Многоканальное устройство для каротажа скважин Советский патент 1985 года по МПК G01V1/40 E21B47/12 

Изобретение относится к многоканальным устройствам для промысловогеофизических исследований скважин методом электрического, индукционного каротажа, кавернометрии и др. Известны многоканальные устройства для каротажа скважин с частотн разделением каналов и частотной модуляцией 1, 2 . В устройстве, содержащем глубинный прибор, соединенный линией связи (кароФажным кабелем) с наземным пультом, увеличение числа каналов получают за счет введения в глубинный прибор ключей, попарно переключающих датчики на вход модулятора, при этом сигналы с датчиков поступают в противофазе. Частота ко мутации равна нескольким периодам частоты питания датчиков. В наземно пульте после дешифратора сигналы с датчиков разделяются синхронными вьшрямителями, которые снабжены вен тилями, обеспечивающими фазовую селекцию сигналов. Пакеты однополярных импульсов поступают на регистра тор , которьй измеряет средние значения выходного напряжения за перио частоты коммутации датчиков. Так как выходные напряжения устройства малы (десятки-сотни мВ), то получить большой динамический диапазон в таком устройстве затруднительно. Устройство f 2 отличается от устро ства тем, что в нем ключи коммутируются с частотой питания датчиков, а синхронные вмтрямители выделяют положительные или отрицатель ные полупериоды напряжений, поступа ющих с датчиков. В этом устройстве средние значения выходного напряжения, измеряемые регистратором, больше чем в устройстве ij, однако не настолько, чтобы обеспечить динамический диапазон порядка 60 дБ. Недостатком устройств СО является также и то, что в них пере дача информации по частотно-модулированным (ЧМ) каналам практически осуществляется на постоянном токе и величина динамического диапазона зависит от нестабильности центральных частот модулятора, а так как последняя определяется нестабильностью питающих глубинный прибор на пряжений и термостабильностью используемых компонентов и равна единицам процентов, то динамический диапазон устройств Lll и 21 не может быть больше 40 дБ. Кроме того, в известных устройствах О и 21 , динамический диапазон уменьшается также из-за погрешностей, появляЮ1ЧИХСЯ за счет переходных процессов в избирательных цепях ЧМ каналов при воздействии импульсов переключения, которые на выходах ламповых ключей глубинного прибора довольно велики. Известно, что для получения качественных материалов при электрическом каротаже динамический диапазон должен быть не менее 60 дБ, описанные устройства не обеспечивают выполнения этого требования. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для каротажа скважин з, содержащее глубинный прибор, состоящий из п каналов с последовательно соединенными датчиком и частотным модулятором в каждом, выходы которых подключены к сумматору с усилителем мощности, соединенный линией связи с наземным пультом, соединенного с глубинным прибором линией связи, содержащего нормирующий усилитель и t приемных ЧМ каналов, включающие каждый последовательно соединенные блок частотного разделения и детектирования (содержащий полосовой фильтр, усилитель-ограничитель и частотный детектор) , фильтр низких частот, измерительный усилитель, синхронный детектор и регистратор Сз1. Недостатком известного устройства является малое число каналов (три ЧМ канала с девиацией частоты до ±15%), занимающих практически всю полосу пропускания линии связи (каротажного кабеля), невьюокая помехоустойчивость и чувствительность. В глубинном приборе устройства на выходе модуляторов сигнал несинусоидален, поэтому межканальные влияния значительны, что и ограничивает число каналов. В наземном пульте разделение ЧМ каналов выполняется сложным и громоздкими пассивными LC-фильтрами пятого порядка, сильно усложняюгцими и удорожающими устройство. Невысокая помехоустойчивость обуславливается применением в наземном пульте усилителя-ограничителя с туннельным диодом в триггерном режиме. Так, несмотря на сравнительно широкополосную частотную модуляцию (+15%) при отношении сигнал/шум на входе наземного пульт а равном 20 динамический диапазон уменьшается до 30 дБ, а при отношении сигнал/шум, равном и меньшем семи устройство полностью теряет работоспособность Невысокая помехоустойчивость приводит к необходимости передачи информационного сигнала большой мощности а это ограничивает глубину исследования скважин. Чувствительность уст ройства невысока и составляет после фильтра низких частот 6 мВ на 1% девиации частоты, поэтому Для получения динамического диапазона поряд ка 60 дБ необходима девиация частот не менее jflO-15%, что также не дает возможности реализовать более четырех ЧМ каналов. Цель изобретения - повышение пом хоустойчивости и чувствительности, увеличение числа каналов. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем глубинный прибор, состоящий из п ЧМ каналов с последовательно соединенными датчиком и ча стотным модуля тором, выходы которых подключены к сумматору усилителем мощности, со единенным линией связи с наземным пультом, содержащий нормирующий усилитель и п приемных ЧМ каналов включающих каждый последовательно соединенные фильтр низких частот, измерительный усилитель, синхронный детектор и регистратор, в каждо канале наземного пульта между выходом нормирующего усилителя и филь рами низкой частоты включены п ка нальных селективных преобразовател частотно-модулированных сигналов, . выполненных в виде следящего не-, изохронного генератора, работающег в режиме захвата частоты. На фиг.; 1 приведена структурная схема предлага.емого устройства (де тально показаны общеканальные узлы и узлы одного из ЧМ каналов глубинного прибора и наземного пул та); на фиг. 2 - амплитудно-частот ная характеристика селективного преобразов1ателя ЧМ сигнала; на фиг. 3 - его резонансная характери тика. Устройство состоит из глубинного прибора, содержащего ЧМ канал с датчиком 1 и частотным модулятором 2, сумматор 3 и усилитель 4 мощности, который линией 5 связи соединен с наземным пультом, содержа1дам нормирующий усилитель 6 и приемные ЧМ каналы, представляющие каждый селективный преобразователь ЧМ сигнала 7, фильтр 8 низких частот, измерительный усилитель 9, синхронный вьшрямитель 10, регистратор 11. Сигналы с датчиков управляют частотными модуляторами, напряжения KOTbi ix суммируются в сумматоре 3, усиливаются в усилителе 4 и через линию 5 связи поступают на нормирующий усилитель 6. Назначение нормирующего усилителя 6 - снизить до 2-4% изменения амплитуды поднесущих частот отдельных каналов, которые появляются за счет паразитной амплитудной модуляции в частотных модуляторах, непостоянства питающих напряжений, влияния изменений температуры окружающей среды, нестабильности передаточной характеристики линии связи. Нормировка осуществляется за счет введения глубокой автоматической регулировки усилений без искажения формы канальных сигналов, что необходимо для предотвращения появления, перекрестных искажений. Нормализованные по уровню канальные сигналы поступают на групповой вход селективных преобразователей ЧМ сигнала 7, которые вьвтолняют одновре 1енно две функциональные операции: выделение соответствующего канального сигнала и частотное детектирование. Селективный преобразователь ЧМ сигнала 7 построен по схеме следящего неизохронного гармонического генератора в режиме захвата частоты, выполненного на цепочечном RC-генераторе третьего порядка. Амплитудно-частотная характеристика селективного преобразователя ЧМ сигнала показана на фиг. 2, где и - напряжение на выходе селективного преобразователя; частота генератора в режиме автоколебаний-, - текущая частота. Такой селективный преобразователь имеет линейность не хуже +1,5Z при девиации частоты ±5% и чувствительность порядка 150 мВ на 1% девиации (вместо 6 мВ на 12 девиации в устройстве СзЗ. Благодаря высоким избирательным свойствам указанного селективного преобразователя устройство имеет большую помехоустойчивость. Так, при отношении сигнал/помеха близком к единице устройство сохраняет работоспособность, в то время как известное устройство Dl теряет ее при отношении сигнал/помеха равном семи. Высокие избирательные свойства селективного преобразователя ЧМ сигнала объясняются тем, что его резонансная характеристика имеет вид следящей щели (фиг. 3) и вход приемного ЧМ канала открыт яе на всю полосу частот, отведенную для данного канала, а лишь для узко полосы, соответствующей мгновенному значению частоты приходящего ЧМ сиг нала. С выхода селективного преобразователя 7 сигнал поступает на фильтр 8 низких частот и измеритель ный усилитель 9. Выделение информационного сигнала осуществляется синхроиньм вьтрямитепем 10, выход к торого соединенс регистратором. 98 Высокая помехоустойчивость и большая чувствительность предлагаемого устройства обеспечивают возможность увеличения числа измерительных каналов до восьми за счет уменьшения девиации частоты и сужения защитных частотных полос между каналами. При этом обеспечивается динамический диапазон порядка 60 дБ и более. Высокие избирательные свойства и чувствительность селективных преобразователей ЧМ сигнала исключает необходимость в применении громоздких полосовых фильтров для частотного разделения Каналов, а также дают возможность увеличить глубину исследования скважин вплоть до 15000 м без дополнительного увеличения мощности выходного усилителя в глубинном приборе. Все это обеспечивает вьюокую,экономическую эффективность предлагаемого устройства.

Фиг.З

1. МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАРОТАЖА СКВА;КИН, состоящее из глубинного прибора, содержащего h частотно-модулированных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика и частотного модулятора, выходы которых подключены к сумматору с усилителем мощности и наземного пульта, соединенного с глубинньм прибором линией связи, содержащего нормирующий усилитель и п приемных частотно-модулированных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра низкой частоты, измерительного усилителя, синхронного детектора и регистратора, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и чувствительности и увеличения числа каналов устройс-тва, между выходом нормирующего усилителя и фильтрами низкой частоты каж(Л дого канала включены f, канальных селективных преобразователей частотно-модулиро.ванных сигналов. 2. Устройствб по п. 1, отличающееся тем, что в качестве селективного преобразователя частотно-модулированных сигналов испольел зован следящий неизохронный генерао тор, работающий в режиме захвата ел частоты. QO 00