.2, отличающий с,я тем, что электромагнитное поде возбуждают на частоте 1,1 ГГц± ,1 ГГц. 4.Устройство дпя осуществления способа по п, 1, содержащее опорную стойку, установленную в буровой скважине, средства введения электромагнитной в окружающие формации, расположенS ные на опорной стЫ)ке, передающую антенО) ну, первую и вторую приемные антенны, установленные в пространственной связи по отнощению к средствам введения электромагнитной энерши и ва заданном расстоянии по отнощению к окружающей формации, прк этом средства введения электромагнитной энергии соединены с приемными антеннами, и устрсйство для измерения скорости распространения электромагнитной энергии через данную часть окружающих формаций, являющейся показателем параметров земных формацнй, отличающееся тем, что средства введения электромагнитоной энергии содержат источник сверхвысоких частот.

Ц- I9 IB 17 2

сриеЛ

.

ii Ri

/j

Сривв