Устройство для геофизическихиССлЕдОВАНий МЕжСКВАжиННОгО пРО-CTPAHCTBA Советский патент 1981 года по МПК G01V11/00 

Изобретение относится к устройствам для изучения физических свойств горного массива и может быть использовано при исследовании межскважин- 5 ноге пространства методами межскважинного геофизического зондирования (акустического прозвучивания или электрического, радиоволнового и радиоактивного просвечивания), напри-i 10 мер, при контроле качества искусственио закрепленных грунтов.

Известны устройства для исследования межскважинногр пространства с помощью двух подвешенных в сосед- |5 них скважинах скважинных снарядов, включающих раздельно излучатель и датчик зондирующего поля, устанавливаемые на одинаковую глубину по специальным меткам, нанесенным на 20 кабели, на которых подвешиваются снаряды. В интервалах между метками установку излучателя и датчика на одинаковую глубину производят по показаниям счетчиков оборотов мерного 25 ролика .блок-баланса. База исследования, т.е. расстояние между излучателем и датчиком во время замера определяется по данным инклинометрии в предположении, что последние во время замера находятся на одинаковой глубине 11.

Однако вследствие непостоянства диаметров кабелей, приводящего к ошибкам в определении длины кабеля по показаниям счетчика оборотов, неодинакового удлинения кабелей под нагрузкой (при подвешивании на них зондов), проскальзывания кабеля по мерному ролику блок-баланса, а также вследствие субъективных ошибок (например при подсчете меток) возникает рассогласование излучателя и приемника по глубине установки, что приводит к искажению информации об исследуемом межскважинном пространстве.

Известен также комплексный прибор ультразвукового контроля инъекционного закрепления межскважинного пространства, включающий генераторный снаряд с излучателем ультразвукового зондирующего поля и Гэнераторным соленоидом, приемный снаряд с акустическим датчиком и приемным соленоидом, два каротажных подъемника с кабелями, блок управления подъемников и пульт геофизической аппаратуры. Для повышения производительности исследования в этом приборе исполь эован электромагнитный способ измерения базы прозвучивания, реализован ный при помощи генераторного и приемного соленоидов, каждый из которых конструктивно совмещен с соответствующим акустическим прибором в одном из скважинных снарядов. Уста новку излучателя и датчика на одинаковую глубину производят перед каждым замером при помощи указанных со леноидов по максимуму сигнала, изме .ряемого на выходе приемного соленои да. Таким образом, исключается влия ние факторов, вызывающих в аналогич ных устройствах рассогласование по глубине установки излучателя и датчика зондирующего поля, поскольку в устройстве комплексного прибора обеспечивается непосредственное определение взаимного смещения по глу бине излучателя и датчика с помощью жестко связанных с ними соленоидов (2}. Однако установка излучателя и датчика зондирующего поля на одинаковую глубину в этом приборе осуществляется вручную и определяется по показаниям измерительного прибора, пода люченного к выходу приемног соленоида, что существенно ограничи вает производительность труда при детальных исследованиях межскважинного пространства. Цель изобретения - повышение про изводительности и качества исследований межскважинного пространства Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем генераторный снаряд с излуча телем зондирующего поля и генератор ным соленоидом, приемный снаряд с датчиком зондирующего излучения и приемным соленоидом, два каротажных подъемника с кабелями, блок управления подъемников и пульг геофизической аппаратуры, приемный соленоид выполнен в виде двух секций, плоскость симметрии которых размещена о центра датчика зондирующего излучения на расстоянии, равном расстоянию между центрами излучателя зондирующего поля и генераторного соле ноида, причем блок управления подъем ников содержит схему сравнения, вход которой подключен к секциям приемно го соленоида, а выход через усилитель мощности - к реверсивному элект родвигателю барабана одного из подъемников. Вследствие симметрии напряженност электромагнитного поля генераторного соленоида относительно его экваториальной плоскости выполнение приемного соленоида в виде двух жестко связанных между собой секций обеспечивает (при параллельности скважин и одинаковой чувствительности секций) возможность сравнения амплитуды напряженности магнитного поля генераторного, соленоида на постоянном базисе, что позволяет однозначно определять направление смещения приемной катушки вдоль, скважины вблизи указанной экваториальной плоскости относительно последней и при помощи электромеханической схемы автокомпенсации выходных сигналов секций автоматически устанавливать приемную катушку симметрично относительно экваториальной плоскости генераторной, обеспечивая тем самым автоматическую установку геофизических зондов на одинаковую глубину. На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства, в рабочем положении; н фиг. 2 - блоксхема устройства; на фиг.З - кривая изменения величины осевой составляющей вектора магнитной индукции на оси приемной скважины. Устройство для геофизических исследований межскважинного пространства включает скважинные снаряды 1 и 2 с каротажными подъемниками 3 и 4, блок 5 управления подъемниками и пульт 6 геофизической 4ппаратуры. Генераторный снаряд 1 содержит генераторный соленоид 7 и излучатель 8, а приемный снаряд 2 - приемный соленоид 9, выполненный в виде двух последовательно соединенных секций 10 и 11, датчик 12, блок 13 предварительного усилителя и схему 14 сравнения. Каротажные подъемники 3 и 4, соответственно, имеют направляющие ролики 15 и 16, барабаны 17 и 18 с кабелями 19 и 20, электрические коллекторы 21 и 22 и электродвигатели 23 и 24 с редукторами 25 и 26. Блок 5 управления подъемниками 3 и 4 содержит конструктивно размещенную в приемном снаряде 2 схему 14 сравнения, вход которой подключен к секциям 10 и 11 приемного соленоида 9, а выход через усилитель 27 мощности - к реверсивному электродвигателю 24 барабана 18 приемного снаряда 2, и наземную панель 28, содержащую элементы коммутаций (не показаны) электродвигателей 23 и 24 и усилитель 27 мощности. Схема 14 сравнения включает параллельно подключенные к секциям 10 и 11 выпрямители 29 и 30 и соединенный с последними дифференциальный усилитель 31. Вход предварительного усилителя подключен к соленоиду 9. В пульте 6 размещены генератор .32, милливольтметр 33 переменного электрического напряжения и наземные блоки управления, измерения и регистрации (не показаны) геофизической аппаратуры. Кабели 19 и 20, переброшенные через направляющие ролики 15 и 16, связывают соответственно снаряды 1 и 2 механически с барабанами 17 и кинематически связанными с редуктор ми 25 и 26 и электродвигателями 23 и 24, и электрически через коллекто ры 21 и22- с пультом 6 и наземно панелью 28, обеспечивая электричес соединение между наземными и скважинными блоками геофизической аппар туры, а также входа генераторного соленоида 7 и выходов предварительного усилителя 13 блока и схемы 14 сравнения соответственно с выходом генератора 32 и со входами милливольтметра 33 и усилителя 27 мощно ти. Генераторный соленоид 7,а также секции 10и 11 приемного соленоида 9 располагают соосно продольным ося скважииных снарядов 1 и 2 соответственно. Секции 10 и 11 идентичны по конструкции и чувствительности к напряженности электромагнитного пол на рабочей частоте генератора 32. Полярность подключения реверсивного электродвигателя 24 к выходу усилителя 27 мощности выбирают такой, чт бы при уровне электрического сигнала, поступающего с выхода верхней секции 10, вал электродвигателя 24 передавал барабану 18 направление вращения, обеспечивающее спуск приемного снаряда 2. Плоскость 34 симметрии секций 10 и 11 размещают от центра датчика 12 на расстоянии С, равном расстоянию между центрами излучателя 8 и генераторного соленоида 7. Устройство работает следующим образом. В скважину 35, вскрывшую исследу мый горный массив 36 и имеющую, например, вертикальную ось 37, на начальную глубину исследования, опр деляемую по меткам (не показаны), на кабеле 19 опускают скважинный снаряд 1. Генераторный соленоид 7, питаемый синусоидальным электрическ током постоянной силы .от низкочастотного генератора 32, излучает в массиве 36 гармоническое электромагнитное поле. Изменение амплитуды осевой составляющей В вектора магниткой индукции этого поля на оси 38 соседней скважины 39 пробуренно вертикально (т.е. оси 37 и 38 скважин 35 и 39 параллельно), показано графически (фиг. 3) в пространствен ном совмещении, как функция относительного перемещения плоскости 34 симметрии секций 10 и 11 приемного соленоида 9 от экваториальной плоскости 40 симметрии генераторного соленоида 7. Указанная зависимость B(Z) симме рична относительно экваториальной плоскости генераторного соленоида и монотонно возрастает вблизи этой плоскости с приближением к последне Эта особенность структуры поля генераторного соленоида 7 и используется при работе предлагаемого устроист в.а. В скважину 39 опускают приемный снаряд 2. Глубину установки h приемного снаряда 2 фиксируют примерно по максимуму показаний милливольтметра 33. При этом электромагнитное поле генераторного соленоида 7 возбуждает на выходах секции 10 и 11 приемного соленоида 9 электрические сигналы, амплитуда которых находится в прямой зависимости от амплитуды осевой составляющей В вектора магнитной индукции в центрах соответствующих секций 41 и 42. Суммарный электрический сигнал на выходе последовательно соединенных секций 41 и 42 соленоида 43 усиливается предварительным усилителем 13 н измеряется милливольтметром 33. Таким образом, положение 44 приемного снаряда 2, в которое он приведет по максимуму показаний милливольтметра 33,примерно соответствует положению максимума суммы величин амплитуды центрах секций 41 и 42 (например в точках а п б оси 2 (фиг. 3) и приблизительной установке приемного снаряда на начальную глубину ti исследования. Для точной установки приемного снаряда на начальную глубину h- исследования приводят в рабочее положение блок 5 управления подъемниками 3 и 4. При этом, поскольку в начальном положении 44 приемного снаряда 2 уровень электрического сигнала, поступающего с выхода, нижней секции 11, превышает уровень сигнала на выходе верхней секции 10, то после выпрямления этих сигналов в выпрямителях 29 и 30 на выходе дифференциа/jbHoro усилителя 31 образуется разностный сигнал (полярность которого определяется направлением вертикального смещения / Z приемного снаряда 2 от экваториальной плоскости 40 генераторного соленоида 7), который после усиления в усилителе 27 мощности поступает на реверсивный электродвигатель 24 приемного снаряда 2 и обеспечивает (в соответствий с выбранной полярностью подключения электродвигателя 24 к выходу усилителя 27 мощности) спуск приемного снаряда 2. При достижении-этим снарядом глубины h установки генераторного снаряда предлагаемое устройство прекращает спуск приемного снаряда, поскольку при этом достигается равенство величин амплитудцл В в центрах секций 10 и 11. С помощью излучателя 8 (например пьезостриктора при акустическом прозвучивании массива 36, искусственно закрепленного мочевинно-формальдегидными смолами) возбуждают зондирующее физическое поле {упругие волны) , которое, распространяясь в массиве 36, воспринимается датчиком 12 (акустическим,преобразователем)/преобразующим поступающую в него энергию зондирующего поля (механическую энергию упругих колебаний) в электри ческий сигнал, измеряемый и регистри руемый в пульте б. Перемещая генераторный снаряд 1 по скважине 35 в интервале исследований, производят поглубинную регистрацию показаний мил ливольтметра 33 и параметров зондирующего сигнала, поступающего от дат чика 12 (например времени прохождения к затухания амплитуды упругой вол1Ш в межскважинном пространстве массива 36). При этом предлагаемое устройство, как указано вьдие, автоматически выводит приемный снаряд 2 на глубину установки генераторного снаряда 1. Для количественной оценки физических свойств пород массива 36 в межскважинном пространстве (например прочности, водопроницаемости и т.п.) производят поглубинныё определения межскважинного расстояния d, например, по известной зависимости от амплитуды вертикальной составляющей вектора магнитной индукции генераторного соленоида 7, воспринимаемой приемным соленоидом и измеряе мой с помощью милливольтметра 33, и приводят вычисления по известным формулам -связи измеряемых параметров зондирующего сигнала с физическими свойствами пород массива. Использование предлагаемого устро ства обеспечивает по сравнению с известными устройствами повышение оперативности геофизических исследований, снижение трудоемкости работ и повьипение качества межскважинных исследований, что существенно повыщает технико-экономические показатели работ при производстве геофизических исследований межскважинного пространства. Формула изобретения Устройство для геофизических исследований межскважинного пространства, включающее генераторный снаряд с излучателем зондирующего поля и генераторным соленоидом, приемный снаряд с датчиком зондирующего излучения и приемным соленоидом, два каротажных подъемника с кабелями, елок управления подъемник в и пульт геофизической аппаратуры, отличающееся тем, что, с целью повышения произво 1ительности и качества исследования межскважинного пространства, приемный соленоид выполнен в виде двух секций, плоскость симметрии которых размещена от центра датчика зондирующего излучения на расстоянии, равном расстоянию между центрами излучения зондирующего поля и генераторного соленоида, причем блок управления подъемников содержит схему сравнения, вход которой подключен к секциям приемного соленоида, а выход через усилитель мощности - к реверсивному электроделителю барабана одного из подъемНИКОВ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Геофизика. Гостоптехиздат , 1961, т.2, с. 668. 2.Разработка методов и средств контроля противофильтрационных завес в процессе сооружения и эксплуатации. Белгород, ВИОГЕМ, 1976, с. ИЗ-иЭ (прототип).