Способ выделения параметра вызванной поляризации при геоэлектроразведке и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК G01V3/06 

НИИ каротеьжа скважин} наблюдаются значительные изменения фазовых углов фильтровального гармонического сигнала из-за переходных Процессов в избирательных усилителях, что также не позволяет получить необходимую точность измерений.

Цель изобретения - повьляение точлости определения параметра вызванной поляризации.

Для достижения этой цели в известном способе вьаделения параметрайЦзванной поляризации .при геоэлектроразведке, заключающемся в том, что из измеряемого прямоугольного периодинеского сигнала исключают с изменяемым временем отсечки синхронно с моментами изменения направления тока в источнике начальную искаженную влиянием электродинамического становления поля стадию каждого импульса, из оставшегося импульса выделяют второй импульс напряжения меньшей длительности, начало которого совпадает с началом первого импульса большей длительности, усиливают эти импульсы с коэффициентами усиления, отнсйиение которых выбирают обратно прр.порциональным отношению длительностей импульсов напряжений, и измеряют разность амплитуд преобразованных сигналов, по величине которой судят о параметре вызванной поляризации, причем длительность второго импульса напряжения выбирают постоянной в пределах от 0,5 до 0,06 длительности первого импульса, а величину фиксированного интервала времени отсечки выбирают путем изменения этого интервала до получения минимальных значений амплитуды второго импульса постоянной длительности, а в известное устройство для осуществления данного способа, содержащее источник измеряемого сигнала, соединенный с блоком усиления и фильтрации, дифференциальный вольтметр и источник опорного сигнала, введены блок формирования импульсов, подключенный к синхронному детектору, блок изменения длительности импульсов, соединенный с блоком формирования импульсов, нормирующий усилитель, вход которого подключен к выходу синхронного детектора, а выход ко входу дифференциального вольтметра, и дискретный переключатель коэффициента усиления, подключенный к нормирующеглу усилителю..

-На фиг. 1 изобрг1жеиы эпюры возбуждаемого тока; на фиг. 2 - то же, принятого из земли сигнЕша; на фиг. 3 и 4 -то же, двух выделенных импульсов напряжений разной длительности . HMij,удаленных от начала импульса на время отсечки, на фиг. 5 - устройство для осуществления способа при проведении наземных измерений,

на фиг. б - устройство для проведения каротажных работ, вариант.

Устройство для осуществления способа (фиг. 5) выделения параметра вызванной поляризации содержит последовательно соединенные источник 1 измеряемого сигнала, блок 2 усиления и фильтрации сигналов, синхронный детектор 3, нормирующий усилитель 4, дифференциальный вольтметр 5, а также блок б формирования импульсов, соединенный с синхронным детектором 3, источник 7 опорного сигнала и блок 8 изменения длительности импульсов, подключенные к блоку 6 формирования импульсов, и дискретный переключатель 9 коэффициента усиления,подключенный к норлшрующему усилителю.

Устройство для реализации способа ,вьаделения параметра вызванной поляризации при проведении каротажных рабо (фиг. 6) дополнено по сравнению: с устройством, изображенным на фиг. 2, вторым синхронным детектором 10, вход которого соединен параллельно со входом первого синхронного детектора, а выход подключен ко входу второго нормируквдего усилителя 11, двумя интеграторам 12 и 13, входы которых соединены с выходами указанных детекторов, а выходы со входами дифференциального вольтметра,схемой 14 сравнения, источником 15 эталонного напряжения, блоком 16 управления коэффициентом усиления, а также вторым блоком 17 формирования импульсов вход которого соединен с источником 7 опорного сигнала, а выход со вторы синхронным детектором 10.

Электромагнитное поле в исследуемом участке .среды возбуждается переменным током прямоугольной формы (фиг. 1). В точках измерений из земли выделяют сигналы, форма которых отличается от прямоугольной вследствие протекания вихревых токов в земле (индукционные эффекты электродинамического становления поля) и вследствие эффектов поляризации среды. При этом индукционные эффекты искажают начальную стадию импульса напряжения, а эффекты поляризации более позднюю стадию (фиг. 2}. Из этого сигнала выделяют два импульса напряжения разной длительности с фиксированным временем отсечки синхронно с моментами изменения напряжения ток в источнике (фиг. 3 и 4). Интервал д t времени отсечки либо задают, исходя яз анализа условий измерений в данном участке, в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен, либо определяют 9кспвриментально. Для этого, не изменяя длительности йТ;{ второго короткого импульса, сдвигают этот импульс влево и вправо по временной оси и определяют амплитуду этого импульса. В том случае, когда амплитуда импульса имеет минимальную величину, время отсечки оказывается оптимальным, та;с как индукционные эф фекты при этом имеют уже минимальную величину, а интенсивность поляризационньлос процессов еще мала. Полученные импульсы напряжения длительностью л T,j и iiT усиливают с коэффициентами усиления, отношение KOToipux выбирают обратно пропорциональным отнсм1 ению длительностей этих импульсов, и измеряют разность ампли туд преобразованных сигналов, по величине которой судят о параметре ВП. Действительно, если среда не поляризуется, то амплитуда усиленных указанным способом импульсов оказыва ется одинаковой, а их разность равна 1нулю. Если же среда поляризуется,то полученная разность амплитуд сигналов отлична от нуля, причем разностный сигнал служит мерой поляризуемости среды. Для того, чтобы выделяемый предложенным способом параметр был эквивалентен обычно применяющимся параметрам ВП, следует отдельно измерить амплитуду второго импульса длительностью , а затем определить отноше ние разности амплитуд сигналов к амплитуде второго импульса. Длительность импульсов &Т выбирают, исходя из конкретных геоло гических условий района исследований и ожидаемого уровня электрических помех. Чем меньше длительность.импул са ьТ , тем больший полезный сигнал ВП регистрируется, но и тем сильнее влияют помехи на точность измерений, обычно длительность второго импульса Т выбирают, исходя из условия ДТ 0,05 + О 25 Т, где Т - период возбуждающего тока,а соотношение длительностей им пульсов выбирают, исходя из условия 2 - 16 Т При этом, чем меньше соотношение длительностей импульсов, тем выше помехозащищенность, но и тем меньше полезный сигнал. Поэтому, если измерения проводятся в условиях действия помех, но поляризующиеся объекты имеют высокую поляризуемость, следует выбирать ДТ 0,1 - 0,2 Т;ЛТ2 5-10 4Т. Если же проводится картирование слабо поляризующихся пород, например при гидрогеологических и инженерно геологических изысканиях, следует выбирать ЬТ 0,05 T;bT, Д Т. . Устройство для реализации способа в наземных условиях (фиг. 2) работа ет следующим образом. Принятый из земли сигнал от источ ника 1 измеряемого сигнала поступает на блок 2 усилення и фильтрации, где усиливается, фильтруется от помех и далее передается на синхронныйг детектор 3. Синхронный детектор 3 представляет собой ключевое устройство с инвертором отрицательных полупериодов сигнсша, управляемое блоком б формирования импульсов, соединенWJM с источником 7 опорного сигнала и блоком 8 изменения длительности импульсов. Источник 7 опорного сигнала может быть выполнен в виде автономного кварцевого генератора, триггерных делителей частоты и дискретных логических элементов И, ИЛИ в интегральном исполнении. Кварцевый генератор должен периодически синхронизироваться с задающим генератором источника тока (на чертеже не показан). На выходе блока 6 формируется сначала импульс длительностью &Т , задержанный относительно моментов иэменения направления трка в источнике на время отсечки fct (фиг. 3), а с помсадью блока 8 -осуществляется увеличение длительности этого импульса до величины (фиг. 3, 4).Синхронный детектор 3 вначале преобразует измеряекий сигнал в последовательность импульсов с длительностью Т,затем инвертирует отрицательные импульсы, преобразуя их в положительные. Полученныйсигнал с выхода синхронно- . го детектора 3 поступает на нормирующий усилитель 4, с помощью которого сигнал усиливается в заданное число раз и интегрируется. Проинтегрированный сигнал поступает на вход дифференциального вольтметра 5 и эапомина-. ется. Затем включается блок 8 изменения длительности импульсов и одновременно дискретно изменяется коэффициент усиления нормирукяцего усилителя 4 с помсяцью дискретного переключателя 9 коэффициента усиления. При этом с помощью синхронного детектора 3 формируется импульс длительности ДТ (фиг. 3 и 4), отрицательный полупериод этого сигнала инвертируется,полученный сигнал усиливается с коэффициентом уснления , в раз меньшим, чем предыдущий импульс с меньшей длительностью, усиленный сигнсш nocTynaieT на дифференциальный вольтметр 5, который в этом случае измеряет с высокой точностью приращение амплитуд сигналов, пропорциональное параметру ВП. Устройство для осуществления способа при проведении каротажных работ (фиг. 6) выполнено по двухканальной схеме, вместо одного синхронного детектора 3 в нем преобразуемой сигнал одновременно подается на второй синхронный детектор 10, который управляется от второго блока 17 формирования импульсов. При этом синхронный етектор 10 вырабатывает импульсы с длительностью Д Т, в то время как синхронный детектор 3 вырабатывает импульсы с длительностью 4 т., (фиг. 3 и 4). Каждая из этих последовательностей импульсов усиливается своим нормирующим усилителем 4 или 11, интег рируется интеграторами 12 и 13,и поступает на дифференциальный вольтметр 5. Коэффициент усиления усилите ля 10 выбирают в iT,,, раз меньшим чем у усилителя 4, поэтому выходное напряжение вольтметра 5 пропорционал но параметру ВП Для того, чтобы это параметр был выражен непосредственно в процентах от амплитуды сигнала с длительностью ii Ч спользуется цепь нормирующей обратнсэй связи, состоящая из схемы 14 сравнения,выход которой через блок 16 управления коэффициентом усиления подключен к блоку 2 усиления и фильтрации сигналов. К одному входу схемы 14 сравнения подключен выход интегратора 12, а к другому входу источник 15 эталонного напряжения. Схема 14 сравнения выдает сигнал управления на блок 16, который изменяет коэффициент усиления блока 2 таким образом, чтобы напряже ние на выходе интегратора поддержива лось постоянным независимо от амплитуды сигнала на выходе источника 1. Благодаря этому быходной сигнал дифференциального вольтметра выражается непосредственно в процентах, а изменения амплитуды сигнала на выходе схемы 14 сравнения/ несущие информацию о сопротивлении среды, могут быт записаны с помощью самописца (на чер .теже не показан) . Технико-экономическая эффективность применения предлагаемого изобретения заключается в увеличении точ ности измерений благодаря тому, что измеряемый параметр ВП не зависит от времени отсечки, а изменения амплиту ды сигналов несут информацию только о ВП. Формула изобретения 1, Способ,выделения параметра выз ванной поляризации при геоэлектрораэ ведке, заключсшицийся в том, что из измеряемого прямоугольного периодического сигнала с изменяемым временем отсечки исключают синхронно с переключениями напряжения тока в источнике начальную искаженную влиянием электродинамического становления Поля стадию каждого импульса, о тличающийся тем, что, с цепью повышения точности определения параметра вызванной поляризации из оставшегося импульса выделяют второй импульс напряжения меньшей длительности начало которого совпсщает с началом импульса большей длительности, усиливают эти импульсы с коэффициентами усиления, отношение которых выбирают обратно пропорциональным отношению длительностей импульсов напряжений, и измеряют разность амплитуд преобразованных сигналов, по величине которой судят о параметре вызванной поляризации. 2.Способ по п. 1, отлича ющ и и с я тем, что длительность второго импульса напряжения выбирают постоянной в пределах от 0,5 до 0,06 длительности первого импульса, а величину интервала времени отсечки выбирают путем изменения этого интервала до получения минимгшьных значений амплитуды второго импульса постоянной длительности. 3.Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее источник измеряемого сигнала, соединенный с блоком усиления и фильтрации сигналов, дифференциальный вольтметр и источник опорного сигнала, отличающееся .тем, что, с повышения точности измерений, в него введены блок формирования импульсов, подключенный к синхронному детектору, изменения длительности импульсов, соединенный с блоком формирования импульсов, нормирующий усилитель, вход которого подключен к выходу синхронного детектора, а выход ко входу дифференциального вольтметра, и дискретный переключатель коэффициента усиления, подключенный к нормирующему усилителю. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №396651, кл. G 01 V 3/02, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 392434, кл. G 01 V 3/02, 1971. 3.Авторское свидетельство СССР 530296, кл. G 01 V 3/06, 1972 (прототип).

Фи1.1

U

п

-t

Т J

ut.f