Скважинное устройство электромагнитного каротажа Советский патент 1984 года по МПК G01V3/28 

11 Изобретение относится к нефтепромысловой геофизике, а точнее к технике высокочастотных электрических исследований в скважинах. Известны устройства электромагнитного каротажа скважин, включающие излучакнций элемент с схемой возбужде ния и удаленные от него на заданное расстояние один или несколько приемных элементов со схемами усиления и преобразования сигнала, а также бло ки телеметрии и питания,-связанные с каротажным кабелем. l Для уменьшения прямых паразитных связей излучающего и приемных элементов излучающий элемент со схемой возбуждения расположен в нижней част зонда устройства, а приемные элементы - в верхней, так что между излучающим и приемными элементами проходят лишь низкочастотные проводники питания схемы возбуждения излучающего элемента. Однако наличие электрических проводников, даже снабженных развязывающими фильтрами, не позволяет умен шить до необходимого уровня паразитные связи излучающего и приемных элементов на частотах порядка десятков и сотен мегагерц из-за наличия трудно учитываемых и изменяющихся под действием изменений температуры, давления и других факторов паразитных емкостей и индуктивностей провод ников, проходящих между излучающим и приемньми элементами зонда. Наиболее близким к предлагаемому является скважинное устройство для электромагнитного каротажа, в ключающее герметичный корпус, в котором по крайней мере нижняя -зондовая част выполнена из диэлектрических материалов, в зондовой части корпуса разм€;щены на заданном удалении один от другого излучающий и приемный элементы, схема возбуждения излучающего элемента, электронный блок прие ного элеменГа содержащий схемы усиления и преобразования сигнала, а также блоки питания и телеметрии, которые размещены в верхней части корпуса и связаны с каротажным кабелем 2 , Недостатками известного устройства являются ограниченная мощность излучения (что в свою очередь ограни чивает возможность использования зондов с большими удалениями приемны 2 элементов и снижает точность измерений) и недостаточное время непрерыв-. ных исследований без подъема устройства на поверхность для смены или дерезарядки автономного источника питания, что существенно удорожает и замедляет проведение . Кроме того, частое вскрытие герметичного. корпуса прибора затрудняет его обслуживание и снижает надежность. Цель изобретения - повьшение производительности труда путем увеличения времени непрерывной работы в скважине . Поставленная цепь достигается тем, что в скважинном устройстве электромагнитного каротажа, включающем герметичный корпус, в .котором по крайней мере нижняя зондовая часть вьтолнена из диэлектрических материалов, в зондовой части корпуса на заданном расстоянии один от другого размещены излучающий и приемный элементы, схема возбуждения излучающего элемента,, электромагнитный блок приемного элемента, содержащий схемы усиления и преобразования сигнала, а также блоки питания и телеметрии, которые размещены в верхней части корпуса и связаны с каротажным кабелем, излучающий элемент размещен в ; верхней зондовой части устройства, а приемный элемент - в нижнего его части, электронный блок приемного элемента размещен рядом с приемным элементом или внутри него, при этом блок питания через последовательно включенные источник света, световод и фотоэлектрический, источник питания соединен со схемой усиления и преобразования сигнала, вькод которой через последовательно соединенные модулирующий источник света, световод и фотокрйемник подключены к блоку телеметрии. Кроме того, скважинное устройство включает заданное число приемных элементов, расположенных на разных удалениях от излучающего элемента и по одну сторону от него и снабженных индивидуальными электронными блоками с фотоэлектрическими источникамг ; питания и модулируемыми источниками света на выходе, заданное число фотоприемников - по числу применых элементов, включенных на сигнальных входах блока телеметрии, оптические входы которых соединены световода ш с оптическими выходами модулируемых источников света электронных блоков соответствующих прием ных элементов, а оптические входы фотоэлектрических источников питани электронных блоков приемных элементов соединены индивидуальными свето водами с источником или источниками света в верхней зондовой части устройства. Поскольку излучающий элемент со схемой возбуждения, питаемой от блока питания, связанного с каротажным кабелем, расположен в верхней части зонда устройства, то исключается необходимость прокладывания питающих проводников вдоль зондовой части устройства. Приемньй элемент или несколько приемных элементов расположены в нижней части зонда вместе с их схемами усиления и преобразования сигналов, для пита ния каждой из которых введен расположенный рядом с ним фотоэлектричес кий источник питания, связанньй све товодом и источником света, располо женным в верхней части устройства (выше излучающего элемента). Для передачи сигналов с выхода схем уси ления и преобразования, в их состав введен модулируемый источник света, включенный на вькоде, который соеди нен вторым световодом с фотоприемни ком, расположенным в верхней части устройства и включенным на сигнальн вход блока телеметрии. Такое решение обеспечивает питание всех элементов устройства от блока питания, связанного с каротаж ным кабелем, при отсутствии электри ческих проводников между излучающим и приемным элементами и прямом элек рич.еском питании схемы возбужден -ш излучающего элемента от сетевого блока питания, т.е. неограниченную продолжительность исследований при практически неограниченной мощности возбуждаемого поля и минимальном ур не паразитных связей излучающего и приемного элементов, На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема возможного варианта конструкции фотоэлектрической системы питания схемы усиления н преобразования сиг нала пр :емного элемента; на фиг. 3 возможный вариант конструкции блока световодов. Устройство включает цилиндрический гермепмный корпус, содержащий выполненную из диэлектрического мате-риала зондовую часть 1 и металлическую головку 2, соединенную с каро тажным кабелем 3, выполняющим функции несущего троса и линий питания и связи, расположенный вверху зондовой части 1 излучающий элемент 4, выполненный, наприм- р, в виде катушки, расположенные внизу зондовой части 1 приемный элемент 5, выполненный, например, также в виде- катушки, и его электронный блок 6, содержащий схему 7, выполняющую функции усиления и преобразования сигдала с выхода приемного элемента 5 и изготовленную в виде твердотельного интегрального металл-диэлектрию-полупроводник,т.е . ВДП - элемента с потребляемой мощностью до первых десятков мил.ливатт, фотоэлектрический источник 8 питания и выходной модулируемый источник 9 света, например маломощный светоизлучающий диод, расположенные в металлической головке 2 схему 10 возбуждения излучающего элемента 4, блок 11 питания и блок 12. телеметрии. Причем вход блока 11 питания и выход блока 12 телеметрии соединены с каротажным кабелем 3, а также источник 13 света, питаемый от одного из .выходов блока 11 питания, и фотоприемник 14, например фотодиод, выход которого соединен с сигнальным входом блока 12 телеметрии. Кроме того, в состав устройства, входит первый световод 15, соединяю- оптический вход фотоэлектрического источника 8 питания с оптическим выходом источника 13 света, и второй световод 16, соединяющий оптический выход модулируемого источника 9 света с оптическим входом фотоприемника 14. Поскольку дпя питания электронных схем в большинстве случаев требуется стабильное напряжение порядка 3-5 В, то фотоэлектрический источник 8 п-итания может бьггь выполнен в виде нескольких (обычно от 10 до 50) последовательно соединенных первичных фотопреобразователей 17 (в качестве которых могут использоваться как специальные фотоэлементы, так и обычнь1е кремниевые фотодиодь в вентильном режиме), нагруженных на вход преобразователя-стабилизатора 18 напряжения, выполненного по любой нз известньк схем с требуемыми параметрами. При таком выполнении фотоэлектрического источника 8 питания световод 15 целесообразно выполнить составным из отдельных параллельных светопроводов 19 по числу первичных фотопреобразователей 17 как и источник 13 света, который составляют из такого же числа индивидуальных источников 20 света, в качестве которых целесообразно использовать светоизлучающие диоды. Световоды 15 (19.) и 16 могут быть выполнены в виде стержней или волокон из стекла или пластмассы с высокой прозрачностью и относительно . высоким коэффициентом преломления, запрессованных или залитых в стержен матрицу 21 из пластмассы с относительно низким коэффициентом преломления (фиг. 3). При этом стержень 21 может быть использован в качестве несущего для крепления приемного элемента 5 с его электронным блоком 6 и излучающего элемента 4 (на фиг.З не показан). Могут быт-ь использоваV ны и световоды других конструкций, выполненные из диэлектрических материалов, например, с индивидуальными оболочками для каждого стержня или волокна. Также возможно выполнение устройства в виде зондового с несколькими приемными элементами, подобными элементу 5 и размещенными на различных удалениях от излучающего элемента 4, но по одну сторону (т.е. вниз) от него. В этом случае каждый приемный элемент снабжается своим элек тронным блоком, подобным блоку 6 и размещенньм в непосредственной близости от него ипи внутри него, и в состав устройства вводят дополнитель ные пары световодов, аналогичных световодам 15 и 16, и фотоприемники, подобные фотоприемнику 14, на сигнальных входах блока 12 телеметрии, который выполнен многоканальным. Источники света могут также быть индивидуальными для каждого приемного элемента подобно источнику 13 света но при большом числе приемных элементов может оказаться более целесообразным использование одного достаточно мощного источника света типа газоразрядной лампы дпя засветки все фотоэлектрических источников питания через индивидуальные световоды. Устройство работает следующим образом. Сигнал высокой частоты (порядка десятков или сотен мегагерц), вырабатываемьй схемой 10 возбуждения, которая получает питание от блока 11, соединенного с каротажным кабелем и через него с первичной питающей сетью, подается на излучающий элемент 4 и излучается им в окружающе скважину породы. Прошедший через породы электромагнитный сигнал воспринимается приемным элементом 5, усиливается и преобразуется, например, в частотно-импульсную ипи иную форму схемой 7 блока 6 и подается на модулируемый источник 9 света. Световой сигнал с оптического выхода модулируемого источника 9 света по световоду 16 поступает на оптический вход фото приемника 14, преобразуется им в электрический сигнал и через схему 12 телеметрии и каротажный кабель 3 поступает на поверхность для дальнейшей обработки, вычисления удельного электрического сопротивления или проводимости и диэлектрической проницаемости горных пород и регистрации этих параметров. Питание электронного блока 6 приемного элемента 5 осуществляется путем преобразования света, излучаемого источником 13 (20) и передаваемого по световоду 15 (19) в электрический тсж фотопреобраэователями 17 и преобразования и стабилизации его напряжения стабилизатором-преобразователем 18, входящими в состав фотоэлектрического источника 8 питания. Так как источник 13 (20) света расположен вьше излучающего элемента 4, то какие-либо электрические проводники между излучающим 4 и приемным 5 элементами в устройстве отсутствуют, что сводит к минимуму ясе неконтролируемые паразитные связи между этими элементами. При этом питание всех узлов устройства осуществляется в конечном счете от первичной сети через каротажньй кабель и блок питания (схема возбунодения излучающего элемента соединена с ним непосредственно), а электронньй блок приемного элемента - с помощью фотоэлектрической системы. Благодаря зтому обеспечивается неограниченная продолжительность работы устройства в скважине при практнчес71 12300 ки любой необходимой мощности излучения и предельно низком и стабипьном уровне прямой связи приемного и излучающего элемер1тов. Применение предлагаемого устройст- 5 за обеспечит более высокую точность измерений за счет предельно низкого уровня паразитных неконтролируемых связей приемного и излучающего элементов при высокой мощности излучения и неограниченном времени работы в скважине и большую технологичность обслуживания, так как не требует частых вскрытий герметичного корпуса для смены ипи перезарядки автономных источников питания.

Фиг.1

Ф141.г

Фиг.

1.. СКВМШШОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТИОГО КАРОТАЖА, включающее герметичньй корпус, в котором по крайней мере нижняя зондовая часть выполнена из диэлектрических материалов, в зондовой части корпуса на заданном удалении один от другого размещены излучающий и приемный элементы, схема возбуждения излучающего элемента, электронный блок приемного элемента, содержащий схемы ус-ииения и преобразования сигнала, а также блоки питания и телеметрии, которые размещены в верхней части корпуса и связаны с каротажным кабелем., о тлиг(ающееся тем, что с целью повышения производительности труда путем увеличения времени непрерывной работы в скважине, излучающий элемент размещен в верхней зондовой части устройства, а приемный элемент - в нижней его части, электронный блок приемного элемента размещен рядом с приемным элементом или внутри него, при этом блок питания через последовательно включенные источник света, световод и фотоэлектрический источник пргганйя соединен со схемой усиления и преобразования сигнала, выход которой через последовательно соединенные модулируемый источник света, световод и фотоприемник подключен к блоку телеметрии. 2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что, он.о включает заданное число приемных элементов, расположенньк на разных удалениях от излучающего элемента и по одну сторону ciT него и снабженных индивидуальными электронными блоками с фотоэлектрическими источниками питания и модулируемыми источниками света на выходе, заданное число фотоприемников - по числу приемных элементов, включенных на сигнальных входах блока телеметрии, оптические входы которых соединены световодами с оптическими выходами модулируемых источников света электронных блоков соответствующих приемных элементов, а оптические входы фотоэлектрических источников питания электронных блоков приемных элементов соединены индивидуальными, световодами с источником или источниками света в верхней зондовой части устройства.