ПРИБОР ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН Советский патент 1966 года по МПК G01V3/18 

Для исследования разрезов буровых скважин в местах нефтяных и газовых месторождений все шире используется индукционный каротаж скважин. Этот метод основан на измерении удельной электропроводности горных пород с помощью индукционных (вихревых) токов. При проведении индукционного каротажа на поверхности размещают регистрирующую аппаратуру и источники питания, а в скважину на каротажном кабеле опускают глубинный прибор, состоящий из индукционного зонда и электронной части. Индукционный зонд снабжен несколькими катущкамн. Одни из них являются генераторными или передающими, а другие измерительными или приемными. Электронная часть может содержать высокочастотный генератор, измерительный усилитель с выпрямителем, устройства, обеспечивающие питание генератора и усилителя, и вспомогательные переключатели. Генераторные катушки-зонды питаются переменным током повыщенной частоты н постоянной силы от генератора электронной части. Переменное магнитное поле этих катушек индуцирует вихревые токи в среде, окружающей глубинный прибор. Магнитное ноле вихревых токов в среде, в свою очередь, индуцирует в измерительных катушках э. д. с., называемую сигналом. Сигнал пропорционален удельной проводимости пород. Он усиливается измерительным усилителем, выпрямляется и направляется на поверхность для регистрации. Измерительная схема градуируется так, что записанная кривая представляет собой

кривую проводимости в определенном масштабе. Трудности создания скважинной аппаратуры связаны с тем, что аппаратура должна нметь ограниченные габариты и работать при значительных изменениях температуры

от 0° до 150°С.

Предлагаемое изобретение дает возможность новысить надежность работы прибора в условиях высоких температур, уменьшить потребляемую мощность и повысить точность измереннй активной составляющей.

Для этого предлагают применить в скважинном приборе вместо генератора статический умножитель частоты, а измерительный

усилитель охватить цепью автоматической компенсации реактивной составляющей сигнала, состоящей из фазового детектора, фильтра и модулятора. Чтобы улучшить качество контроля нулевой линии, в схему контроля

включают цепь компенсации паразитного активного сигнала. ма фазочувствительного детектора, фильтра и модулятора. Схема на поверхности является частью автоматической каротал ной станции, например АКС-7, ОКС-56 и др. Она содержит источник переменного тока питания 1, разделительный конденсатор 2, разделительный дроссель 3 и регистрирующий прибор 4. Схему соединяют со скважинным прибором каротажным кабелем 5. Скважинный нрибор состоит из электронной схемы и катушек индукционного зонда. Электронная схема включает разделительный конденсатор 6, силовой трансформатор 7, через который питается выпрямитель питания 8 и статический умножитель Я трансформатор 10, через который осуществляется питание генераторных катушек зонда. Она содержит также трансформатор //, к которому подключена измерительная цепь зонда, конденсатор 12, измерительный усилитель 13, охваченный на участке от измерительных катушек до выхода усилителя цепью автоматической компенсации реактивной составляющей сигнала, состоящей из фазочувствительного выпрямителя 14, фильтра 15 и модулятора 16, детектор 17, разделительный дроссель 18 и реле 19. Зонд прибора имеет главную генераторную катушку 20, фокусируюи ую генераторную катушку 21, компенсационную катушку 22, измерительную катушку 23 и фокусирующую измерительную катушку 24. Измерительная цепь подключена к первичной обмотке входного трансформатора // последовательно с небольшими сопротивлениями 25 и 26. Схема контроля за положением нулевой линии содержит трехплатный переключатель 27 на два полол ения; индуктивность 28, являющуюся полным эквивалентом генераторной .цепи зонда, цепь активных сопротивлений 29, сопротивления 30, 31 и 32 и контакт 33 для осуществления контроля коэффициента усиления сигнала. Статический умножитель 9 частоты состоит из трансформатора 34, выпрямителя на диодах 35 и 36 и конденсатора 37. Фазочувствительный детектор построен по кольцевой схеме на диодах 38-41. Фильтр 15 построен на сопротивлении 42 и емкости 43. Л1одулятор 16 собран по схеме последовательного ключа на транзисторе 44. Нагрузка модулятора подключена через конденсатор 45 и состоит из сопротивлений 46, 47 и 26. Питание глубинного прибора осуществляется от источника питания / переменным током низкой частоты. Выбирается частота 300 гц при работе со станцией ОКС-56 или 25 кгц, что предпочтительнее, при работе со станцией АКС-7. Регистрирующим прибором, например, фоторегистратором станции, регистрируется медленно меняющийся полезный сигнал постоянного тока. Переменный ток питания частоты /,1 по кабелю подается через разделительный конденсатор 6 на первичную обмотку силового трансформатора 7. Через трансформатор питается выпрямитель питания 8 и статический умножитель частоты 9. Напряжение на выходе выпрямителя 8 используется для питания электронного измерительного усилителя 13. Умножителем частоты 9 частота тока питания умножается во столько раз, чтобы получить частоту, необходимую для питания генераторных катушек зонда. Генераторные катушки обычно питаются переменным током с частотой около 20 кгц. Следовательно, при /,1 5 кгц необходимо умножение в 4 раза, при /i 2 кгц - в 8-10 раз и т. д. Ток повышенной частоты (n/ii) через трансформатор JO питает цепь генераторных катушек 20, 21, 22 иидукциониого зонда. При питании генераторных катушек создается переменное магнитное поле, индуцирующее в горных породах вихревые токи. Магнитное ноле вихревых токов индуцирует э.д. с. в измерительных катущках 23 и Измерение активной составляющей и подавление реактивной осуществляется следующим образом. Измерительная цепь зонда подключена к первичиой обмотке входного траисформатора /) усилителя 13 последовательно с небольшими сопротивлениями 25 и 26. Напряжение сигнала на резонансном контуре из вторичной обмотки трансформатора // и конденсатора 12 усиливается усилителем 13, выпрямляется детектором 17, через разделительный дроссель 18 направляется в центральную жилу кабеля и по ней - в прибор 4 для регистрации. Часть напряжения с выхода усилителя подается на фазочувствительный выпрямитель 14. Выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя пропорционально реактивной составляющей сигнала. Далее оно проходит фильтр 15 и подается на модулятор 16. С помощью модулятора постоянное напряжение преобразуется в реактивное переменное напряжение, которое в отрицательной полярности подается через сопротивление 26 на вход измерительной цепи и компенсирует реактивную составляющую сигнала. Напряжение на выходе усилителя 13 оказывается пропорциональным активной составляющей сигнала, которая наиболее тесно связана с проводимостью горных пород. Для правильной работы фазочувствительного выпрямителя 14 и модулятора 16 на них подается опорное напряжение со специальной обмотки трансформатора 10, сдвинутое по фазе на 90° относительио тока в геиераториых катушках. В сложиых условиях работы скважинного прибора особенно важен контроль положения нулевой линии записи и коэффициента усиления (передачи) сигнала. Контроль ноложения нулевой лииии осуществляется следующим образом. Переключатель 27 на чертеже показан в положении «измерение в момент записи сигнала индукционного каротажа. Во втором положении «нуль-сигнал с помощью переключателя 27 отключается цепь генераторных катушек, и вторичные обмотки трансформатоляющейся полным эквивалентом генераторной цепи зонда.

Индуктивность 28 экранирована и не создает внешних полей. Таким образом генераторная цепь зонда отключается без какихлибо изменений в режиме работы электронной схемы. При отключении генераторной цепи вихревые токи в породах исчезают, и сигнал на выходе усилителя должен соответствовать нулевому уровню сигнала. Однако в зонде и в электронной схеме имеются некоторые паразитные шумы, связи, наводки. Кроме того, для улучшения линейности характеристики измерительного канала на вход обычно подается активное напряжение «накачки. Все это приводит к тому, что нулевой уровень после отключения генераторной цепи зонда оказывается отличающимся от уровня соответствующего нулевой проводимости окружающей зонд среды.

Чтобы исключить смещение пулевой линии на диаграмме, одновременно с переключением высокочастотной цепи па эквивалент переключателем 27 включается цепь из активных сопротивлений, с помощью которой падение напряжения на сопротивлении в цепи питания подается на сопротивление 26 в измерительной цепи. Величина полупеременного сопротивления 29 при регулировке подбирается так, чтобы введенный дополнительный сигнал скомпенсировал остаточный активный сигнал в измерительной цепи. Легко отрегулировать систему так, чтобы положение пуля регистрирующего прибора 4 строго соответствовало нулевой проводимости окружающей зонд среды. В предлагаемое устройство вводится дополнительно только активный сигнал. Легко видеть, что разница в реактивных сигналах устраняется системой автоматической компенсации реактивной составляющей. Система контроля положения нулевой линии проста и надежна.

Для контроля коэффициента усиления (передачи) сигнала с помощью контакта 33 замыкается цепь из сопротивлений 3J, 32, 25 и на вход усилителя 13 подается стандарт-сигнал. По величине выходного сигнала судят о коэффициенте передачи.

Управление переключателем 27 и контактом 33 производится с поверхности реле 19 таким же образом, как, например, в аппаратуре типа оке.

Непосредственно умножитель частоты действует следующим образом. Первичная обмотка трансформатора 34 питается от выпрямителя на диодах 35 36 током, в котором преобладают пульсации удвоенной частоты 2fi. Режим подобран так, что сердечник насыщается и напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора 34 богато высшими гармониками. Вторичная обмотка трансформатора соединена с обмоткой трансформатора 10 и конденсатором 37 настроена на гармонику, частота которой равна пеобходимой частоте питания генераторных катушек зонда. Управляющее напряжение для схемы автоматической компенсации реактивной составляющей сигнала подается также с обмотки трансформатора 10.

Таким образом, в предлагаемом приборе вместо специального электронного генератора для питания катушек используют статический умножитель частоты. Это значительно упрощает схему, резко уменьшает мощность, подводимую к скважинному прибору с поверхности, и увеличивает надежность прибора. Усилитель с целью автоматической компенсации реактивной составляющей обеспечивает падежный контроль нулевой линии, отличается

высокой стабильностью и высокой избирательностью по полезной составляющей сигнала. Схема контроля за положением пулевой линии обеспечивает возможность коптроля линии нулевой проводимости без подъема

скважинного прибора на поверхность. Это способствует значительному повышению качества результатов измерепий, так как значительная часть погрешности в диаграммах индукционного каротажа связана с отсутствием

возможности контроля нулевой линии в процессе проведения измерения.

П| едмет изобретения

1. Прибор для индукционного каротажа скважин, состоящий из зондового устройства с генераторными и приемпыми катущками и электронной части, содержащий силовой трансформатор, выпрямитель, источник питания

генераторных катушек, измерительный усилитель, детектор и схему контроля нулевой линии, отличающийся тем, что, с целью повышения падежности работы прибора в условиях высоких температур, уменьшения потребляемой мощпостп и повышения точности измерений активной составляющей, в нем в качестве источника питания генераторных катушек зонда использован статический умнол итель частоты, а измерительный усилитель охвачен цепью автоматической компенсации реактивной составляющей сигпала, состоящей, например, из фазочувствительного выпрямителя, фильтра и модулятора, нагруженного на делитель, последовательно включенный в

цепь измерительных катушек зонда.

2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества контроля нулевой линии, в схему контроля нуля введена цепь компенсации паразитного активного сигпала.