1 V.,
Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть применено для изучения электрических характеристик среды, окружающей обсадную колонну.
Известно устройство для исследования скважин, состоящее из дипольного электродного зонда и размещенной в эаиштном металлическом кожухе электронной схемы, содержащей источник переменного тока, соединенный с токовыми электродами зонда, и усилитель, вход которого соединен с приемными электродами, а выход через кабель и наземное устройство с регистратором. Электроды зонда выполнены в виде скребков 1.
Однако данное устройство позволяет регистрировать полную составляющую тока, в составе которой преобладает осевая составляющая тока, зависящая от многих условий. Мгшейшее изменение контактного сопротивления таких электродов с колонной вызывает значительную модуляцию тока питания цепи АВ, что сказывается на результатах измерения. Эти недостатки проявляются при дискретных измерениях с остановкой зон-
да и совершенно не позволяют вести работы в динамике, т.е. при его движении.
Известно также устройство для электрического каротажа, которое представляет собой однополюсный электродный зонд, позволяющий измерять вторую разность потенциала, состоящий из питающего А и трех из10мерительных , М, электродов, выполненных в виде скребков. Электроды М и Mj соединены через сопротивлеиия между собой и расположены .f по высоте скважины симметрично по обе стороны электрода N . Между электродом N и средней точкой указанного сопротивления включен измерительный прибор 2.
Хотя такое устройство позволяет
20 устранить влияние осевой составляющей тока на измеряемую величину, однако другие недостатки проявляются в большой степени, так как осевая составляющая тока измеряется по па25дению напряжения иа отрезке колоииы между измерительными электродгили, представляет собой втЬрую производную потенциала и оказывается весьма малой. Кроме того, однополюсный зонд
создает наводки на измерительную цепь, так как обратный токовый,элект род В выводится на поверхность.
Известно устройство для электрического каротажа обсаженных сквгикин, которое состоит из набора четырех электромагнитных датчиков, отстоящих друг от друга по стволу скважины и рассчитанных на движение внутри обсадной колонны. Каждый датчик содержит ферромагнитный сердечник с токовыми обмоткгили, расположенными на сердечнике (вертикальная перекладина Е-образного сердечника), цепи для питания обмоток постоянным током для изменения проницаемости части обсадной колонны, примыкгиощей к каждбму датчику, цепи для питания обмоток переменного тока двух внешних датчиков, создающих в обсащной колонне ток продольного направления, причем эти токи, за исключением осевой составляющей, направлены встречно. Устройство содержит также цепь, соединенную с обмотками переменного тока двух внутренних датчиков, измеряющих переменные электрические сигналы, индуцированные в обмотках переменным током, проходящим по обсадной колонне. Магнитопроводы датчиков выполнены из электротехнической стали 3.
Основными недостатками указанного устройства являются невысокая вертикальная разрешающая способность и сложность выделения радиальной составляющей тока, что обуславливает наличие двух источников тока. Это ведет к усложнению устройства,оувеличивает его размеры и смещает точку записи к центру установки.
Цель изобретения - повышение разрешающей способности измерений при одном источнике тока - датчике-иидукторе.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для электрического каротажа обсаженных скважин/ содержащем зондовую часть с питающим электромагнитным датчиком Е-обраэной формы и удаленными от него двумя приемными электромагнитными датчиками также Е-образной формы, причем все цепи питания датчиков постоянным током последовательно соединены и подключены к кабелю, размещенному в корпусе, внутри которого также помещены блок питания, электромагнитный датчик-индуктор, включающий последовательно соединенные задакидий генератор, авторегулятор и усилитель мощности, подсоединенные к обмотке переменного тока питающего электромагнитного датчика, иа выходе которого подключено эталонное сопротивление, оба концы которого соединены с управляющими входами авторегулятора и измерительный блок, включающий последовательно соединенные усилитель, модулятор и выходное устройство, подключенное к кабелю, причем эталонное сопротивление через дополнительный модулятор соединено с выходным устройством, применено встречное включение измерительных обмоток двух приемных электромагнитных датчиков. При этом обмотки электромагнитных датчиков размещены на горизонтальных перекладинах Е-образного магнитопровода. Кроме того, магнитопровод можно выполнить Т-образной формы.
На фиг. 1 схематически показана скважинная часть предлагаемого устройства; на фиг. 2 - вариант применения устройства для проведения каротажа в открытом стйоле с :важины; на фиг. 3 - блок-схема аппаратуры для каротажа проводимости; на фиг.4 измерительный роли -электрЬд; на фиг. 5 и б - варианты выполнения электромагнитных датчиков и расположение обмоток на магнитопроводах; на фиг. 7 и 8 - пути магнитных потоков (переменного и постоянного) через -магнитопровод датчиков и материа колонны либо корпус прибора для аппаратуры, предназначенной для работы в открытом стволе скважины.
Устройство содержит электромагнитный питающий датчик 1 для исследования горных пород 2, находящихся за обсадной колонной 3, помещенной в скважину 4. Скважинная часть аппаратуры состоит из корпуса 5, приспособленного для движения внутри колонны, и опускается в скважину на одножильном или трехжильном бронированном кабеле 6. Для обеспечения движения корпуса прибора по обсадной колонне он снабжен двумя рядами роликов 7, которые обеспечивают зазор между корпусом прибора и внутренней стенко.й колонны в 1-1,5 мм. При работе в скважине, стенки которой не защищены стгшьной -колонной, роль обсадной колонны выполняет охранный корпус прибора (фиг. 2).
Внутри корпуса (фиг. 3) размещен питакяций электромагнитный датчик (а в случае двухзондового прибора два электрсп агнитных питающих датчика, выполияющих роль индуктора (непоказаны}, передающий электрическую энергию электромагнитным способом, состоящий из обмотки 8 постоянного тока и обмоток 9 к 10 переменного тока,, соединенный с усилителем 11 мощности, авторегулятором 12 и задающим генератором 13. Задающий генератор, авторегулятор, усилитель мощности, обмотки переменного тока литакхдего датчика и эталонное сопротивление образуют блок питания.
Приемные электромагнитные датчики 14 и 15 (фиг. 1 и 2),расстояние между которыми мало по сравнению с расстоянием между питающим и измерительным датчиками, образуют дифферециальный электромагнитный диполь 16 (обведен пунктиром), обмотки которого по конструкпии и обозначению (фиг. 3) аналогичны обмоткам питающго электромагнитного диполя.
Обмотки переменного тока измери тельного дифференциального электромагнитного диполя 16 включены встрено и соединены с усилителем 17, который через модулятор 18 и выходное устройство 19 соединен скабелем. При этом эталонное сопротивление R, включенное на выходе питающего датчика и соединенное с управляющими входами авторегулятора, подсоединено через дополнительный модулятор 2 ко второму входу выходного устройства. Измерительный диполь, усилитель, два модулятора и выходное устройство образуют измерительный блок скважинного снаряда,Нижняя панель 21 (фиг. 3) построна обычным образом, принятым в каротаже, и включает источник 22 постоянного тока, фильтры 23, усилители 24 высокой частоты, ограничители 25, демодуляторы 26, усилители 27 низкой частоты, фазочувствительны выпрямитель 28 и регистратор 29.
Ролики-злектроды (фиг. 4) выполнены в виде зубчатых роликов 30, расположенных на прижимном устройстве и укрепленных на кернах 31, которые одновременно служат токосъемниками. Сила пружины и конструкция роликов обеспечивают надежность контакта с обсадной колонной даже в местах, покрытых окалиной или ржавчиной, вследствие ударного воздействия зубцов роликов на по1верхность колонны. Пространство между токосъемными роликом и керном заполнено графитовой смазкой 32. Ролик закреплен в корпусе 33 при помощи шплинта 34.
На фиг. 5 и б показано положение электромагнитных датчиков внутри корпуса и обсадной колонны, т-образный сердечник 35 (фиг. 5) и Т-образный сердечник 36 (фиг. 6) прижаты к обсадной колонне, при этом на сердечниках размещены обмотки постоянного и переменного токов (фиг.З), Магнитные потоки, создаваемые датчиками, включают постоянный 37 и переменный 38 магнитные потоки (фиг. 7 и 8) и растекаются по обсадной колонне или контуру прибора. I
Устройство работает следуюашм образом.
От источника 22 постоянного тока (фиг. 3) по кабелю 6 в скважинный снаряд к обмоткам 9 и 10 соответственно электромагнитного датчикаиндуктора 1 и дифференциального измерительного электромагнитного диполя 16, состоящего из системы вихретоковых датчиков Н и 15, подается постоянный ток заданной величины. В связи с этим каждый датчик ведет себя как электромагнит и притягивает корпус 5 прибора к стенке обсадной колонны 3, причем необходимый зазор обеспечивается опорными роликами 7. Одновременно с этим постоянный ток поступает через цепь (не показана) для питания электрической схемы, размещенной внутри корпуса 5. Начинают работать задающий генератор 13 и автоматический регулятор 12 тока. Регулируемый усилитель 11 мощности подает переменный ток к обмоткам 9 и 10 переменного тока электромагнитного датчика-индуктора 1. Участок колонны, примыкающий к среднему полюсному га-образному сердечнику 35 Е-образного магнитопровода или к вертикальному сердечнику 36 Т-образного магнитопровода (фиг. 7 и 8), насыщен постоя чным магнитным потоком 37. Переменный магнитный поток 38 в результате д- йствия обмоток переменного тока проходит по большему полукольцу обсадной колонны и вызывает в ней мощные вихревые токи, которые порс ждают в проводящем материале горных пород разность потенциалов около концов электромагнитного датчи а-индуктора 1. Ток, растекаясь по колонне и стекая с нее, экспоненьиально затухает.
Поскольку часть обсадной колонны, примыкающая к полюсным сердечникам приемного дифференциального электромагнитного диполя 16, является магнитопроводом, то ток по колонне изменяет магнитную проницаемость магнитопровода пропорционально проходящему току и порождает переменный магнитный Поток в магнитопроводах приемного дифференциального электромагнитПого диполя 16. Магнитный поток индуцирует ЭДС в рбмотках диполя. Обмотки 9 и 10 переменного тока дифференциального приемного электромагнитного дипсля, образованного измерительными датчиками, включены встречно и на заданном участке колонны измеряют кривизну спада тока, или, что то же самое, радиальный ток ig, который затем усиливается усилителем 17, подвергается частотной модуляции в модуляторе 18 и подается по кабелю 6 через выходное устройство 19 на поверхность. В кабеле существуют два напряжения - постоянное и переменнее. На поверхности производится их разделение фильтрами 23, затем переменное напряжение усиливается в усилителе 24 BIJCOKOK частоты и после амплитудного ограничения в ограничителе 25 подвергается частотной дeмo,yляции в демодуляторе 26. Далее это напряжение поступает на усилитель низкой частоты (УИЧ) 27
После усиления сигнал низкой частоты вылрямггяется в фаэочувствительном выпрямителе 28 и подается на регистратор, обеспечивая тем самым непрерывную запись диаграмм, характеризующих удельное сопротивление горных пород, окружающих обсадную колонну или охранный корпус прибора.
Поскольку усилитель 17 можно выполнять с высоким входным сопротивлением, а изменение контактного сопротивления при снятии потенциалов при помощи электродов-роликов составляет небольшой процент от входного, то представляется возможным гальваническое измерение сигналов. Вместо дифференциального измерительного элект омагнитного диполя 16 для получения информации о радиальном токе и измерении разности потенциалов воз можно использование электродов М,N и Мд,образующих трехэлектродную дифференциальную установку.Для притягивания корпуса прибора к колонне в этом случае необходимо дополнительно применять электромагнит.
о Величина нагрузки питающего датчика зависит от сопротивления вмещающих скважину пород. Поэтому для исключения изменения тока питающего датчика на эталонном сопротивлении R измеряют потенциал, который через демодулятор 26 передают на поверхность, где его используют для относительных измерений разности потенциалов, измеряемых дифференциальным диполем 16..
Технологически более просто изготовление обмоток датчиков с Е-образной формой сердЪчника, когда катущки, образующие обмотки, размещены на горизонтальных перекладинах сердечника. Конструкция датчиков еще более упростится, если магнитопровод выполнять Т-образной формы. Обычно магнитопровод выполняется из набора пластин марок Перемендюр, Гиперко либо Феррита, имеющих более высокие эксплуатационные параметры, и имеет Е или Т-образное сечение. Катушки датчиков помещают на нижней. и верхней перекладине Е или Т-образного магнитопровода, что дает возможность механизировать их намот ку и удобно при сборке датчиков.
Использование предлагаемого устройства позволяет улучшить разрешающую способность измерений фонда обсаженных скважин.
6ормула изобретения
1.Устройство для электрического каротажа обсаженных скважин, содержащее зондовую часть с питающим электромагнитным датчиком Е-образной формы и удаленными от него двумя приемными электромагнитными датчиками также Е-образной формы, причем все цепи питания датчиков постоянным током последовательно соединены и подключены к кабелю, размещенному в корпусе, внутри которого также помещены блок питания, электромагнитный датчик-индуктор, включающий
последовательно соединенные задающий генератор, авторегулятор и усилитель мощности, подсоединенные к обмотке переменного тока питающего электромагнитного датчика, на выходе которого подключено эталонное сопротивление, оба концы которого соединены с управляющими входами авторегулятора, и измерительный блок, включающий последовательно соединенные усилитель, модулятор и выходное устройство, подключенное к кабелю, при этом эталонное сопротивление через дополнительный модулятор соединено с выходным устройством, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности измерений при одном источнике тока - датчике-индукторе, измерительные обмотки двух электромагнитных датчиков включены встречно.,
2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что обмотки электромагнитных датчиков размещены на горизонтальных перекладинах Е-образного магнитопровода.
3.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что магнитопроводы электромагнитных датчиков выполнены Т-образной формы.
Источники информации, принятые во в«имание при экспертизе
1.Авторское свидетельство СССР №266090, кл. G01V 3/18, 1970.
2.Авторское свидетельство СССР 70228, кл. 21 у 30/01, 1959.
3.Патент США 3277363,кл.324-1, .1966 (прототип).
ff
IX
Сриг.З
(риг. f
fput.f
Put.7
(put. 9
