Способ ядерно-магнитного каротажа и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G01V3/32 

Изобретение относится к геофизической разведке и может быть использовано в ядерно-магнитном каротаже при разведке нефтяных скважин. Известно устройство ядерно-магнитного каротажа, содержащее поверхностный блок, состоящий из генератора переменного тока, усилителя и регистратора, и сква жинный зонд, состоящий из поляри ющеприемной катушки, предусилителя, подключенного через переключатель к выводам катушки, выпрямитель, соединенный с гене ратором переменного тока поверхностного блока и через переключатель с выводами кагушки, при этом электрическое соединение скважинного зонда с поверхностным блоком осуществляется через каротажный кабель . Переменный ток генератора переменно го тока поверхностного блока поступает че рез каротажный кабель на выпрямитель, с выхода которого поступает через переключатель на поляриаующе-приемную катушку и осуществляет поляризадию протонов в во де, нефти и газе, окружающих скважину. После того, как поляридующ1€й тик был приложен в течение времени, достаточного для создания пол5физации протонов ( 5О мс), ток поляризации отключают и протрны начинают процессирсжать в магнитном поле земли, наводя ЭДС в поляризующе-приемной катушке. Этот сигнал (с частотой около 2 кГц) усиливается предусилителем, подается через каротажный кабель на усилитель и резистор. По величине амплитуды наведенного сигнала, скорости его затухания судят о виде полезных ископаемых и мсщности залежей l. Недостатками этого устройства являются малое время поляризации, необходимость частого повторения цикла пол5физация-при- ем, большая требуемая мощность для пол$ ризации протонов, малое время приема сиг нала ( 100 мс). .Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ и устройство ядерно-мапштиого каротажа, в котором осуществляют попачу послеаовптольности сигналов переменного гока ог источтиика пи.га1гая переменного гока в нагрузку, в качестве которой использован трансформатор с железным сердечником, причем кажаый сигнал в последовательнсх:ги начинается и заканчивается при нулевой амплитуде, запоминание пол5 рности последнего полупериода предыдущего сигнала, запуск пос;кпукщего сигнала в последовательности полярностью первого полупериода противоположной полярности последнего полуперио- од предыдущего сигнала 2.

Недостатком известного устройства является относительно большое время, в течение Которого осуществляют замыкание и размыкание трансформаториой нагрузки, связанное с большим временем переходнотго процесса трансформаторной нагрузки.

Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу ядерно-магнитного Каротажа, включающему подачу последсеа- тельности сигналов переменного тока от источника питания переменного тока в нагрузку, причем каждый сигнал в последовательности начинается и заканчивается прк нулевой амплитуде, запоминание полярности последнего полупериода предыдущего сигнала, запуск последующего сигнала в последовательности с полярностью первого потупериода противоположной полярности последнего полупериода предыдущего сигнала, каждый сигнал последсеательносги содержит нечетаое число полупериодов переменного тока. Период времени, в течение которого последовательность сигналов переменного тока прикладывают к нагрузке, мал по сравнению с длительностью переходного процесса, требуемой для достижения в нагрузке установившегося СОСТОШ1ИЯ,

Кроме того, в устройстве для осуществлегош способа ,содержащем поверхностный блок, состоящий из источника питания переменного тока, первого трансформатора, схемы подачи последовательности сигналов переменного тока от источника питания переменного тока к первому трансформатору, скважинный зшд, имеющий поляризующе-приемную катушку, второй трансформ агор, первичная обмотка которого подключена к вторичной обмотке дарвого трансформатора поверхностного блока, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке второго трансформатора, переключатель для подключения поляризующе-приемной катушки к выхопу вьтрямителя, а также схему памяти, схемы запуска и отключения, последовательности сигналов переменного тока, схема; памяти, схемы запуска и отключения последовательности сигналов переменного тока расположены Ь поверхностном блоке.

На 4иг. 1 представлена блок.:хема . устройства ядерно-магнитного каротажа; на фиг. 2 - упрсяценный электрический схематический чертеж, иллюстрирующий переключатель при переходе амплитуды сигнала через нуль между источником питания переменного тока и трансформаторной нагрузкой устройства ядерно-магнитного каротажа;на фиг. 3 - сигналы переменного тока, подаваемые через переключатель в трансформаторную нагрузку иэЬестного устройства ; на фиг. 4 - петли Гистерезиса трансформатора с железным сердечником (В-Н диаграммы), иллюстрирующие увеличение выбросов тока в трансформаторе с железным сердечником, возбуждаемым переменным током в течение рабочих циклов, имеющих длительность, меньшую времени переходного процесса; на фиг. 5 - петли гистерезиса трансформатора с железным сердечником (В-Н диаграммы), иллюстрирующие переход от состояния с первоначальной намагниченностью К стационарному состоянию после возбуждения сигналом переменного тока; на фиг. 6 - последовательность сигналов переменного тока, используемых в предлагаемом способе и устройстве; на фиг. 7 - схематический чертеж устройства с переключателем и схемой его . управления; на фиг. 8 - схема электронного управления переключателем устройства; на фиг. 9 - 15 - эпюры напряжений на входах и выходах микросхем, используемых в схеме электронного управления переключателем устройства.

Устройство для осуществления способа содержит поверхностный блок 1, соСТО.ЯЩИЙ из источника 2 питания переменного тока, первого трансформатора 3, схему 4 подачи последовательности сигналов переменного тока от источника питания переменного тока к первому трансформатору, скважинный зонд 5, имеющий поляри тсще-приемную катушку 6, второй трансформатор 7, выпрямитель 8, переключатель 9 и усилитель 1О. Кроме . этого, поверхностный блок содержит схему 11 синхронизации, приемник 12 и записывающее устройство 13, а соединение поверхностного блока с зондом осуществляется каротажным кабелем 14.

Устройство работает следукяцим образом. Сигнал or HcrcfHHHKa 2 питания пере-r менного гока посгупаег через схему 4 пооачи иоследовагельносги сигналов переменного гока на первый трансформатор 3, выходной ГОК которого через каротажный кабель 14 поступает на второй трансформатор 7 скзажиннего зонда 5. Выхопно ток второго трансформатора 7 выпрямляется выпрямителем 8 и поступает на выводы поляртзуюше-приемной катушки б через переключатель 9 в моменты времени, когда осуществляют поляризацию протонов окружающего зонд вещества. Переключатель 9 подключает выводы поляризукяце-приемной катушки 6 к входу усилителя 10 в моменты измерения сигнала прецессии. Сигнал прецессии с выхода усилителя поступает через каротажный кабель 14 в приемник 12 и фиксируется записывающим устройством 13. Схема li синхронизации управляет работой переключателя 9. На фиг. 2 показано скематическое подключение источника 2 питания переменного тока чере схему 4 подачи последовагельности сигналов переменного тока к первому трансформатору 3, выход которого подключен к трансформаторной нагрузке, изображенной в виде резистора 15. нагрузки. На фиг. 3 показана последовательность сигналов, поступающих-на трансформатор в известном устройстве (фиг. 2). При этом сигнал начинается, как правило, с. полсксительного полупериода и заканчивается отрицательным по;упериодом и содержит четное число полупериодов сигнала. В этом случае происходит перемещение остаточной намагниченности сердечника трансформатора вверх по оси В в гистерезисной диаграмме В-Н {4иг. 4), в результате чего возникают все большие и большие выбросы Н (или тока). Переход от состояния с первоначальной намагниченностью PQ сердечника трансформатора к установившемуся режиму показан на гистерезисной диаграмме (фиг. 5). На фиг. 7 схематически показаны функциональные особенности схемы подачи последовательности сигналов переменного тока от источника питания переменного тока К первому трансформатору. Источник 2 питвиия переменного тока 2 подсоединен к первому трансформатору 3 через простой переключатель 16 схемы 4 подачи последовательности сигналов переменного тока, которая снабжена электронной схемой 17 управления. Электронная схема управления реагирует на опорное напряжение, получаемое от источника 18 опорного напряжения, и предыдущие сипналы последовательности, поступающие на трансформатор 3. Электронная, схема 17 управления (фиг. 8) содержит компараторы 19 и 20, схемы И 21 и 22, тр1ггеры 23, 24 и 25 и схемы вентиля НЕ/ИЛИ 26. Эпюры напряжений, получаемые на выходах элементов электронной схемы 17 управления показаны на фиг. 9 - 15. На фиг. 9 показаны эпюры опорного напряжения, поступающего на вход электронной схемы 17 управления, на фиг, Ю-эшоры напряжения на выходе триггера 25, на фиг.11 и 12-эпюры напряжений на первом и втором выходах триггера 24, на 4иг. 13 - эторы выходного напряжения вентиля 26, на фиг. 14 - эторы напряжений на выхс де триггера 23, а на фиг. 15 - эпюры выходного напряжения электронной схемы 17 упоавления. Предлагаемые способ и устройство позволяют повысить быстродействие и надежность работы устройства,что повышает точность измерений при псиске полезных ископаемых, в том числе воды, нефти, Га- за и сокращает затраты при их поиске. Формула изобретения 1. Способ ядерно-магнитного каротажа, включакиций подачу последовательности сигналов переменного тока от источника питания переменного тока в нагрузку, причем каждый сигнал в последовательности начинается и заканчивается при нулевой амплитуде, запоминание полярности последнего по упериода предыдущего сипсала, запуск послесц ющего сигнала в последовательности с пол$фностъю первого прлупери- ода противоположной полярности последнего полупериода предыд тцего сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, каждый сигнал последовательности содержит нечетное число полупериодов переменного тока. 2.Способ по п. I, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что период времени, в течение которого последовательность сигналов переменного тока прикладывают к напрузке, мал по сравнению с длительностью переходного процесса, требуемой для достижения в нагрузке установившегося состояния. 3.Устройство для осуществления пособа по пп. 1 и 2, содержшцее поверхостный блок, состоящий из источника пиания перемешюго гока, первого трансформагора, схемы подачи последоьательности сигналов переменного г ока от источника питания переменного тока к первому трансформатору, скважинный зшд, имеющий поляриегукаце-приемную катушку, второй трансформатор, первичная обмотка которого подключена к вторичной обмотке первого трансформатора поверхностного блока, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке второго трансформатора, переключатель для подключени полярнауюше-приемной катушки к выхосу Выпрямителя, а тякже схему памяти, схе99мы запуска и отключения последовательности сигналов переменного тока, отличающееся тем,что схема па- мяти, схемы Запуска и отключения последовательности е(игналов переменного тока расположены в поверхностном блоке. Источники информации, принятые во внимание той акспеотизе 1. Патент США 3667О35, кл. 324-О.5, опублик. 1972. 2. Патент США N 4dl2712, кл. 324-О.5, опублик. 1977.

i

V.

i:

s

Г

N

f5

rЬг Я

t, i,

Опорный сигнал

Z3

20 гг

СИ

/7I

4f

Фи1.8

ЛАЛАДЛЛЛАЛЛАЛД

Фиъ. 10

Ф14г. 11