Способ измерения вызванной поляризации при каротаже скважин и устройство для его реализации Советский патент 1984 года по МПК G01V3/18 

ю

00

2. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее генератор прямоугольных импульсов тока и подключенные к его выходу токовые электроды, скважинный усилитель, к входу которого подключены приемные .электроды, а выход которого через каротажный кабель подключен к входу наземного усили1еля, избирательные усилители первой и выешей гармоник, подключенные входами к выходу наземного усилителя, формирователи меток перехода гармоник через О, подключенные входами к выходам избирательных усилителей, а выходами - к входам двухвходового триггера, пиковые детекторы, один из которых подключен к выходу из11

бирательного усилителя первой гармоники, выходы пиковых детекторов соединены с входом схемы обработки и регистрации информации, о т л ич а юще ее я тем, что оно дополнительно содержит ключи сброса, ждущий мультивибратор, схему ИЛИ и стробирующий ключ, причем ключи сброса подключены к выходам пиковых детекторов, а их управляющие входы, один из входов схемы ИЛИ и вход мультивибратора соединены с выходом триггера, выход мультивибратора нагружен вторым входом схемы ИЛИ и управляющим входом стробирующего ключа, включенного между выходом усилителя высшей гармоники и входом пикового детектора этой же гармоники.

1. Способ измерения вызванной ; поляризации при каротаже скважин, заключающийся в том, что в исследуемой среде током прямоугольной формы возбуждают электромагнитное поле и в точке измерений принимают сигналы, вьзделяют амплитуду первой гармоники и одну или несколько амплитуд нечетных гармоник более высокого порядка и по отношению разности этих амплитуд к величине одной из них судят о поляризуемости среды, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности измерений, измеряют максимальные 9 значения амплитуд первой и нечетных гармоник более высокого порядка, совпадающих во времени с максимумом первой гармоники.

i

Изобретение относится к области скважинной геоэлектроразведки и может использоваться для измерений методом вызванной поляризации (ВП) в процессе перемещения зонда при каротаже скважин.:

Известен способ геоэлектроразведки по методу вызванной поляризации, при .котором через исследуемую среду пропускают импульсы тока прямоуголь- д ной формы и через определенные моменты после выключения тока измеряют разность потенциалов между приемными электродами и по результатам . этих измерений судят о поляризуемое- jj ти среды. Так как вызванные потенциалы зависят от удельного сопротивления среды, их величину относят к величине сигнала на этих же приемНьпс электродах при пропускании по- jn яризующего тока. Ползгченный при елении этих величин коэффициент кажущейся поляризуемости ii, не зависит от удельного сопротивления среды 1 . 25

Устройство, в котором реализован этот способ, содержит питающую лиию, соединяющую питающие электроды. с выходом генератора, приемную линию, соединяющую приемные электроы с входом импульсного измерительного прибора,,работающего в режиме стробирования, блок управления,

управляющий работой генератора и импульсного измерительного усилителя II .

Недостатками этого способа и устройства является то, что измерения разности.потенциалов в момент пропускания тока и разности потенциалов вызванной поляризации производяся в разные моменты времени (измерения разнесены во времени).

Следовательно, при выполнении измерений в движении, например во перемещения зонда при каротаже скважин, точки измерения будут также смещены вдоль скважины и могут различаться по кажущемуся сопротивлению.

Различие точек измерения по кажущемуся сопротивлению приводит к изменению разности Потенциало на приемных электродах, а следовательно , к погрешности определения коэффициента кажущейся поляризуемости ij . Для уменьшения этой погрешности величина перемещения зонда в интервале между двумя измерениями должна быть значительно меньше расстояния между приемными электродами. Ограничения в скорости перемещения зонда снижают производительность измерений.

Известен также способ, при котором электромагнитное поле в иссле3

дуемой среде возбуждается токами

двух когерентных инфразвуковых частот и в точке приема измеряют разность времен запаздывания принимаемых сигналов этих частот. Разность времен запаздывания не зависит от проводимости среды и пропорциональна коэффициенту поляризуемости Г2.

Устройство, реализующее этот , способ, содержит датчик сигналов, к выходу которого своимивходами подключены два избирательных усилителя, выходы избирательных усилителей подключены через импульсные формирователи к входам триггера, к выходу триггера подключен измеритель временных интервалов 2

Недостатком этого способа является низкая точность измерений при каротаже скважин из-за существенного влияния индукционных эффектов , обусловленных необходимостью пользоваться как близко расположенными питающими и приемными линиями, так и приемными установками, расположенными на оси питающего провода, где сильно выражено влияние индукционных явлений.

Недостатком этого устройства является также низкая точность 1 змерений вследствие временной и температурной фазовой нестабильности используемых для выделения гармоник избирательных усилителей.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является спосо измерения вызванной поляризации, заключающийся в том, что в исследуемой среде током прямоугольной формы возбуждают электромагнитное поле, в точке измерений принимают сигналы вьщёляют первую гармонику и одну или несколько нечетных гармоник более высокого порядка и по отношению ра-зности этих амплитуд к величине одной из них судят о поляризуемости среды З. .

Недостатком известного способа измерения является использование для определения амплитуды высокочастотной квазикогерентной частоты nf всех полуволн сигнала

В один период низкой частоты укладывается п периодов высокой частоты, а во времени с максимумом полуволны низкой частоты может совпадать только один из максимумов полуволн ВВ1СОКОЙ частоты. Измерения

82124

также будут вьтолнены в моменты, не совпадающие во времени. Следовательно , когда измерения вьтолняются в процессе перемещения зонда, это также приводит к погрешности. Устройство для реализации известного способа.содержит генератор прямоугольных импульсов тока и подключенные к его выходу токовые электQ роды, скважинный усилитель, к входу которого подключены приемныеэлектроды, а выход которого каротажный кабель подключен к входу наземного усилителя, избирательные

., усилители первой и высших гармоник,, подключенные входами и выходу наземного усилителя, формирователи меток перехода гармоник через О, подключенные входами к выходам избирательных усилителей, а вьтходами к входам двухвходового триггера, пиковые детекторы, один из которых подключен к выходу избирательного усилителя первой гармоники, выходы

5 пиковых детекторов соединены с . входом схемы обработки и регистрации информации Гз).

Недостатком известного устройства является необходимость усреднения измеряемых сигналов, по меньшей мере, в пределах одного полупериода нижней частоты. Для этого постоянная времени цепи усреднения должна быть значительно больше периода низкочастотного измеряемого сигнала.

5 Так как измерения выполняются на инфразэуковых частотах и нижняя частота составляет доли герца, постоянная времени цепи усреднения долж«на составлять десятки секунд. Чтобы

аномалия ВП регистрировалась без сзга1ественных искажений, время прохождения приемными электродами участка, отмечаемого аномалией, должно быть значительно больше пос5 тоянной времени цехш усреднения, что также ограничивает скорость перемещения зонда, а следовательно, снижает-производительность измерений.

0 Цель изобретения - увеличение производительности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерение вызванной поляризации при каротаже

55 скбажик, заключающемуся в том, что в исследуемой среде током прямоугольной формы возбуядают электромагнитное поле и в точке измерений принимают сигналы, вьщеляют амплитуду первой гармоники и одну или несколько амплитуд нечетных гармоник более высокого порядка и по отношению разности этих амплитуд к величине одной из них судят Ъ поляризуемости среды, измеряют максимальные значения амплитуд первой и нечетных гармоник, более высокого порядка, совпадающих во времени с максимумом первой гармоники. Поставленная цель достигается также тем,что в устройство, содержащее генератор прямоугольных импульсов тока и подключенные к его выходу токовые электроды, скважинный усилитель, к входу которого под ключены приемные электроды, а выход которого через каротажный кабель подключен к входу наземного усилителя , избирательные усилители пер,вой и высшей гармоник, подключенные входами к выходу наземного усилителя , формирователи меток перехода га моник через О, подключенные входа ми к выходам избирательных усилителей , а выходами - к вхолам двухвхояового триггера, пиковые детекторы, один из которых.подключен к выходу избирательного усилителя, пе вой гармоники,.выходы пиковых детек торов соединены с входами схемы обработки и регистрации информации, дополнительно введены ключи сброса, ждущий мультивибратор, схема ИЛИ и стробирующий ключ, причем ключи сбр са подключены к выходам пиковых детекторов, а их управляющие входы, один из входов схемы ИЛИ и вход мультивибратора соединены с выходом триггера, выАод мультивибратора наг ружен вторым входом схемы ИЛИ и управляющим входом стробирующего ключа, включенного мезиду выходом усилителя высшей гармоники и входом пи кового детектора этой же гармоники-. Способ осзпцествляется следующим образом. В исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле разнополярными импульсами тока прямоугольной фо

мы с паузами междУ ними. Для этой цели используют заземленную линию, в KOTOpjTO включен генератор тока прямоугольных разнополяринх импульсов. В точке измерения принимают на приемные электроды сигнал, представляющий собой совокупность нечетных гармоник частоты повторения

приемные электроды 4, а выход через каротажный кабель 5 подключен к входу наземного усилителя 6, избирательные усилители первой гармоники 7 и нечетной п-й гармоники 8 (например третьей) , подключенные к выходу наземного усилителя 6, формирователь 9 меток перехода через 2 питающих импульсов. Из принятого сигнала одновременно вьщеляют первую гармонику и высшую, например п-ю нечетную гармонику. Амплитуду первой гармоники измеряют пиковым детектором, а из сигнала п-й гармоники путем стробирования вьщеляют полуволну, совпадающую по времени с моментом измерения амплитуды первой гармоники, которую также измеряют пиковым детектором. По отношению разности измеренных значений амплитуд первой гармоники и п-й гармоники к амплитуде первой гармоники судят о поляризуемости среды. Так $сак фазовые сдвиги между гармониками в аномальной зоне, как правило, не превьш1ают нескольких градусов. время достижения максимального значения амплитудной первой гармоники и полуволны высшей гармоники различаются незначительно. Измерения выполняются в большинстве случаев практически одновременно и в одной точке, перемещение зонда за время между этими измерениями незначительно при существенно большей скорости каротажа. Увеличение скорости каротажа позволит увеличить производительность геофизических измерений. На фиг. 1 изображена стрзтстурная схема устройстваi на фиг. 2-9 - временные диаграммы сигналов (фиг. 2 токовые импульсы; фиг. 3 - первая 4 - третья гармоника сигнала, фиг. гармоника сигнала, фиг. 5 - отметка момента перехода сигнала первой гармоники через Фиг. 6 - отметка момента перехода третьей гармоНИКИ через О, фиг. 7 - напряжение на выходе триггера; фиг. 8 - напряжение на выходе ждзпцего мультивибратора; фиг. 9 - сигнал управления схемой обработки и регистрации информации). Устройство, реализующее способ (фиг. 1) , содержит токовые электроды 1, подключенные к выходу генератора 2 тока, скважинньй усилитель 3, ко входу которого подключены 71 нуль первой гармоники и формиро,ватель 10 меток перехода через О п-й нечетной гармоники, подключенные входами к выходам соответствующих избирательных усилителей 7 и 8, а выходами - к входам триггера 11, первьй пиковый детектор 12, подключенный к выходу усилителя первой гармоники 7, второй пиковый детекто 13, подключенный к выходу усилителя п-й нечетной гармоники 8, через стробирующий ключ 14, управляющий вход которого подключен к выходу триггера 11, через ждущий мультивибратор 15 подключенные параллельно выходам пиковых детекторов 12 и 13 первый ключ сброса 16 и второй ключ сброса 17, управляющие входы которых подключены к выходу тригге: ра 11, схему 18 обработки и регистрации информации, входы которой подключены к выходам пиковых летекторов 12 и 13, схему ИЛИ 19. инвертирующий выход которой подключен к управляющему входу схемы 18 обработ ки и регистрации информации, а входы соответственно подключены к выходу триггера 11 и входу ждущего мультивибратора 15. Работает устройство следующим образом. От генератора 2 тока через элект роды 1 в исследуем5то среду подаются разнополярные прямоугольные импульсы тока с паузами (фиг. 2). Возника щая при этом разность потенциалов на приемных электродах А усиливается скважинным усилителем 3 и по каротажному кабелю 5 передается на вход наземного усилителя 6. Из усиленного сигнала избирательными усилителями первой гармоники 7 и п-й гармоники 8 вьщеляется соответствен но первая (фиг. 3) и п-я, например третья, гармоники (фиг. 4). Вьщелен ные гармоники поступают на входы формирователей 9 и .10 перехода через О гармоник, которые вьфабатывают короткие импульсы при переходе входного сигнала через О (фиг. 5 и 6). Сформированным при переходе амплитуды первой гармоники от отрицательного к положительному значени коротким импульсом опрокидьшается триггер 11, который возвращается в исходное состояние таким же импул 28. . сом, поступающим на его второй вход с выхода формирователя 1C меток перехода через нуль п-й нечётной гармоники (фиг. 6). Задним фронтом выходного импульса триггера 11 (фиг. 7) запускается ждущий мультивибратор 15, вьфабатывающий импульс управления стробирующим ключом 14 (фиг. 8), при поступлении которого последний откры вается и на втором пиковом детекторе 13 запоминается максимальное значение полуволны напряжения п-й гармоники. Первым пиковым детектором 12 запоминается максимальное значение полуволны напряжения первой гармоники. Напряжения с пиковых детекторов 12 и 13 подаются на вход схемь 18 обработки и регистрации информации. Обработка сигнала начинается с момента поступления на управляющий вход схемы 18 импульса (фиг. 9) с выхода логической схемы ИЛИ 19. Цикл измерения и обработки информации заканчивается в момент очередного перехода напряжения первой гармоники от отрицательного значения к положительному. В это время формирователь 9 меток перехода через О первой гармоники вырабатывает очередной положительньй импульс, опрокидывающий триггер 11, выходным напряжением которого открываются ключи 16 и 17 сброса и пиковые детекторы 12 и 13 подготавливаются к запоминанию амплитуд очередных полуволн напряжения гармоник сигнала. Технические преимущества Щ)едлагаемого изобретения по сравнению с базовым заключается в значительно меньшем разносе во- времени между измерениями амплитуды первой гармоники и совпадающей с максимумом первой гармоники амплитуды полуволны одной из нечетных высших гармоник, в свою очередь, позволяет повысить скорость перемещения измерительной установки, следовательно, увеличивается производительность труда. Устройство позволяет повысить скорость перемещения измерительной установки, что обеспечивает увеличение производительности измерений и приводит к сокращению затрат на раз- ведывательные работы,