Устройство для магнитного каротажа скважин Советский патент 1981 года по МПК G01V3/28 

Устройство относится к магнитным измерениям в скважинах и может быть использовано для каротажа скважин на месторождениях руд черных металлов по магнитной проницаемости или восприимчивости . Известно устройство для магнитного каротажа скважин, содержащее чувствительный элемент, каротажный кабель, измерительную и регистрирующую схемы, в котором чувствительный элемент выполнен в виде катушки самоиндукции с железным сердечником, а измерительная схема выполнена в виде небалансного моста, в одно из индуктивных плеч которого включен чувстви тельный элемент. Этому устройству присуща простота структурной схемы и достаточно высокая чувствительност небалансного моста к изменению индук тивности датчика, величина которого определяется значением магнитной про ницаемости вдоль стенки скважины Cl . Недостатком устройства является отсутствие отстройки от мешающих фак торов, к которым относится влияние зазора, связанное с наличием неровностей стенок скважины, и влияние электропроводности руд. Известно также устройство для различения горных пород, пересекаемых буровой скважиной, содержащее наземную часть, .основным элементом измерительной cxervftj которой является измерительный автогенератор с колебательным контуром, катушка индуктивности которого включена в цепь обратной связи автогенератора, и зонд, включающий параметрический индуктивный датчик, включенный в колебательный контур автогенератора. При движении зонда вдоль скважины изменяется индуктивность датчика в зависимости от величины магнитной проницаемости руд слагающих стенки скважины, что приводит к изменению собственной резонансной частоты контура, включенного в цепь обратной связи автогене.ратора и соответственно этому к изменению частоты генерируе1 ых колеб.аНИИ 2 . Недостатками этого устройства являются нелинейность преобразования индуктивности датчика в выходной сигнал - частоту, а также отсутствие отстройки от мешающих факторов: влияие изменяюшегося зазора и влияние электропроводности руд.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для магнитного каротажа скважин, содержащее скважинный зонд, состоящий из электромагнита и параметрического индуктивного датчика,и подключенный к его выходу через каротажный кабель наземный блок электроники,достоящий из стабилизированного блока питания, схемы управления элекромагнитом зонда, измерительного низкочастотного (НЧ) автогенератора, элементом колебательного контура которого служит параметрический индуктивный .датчик зонда и регистратора. При движении датчика по поверхности скважины в вертикальном направлении изменяется его индуктивность, связанная с величиной магнитной проницаемости РУД расположенных вдоль скважины. Вследствие этого изменяется величина эквивалентного сопротивления контура автогенератора, и следовательно, aiMплитуда гармонического напряжения, которая фиксируется регистрирующим устройством. Достоинством такого устройства является его простая структурная схема и высокая чувствительность измерительного автогенератора с внутренней обратной связью 3 . Недостатками такого устройства являются влияние изменений зазора между датчиком и стенкой скважины из-за ее неровности, а также влияние электропроводности контролируемых руд, которое проявляется в уменьшении добротности датчика, включенного в контур автогенератора и соответственно в уменьшении величины амплитудного сигнала.

Цель изобретения - увеличение точности измерений и расширение рабочего диапазона.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для магнитного каротажа скважин, содержащее скважинный зонд, состоящий из электромагнита и параметрического индуктивного датчика и подключенный к его выходу через каротажный кабель наземный блок электроники, состоящий из стабилизированного блока питания, схемы управления электромагнитом зонда, измерительного низкочастотного (НЧ) автогенератора, элементом колебательного контура которого служит индуктивный параметрический датчик зонда, и регистратора, в блок электроники допол нительно введены высокочастотный :(ВЧ) измерительный автогенератор,амплитудный и фазовый детекторы, два управляемых резистора, а в зонд дополнительно введены вихретоковый параметрический датчик, пространственн совмещенный с параметрическим датчиком НЧ-автогенератора, и дополнительная катушка индуктивности, причем вихретоковый датчик подключен к конденсатору колебательного контура

ВЧ-автогенератора и входу амплитудного детектора, выход которого подключен к управлякмце1и1у электроду первого управляемого резистора, вкЛюченного в нижнее плечо делителя напряжения цепи смешения нелинейного элемента НЧ-автогенератора, дополнительная катушка индуктивности подключена одним из концов к точке соединения конденсатора колебательного контура НЧ-автогенератора, второго управляемого резистора, регистратора и одного из входов фазового детектора, а другим концом - к параметрическому датчику НЧ-автогенератора и другому входу фазового детектора, выход которого подключен к управляющему электроду второго управляемого резистора.

Кроме того, в качестве нелинейных элементов автогенераторов использованы К -диоды.

На фиг. 1 .показана схема устройства для магнитного каротажа скважин; на фиг. 2 - экспериментальная нагрузочная характеристика устройства на фиг. 3 - зависимость амплитуды генерируемых колебаний от величины отрицательного сопротивления -диода.

Устройство содержит стабилизированный блок питания со схемой управления электромагнитом ,зонда 1, состоящий из схем 2 и 3 повышения напряжения питания, стабилизатора напряжения на резисторе 4 и стабилитроне 5, неоновой лампы 6, кнопок 7 и 8, резисторов 9 - 11 и конденсатора 12 развязки,- ВЧ-автогенератор, состоящий из% -диода. 13, цепи его смешения на резисторах 14 и 15, конденсатора 16 колебательного контура и вихретокового параметрического датчика 17,расположенного в скважинном зонде 18. В зонде 18 расположены также электромагнит 19 зонда и индуктивный параметрический датчик 20 НЧ-автогенератора. Выходное напряжение ВЧ-генератора поступает на вход амплитудного детектора 21, выход которого соединен с управляющим входом первого управляемого резистора 22, собранном на полевом транзисторе 23 и резисторах 24 и 25. НЧ-автогенератор состоит из А -диода 26, цепь смешения которого состоит из резистора 27 и первого управляемого резистора 22, конденсатора 28 колебательного контура, дополнительной катушки 29 индуктивности и индуктивного параметрического датчика 20. На колебательный контур НЧ-автогенератора подается постоянное напряжение с второго управляемого резистора 30, собранного на полевом транзисторе 31 и резисторах 32 и 33. Выходное напряжение ВЧ-автогенератора подается на вход регистратора 34 и один из входов фазового детектора 35, другой вход которого соединен с общей точкой последовательно соединенных дополнительной катушки 29 индуктивности и индуктивного параметрического датчика 20. Выход фазового детектора 35 соединен с управляющим электродом -второго управляемого резистора 30. Устройство работает следующим образом. При движении скважинного снаряда вдоль скважины величина индуктивности датчика 20 НЧ-автогенератора меня ется из-эа влияния магнитной проницаемости руд, окружающих стенки сква жины. Преобразование магнитной проницаемости -в величину внесенной индуктивности с погрешностью, не превы (иаюдей 1-2%, можно считать линейным. Вихретоковый датчик 17 ВЧ-автогенера тора, пространственно совмещенный с датчиком 20, работающий на частоте ВЧ-диапазона, характеризуется тем,чт ,в процессе измерений изменяется как его реактивное,так и активное сопротив ление.При этом райочая частота ВЧ-авто генератора выбирается такой, чтобы увеличение индуктивности датчика 20 за счет магнитных свойств руд в значительной мере компенсировалось уменьшением индуктивности за счет влияния электропроводности, в то же время внесенное активное сопротивление вследствие малой глубины скинслоя определяется, в основном, величиной зазора между датчиком и стенкой скважины. Нагрузочная характерис тика измерительного автогенератора на Л-диоде 13, т.е. зависимость амплитуды напряжения от величины эквивалентного сопротивления контура в достаточно широком диапазонезначени эквивалентного сопротивления, опреде ляется логарифмической зависимостью. Экспериментально полученная нагрузоч ная характеристика представлена на фиг. 2. Амплитуда напряжения ВЧ-изме рительного автогенератора зависит от начальной добротности контура, состоящего из конденсатора 16 и вихрето кового датчика 17 и внесенного сопро тивления среды, зависящего от величи ны зазора между вихретоковым датчиком 17 и стенкой скважины. Продетектированное амплитудным де тектором 21 напряжение БЧ автогенератора поступает на вход первого управляемого резистора 22 и линейно изменяет его выходную величину, изменяя напряжение смешения Х -диода 2 НЧ-автогенератора. Зависимость амплитуды генерируеMbOi колебаний НЧ-автогенератора от величины отрицательного сопротивлени Д-диода приведена на фиг. 3. В области, соответствующей недонапряженному режиму работы автогенератора (восходящий участок характеристики), зависимость имеет линейный характер, а также линейно зависит от величины зазора между датчиком 20, пространст венно совмещенным с вихретоковым дат чиком 17,и стенкой скважины. Таким образом, амплитуда напряжения, генерируемая НЧ-автогенератором, линейно увеличивается. В то же время. при движении зонда вдоль скважины, при увеличении зазора Индуктивность датчика 20 НЧ-автогенератора уменьшается. Это линейно уменьшает величину эквивалентного сопротивления контура НЧ-автогенератора и по логарифмической зависимости амплитуду НЧ-колебаний. Таким образом, увеличение зазора между датчиками 17 и 20 и стенкой скважины вызывает противоположное действие, что позволяет при таком выполнении устройства обеспечить независимость величины амплитуды колебаний измерительного НЧ-автогенератора от величины зазора. Коэффициент передачи индуктивного делителя напряжения, состоящего из индуктивного датчика 20 и дополнительной катушки 29 индуктивности за- висит от внесенной в параметры индуктивного датчика 20 индуктивности, зависящей от величин электропроводности и магнитной проницаемости руд. При этом для слабомагнитных руд наблюдается линейная зависимость величины фазового сдвига напряжения, снимаемого с дополнительной катушки 29 индуктивности с помощью фазового детектора 35 от электропроводности РУДЫ. Выходное напряжение фазового детектора 35, пропорциональное фазовому сдвигу, управляет величиной второго управляемого резистора 30, подключенного к зажимам конденсатора 28 контура НЧ-автогенератора. Таким образом, если из-за влияния электропроводности руд увеличивается величина внесенного активного сопротивления для датчика 20, уменьшается эквивалентное сопротивление и добротность контура НЧ-автогенератора. Одновременно с этим увеличивается по модулю фазовый сдвиг на входе фазового детектора 35. Это приводит к увеличению выходного напряжения фазового детектора 35, и следовательно, к увеличению величины сопротивления управляемого резистора 30, шунтирующего контур. Добротность и эквивалентное сопротивление контура при этом повышаются, влияние электропроводности скомпенсировано. Таким образом, обеспечивается повьиение точности измерения при магнитном каротаже скважин. Это привоит к увеличению точности определения содержания магнитной фракции жепеза вдоль сквг1жины и соответственно ЗТО1ЛУ к снижению потерь при технологической переработке железорудного сырья.

формула изобретения

1. Устройство для магнитного каротажа скважин, содержащее скважинный зонд, состоящий из электромагнита и параметрического ирадуктивного датчика, и подключенный к его выходу через каротажный кабель наземный блок электроники, состоящий из стабилизированного блока питания со схемой управления электромагнитом зонда,измерительного низкочастотного (НЧ) автогенератора, элементом колебательного контура которого служит параметрический индуктивный датчик зонда, .и регистратора, отличающеес я тем, что, с целью увеличения точности измерений, в блок электроники дополнительно введены высокочастотный (ВЧ) измерительный автогенератор, амплитудный -и фазовый детекторы, два управляемых резистора, а в зонд дополнительно введены вихретоковый параметрический датчик, пространственно совмещенный с параметрическим датчиком НЧ-автогенератора, и дополнительная катушка индуктивности, причем вихретоковый датчик подключен к конденсатору колебательного контура ВЧ-автогенератора и входу амплитудного детектора, выход которого подключен к управляющему электроду первого управляемого резистора, включенного в нижнее плечо делителя напряжения цепи смешения нелинейного Iэлемента НЧ-автогенератора, дополнительная катушка индуктивности подключена одним из концов к точке соединения конденсатора колебательного контура НЧ-автогенератора, второго управляемого резистора, регистратора и одного из входов фазового детектора, а другим кондом - к параметрическому датчику НЧ-автогенератора и другому входу фазового детектора, выход которого подключен к управляющему электроду второго управляемого резистора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью раслшрения рабочего диапазона, в качестве нелинейных элементов автогенераторов использованы -диоды. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 310213, кл. 6 01 V 3/18, 1970.

2.Патент ОЯА 2018080, кл. 324-6, опублик. 1935.

3.Арш Э.И. Автогенераторные методы и средства измерений. М., Машиностроение, 1979, с. 155-157 (прототип) .

С ЗТЙТ

и

2J

to

to

D.5

to 1-2 it ;.6 is ii 22 f« ie ft jif

U(B)

I

o,4

0.2

Т

IfyffiH)

ftrt.

Q n,b

fKI

т

fO

иг.З