Устройство для электромагнитного каротажа

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистичесиик

Республик (1т) 1000981 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 09. 10. 81 (2l ) 3361979/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 28. 02 . 83 ° Бюллетень ¹ 8

Дата опубликования описания 28 .о2 83 (5l)N. Кл.

0 01 N 3/18

Гееударстееккый квинтет

СССР во делам кэобретеккй и открытий (53) УД К 550. 837 (088.8}

III apI (72) Авторы изобретен и я

В. Г. Бурков, В. и. Лобанков, Г. В. и 10, Н, Антонов

В:» . т

° )

1," итут"- - -:." " 1

Всесоюзный научно-исследовательский инс нефтепромысловой геофизики (7 I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО l(APOTANA

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах, в частности к техническим средствам, применяемым для изучения электрических свойств горных пород методами электромагнитного каротажа.

Известно устройство диэлектрического каротажа, включающее в себя трехэлементный зонд с двумя прием" ными и одной генераторной катушками, генератор высокой частоты, возбуждающий через излучающую катушку электромагнитное поле в среде, окружающей зонд, приемные катушки, подключенные к последовательно соединенным высокочастотному и низкочастотному усилителям,гетеродин, пре- . образователи частоты, блоки для получения сигналов, пропорциональных разности фаз на приемных катушках, 2о а также регистратор измеряемых параметров t 1 ).

ОДнако информация о диэлектрической проницаемости исследуемых по2 род, характеризуемая разностью фаз, не всегда может быть выделена без привлечения данных других методов карютажа, что снижает точность и оперативность определения искомого параметра.

Известно устройство для электромагнитного каротажа, содержащее генератор с излучающей катушкой, две приемные катушки, соответственно подключенные к двум усилителям, нагруженным на измеритель отношения сигналов, и регистратор 2 5.

Измеряемое отношение сигналов сложным образом связано с диэлектрической проницаемостью g и удельным сопротивлением р среды на высоких частотах. Эти параметры по информации об отношении сигналов также не могут быть точно определены 6ез дополнительной информации о6 электромагнитном поле в среде.

К недостаткам упомянутого устройства относятся низкая производитель3, 100098

Чость и необходимость учета влияния проводимости среды по данным других методов каротажа при определении диэлектрической проницаемости пород.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для электромагнитного каротажа, содержащее генератор высокой частоты, подключенный к генераторной катушке, первую и вторую приемные катушки, усилители 1о

1 высокой и низкой частоты, два преобразователя частоты, блок формирования отношения амплитуд принятых сигналов, гетеродин с усилителем, фазометрический блок и регистратор, 15 при этом каждая ариемная, катушка подключена соответственно к одному из усилителей высокой частоты, выходы которых соединены с первыми входами преобразователей частоты, к вторым щ входам преобразователей частоты через усилитель подключен гетеродин, ьыходы преобразователей частоты через усилители низкой частоты соединены с входами блока формирова- 25 ния отношеНия амплитуд принятых сигналов и с двумя входами фазометрического блока.

Генераторная часть устройства через генераторную катушку возбуждает в исследуемом пространстве высокочастотное электромагнитное поле, которое принимают и преобразуют в сигналы высокой частоты приемными элементами зонда. Принятые сигналы уси35 ливают по.высокой частоте, переносят на низкую с последующим усилением по низкой частоте в двух идентичных приемных каналах. С выходов усилителей низкой частоты сигналы

46 поступают на входы блоков измерения отношения амплитуд поля в точках приема и разности фаз, а с выходов этих блоков измеренные характеристики поля подаются на регистратор.

Из:зестное устройство позволяет измерять две характеристики поля: сдвиг фаз сигналов между приемными катушками и отношение амплитуд в точках приема, т.е. в катушках $ 3 1, 50

Недостатки известного устройст" ва заключаются в том, что измеряемые сигналы, пропорциональные разности фаз и отношению амплитуд принимаемого поля, обладают существенно нели нейной разрешающей способностью чувствительностью к диэлектрической проницаемости исследуемых пород при

1 4 различных их удельных сопротивлениях которая падает при уменьшении последнего.

На высоких частотах измеряемые известным. устройством сигналы характеристик поля взаимозависимы так, что погрешности измерения каждого из них влияют одновременно на оценки ди= электрической проницаемости и удельного сопротивления, при этом результаты каротажа оказываются отягощенными значительными погрешностями, особенно в низкоомных разрезах.

К недостаткам также относятся низкая оперативность измерений Е в связи с невозможностью отсчета значений Е непосредственно " каротажной диаграммы и необходимость привлечения материалов, полученных другими методами каротажа.

Кроме того, практика геофизических исследований скважин показывает, что продуктивные комплексы пород с пониженными значениями удельных сопротивлений (например полимиктовые песчаники Западной Сибири и др.)ши - роко распространены, что снижает эффективность использования известной аппаратуры по определению диэлектрической проницаемости.

Е(ель изобретения - повыше,="ìe:"-..c— изводительности труда и оператив -;ости измерений диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивления горных пород.

Поставленная цель достигается темл что в устройство для электромагнитного каротажа, содержащее генератор высокой частоты, подключенный к генераторной катушке, первую и вторую приемные катушки, усилители высокой и низкой частоты, два преобразователя частоты, блок формирования отношения амплитуд принятых сигналов, гетеродин с усилителем, фазометрическнй блок и регистратор, при этом каждая приемная катушка подключена соответственно к одному из усилителей высокой частоты, выходы которых подклю= чены к первым входам преобразователей частоты, к вторым входам преобразователей частоты через усилитель подключен гетеродин, выходы преобразователей частоты через усилители низкой частоты подключены к входам блока фор мирования отношения амплитуд принятых сигналов и к двум входам фазометрического блока, дополнительно

5 100 ведены блок нелинейного преобразования, фазосдвигающий блок, второй фазометрический блок и два блока умножения сигналов, причем выход блока формирования отношения принятых сиг- 5 налов подключен к входу блока нелинейного преобразования, выход которого соединен с первыми входами блоков умножения сигналов, первый вход первого фазометрического блока соединен 1в с первым входом второго фаэойетрического блока, второй вход первого фазометрического блока подключен к входу фазосдвигающего блока, выход которого подключен к второму входу второго фазометрического блока, выходы фазометрических блоков подключены соответственно к вторым входам блоков умножения, выходы которых соединены с входами регистратора.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 †расчетная зависимость параметров V и И, регистрируемых устройством и зависящих от диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивления исследуемой среды. ь

Устройство содержит генератор 1, соединенный с.излучающим элементом 30 (генераторной катушкой) 2, приемные элементы (катушки 3 и 4), подключенные к усилителям 5 и 6 высокой частоты, преобразователи 7 и 8 частоты, гетеродин 9 с усилителем 10, усилите-З5 ли 11 и 12 низкой частоты, подключенные соответственно к преобразователям 7 и 8 частоты, блок 13 формирования отношения амплитуд сигналов, подключенный к выходам усилителей 11 и щ

12, первый фазометрический блок 14 и фазосдвигающий блок 15, подключенные также к выходам усилителей 11 и 12, второй фазометрический блок 16, соединенный с выходом фазосдвигающего блока 15, блок 17 нелинейного преобра. зованяя, подключенный к выходу блока

13, блоки 18 и 19 умножения, входы которых соединены с выходами блоков

17, 14 и 16, а выходы подключены к регистратору 20.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 питает током высокой частоты излучающий элемент .2 „ который

-55 возбуждает в окружающей зонд среде электромагнитное поле. Распространяющееся в горной породе поле наводит

0981 6 электрические сигналы в приемных элементах 3 и 4, характеризующиеся абсолютными значениями амплитуд / Ь /и (h

5 и 6 высокой частоты соответственно поступают на входы преобразователей

7 и 8 частоты, на другие входы которых подаются сигналы от гетеродина 9 через усилитель 10. Преобразованные по частоте сигналы усиливаются далее усилителями 11 и 12 низкой частоты и поступают на входы блока 13 формирования отношения амплитуд принятых сигналов, на выходе которого формируется.сигнал, пропорциональный параметРу/пв///h,/,à тахве на входы фавометрического блока 14, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный синусу половины разности фаз принятых сигналов 4Ц/ = - (p<, т.е.

tin . Фазосдвигающий блок осуществ- . ляет сдвиг фазы сигнала на 180, в результате чего на выходе дополнительного фазометрического блока формируется сигнал, пропорциональный

Ь<Д сов < . Характеристика преобразования сигнала блоком I нелинейного преобразования имеет степенную зависимость с показателем степени 0,5, т.е. на выходе этого блока вырабатывается сигнал, пропорциональный

ihzI" ih/îò входного сигнала/Цт//Ih I,Äëß этого вход блока 17 соединен с выходом блока 13 измерения отношения амплитуд, входы которого подключены к выходам усилителей I1 и 12. Сигналы, пропорциональные величинам/и /Вт///цl ь п V(Z иса 92. поступающие на входы блоков 18 и 19 умножения, преобразуют в параметры Ч и Ч, пропорциональные произведениям относительных характеристик поля, т.е. „ о,6 (coa — и W= бю

4и l! g 1h I 2 которые обладают требуемыми метрологическими свойствами в отличие от известных измеряемых сигналов характеристик поля. С выходов блоков 18 и 19 умножения сигналы, пропорциональные Ч и Ч соответственно, поступает на выходы регистратора и фиксируются в необходимом для дальнейшего использования виде. Дополнительный фазометрический блок 16 может быть идентичным по рабочим параметрам, что и применяемый фазомет1000981 8 нительный фазометрический блок 16 может быть идентичным по рабочим параметрам, чго и применяемый фазометрический блок 14. Нелинейный блок 17 преобразовайия сигналов может быть выполнен на операционном усилителе и диодных ограничителях, релаизующих с требуемой точностью кусочно-линейную аппроксимацию функции преобразоввння входного-снгнвлв111 ) / Ъ„I в вн-!î ходнод (ФБ(ББ/11 „ . Блок 1В и 1в умноввння сигналов Фактике реализуют на операционных усилителях. Фазосдвигающий блок выполняют, например, в виде инвертора, 15

Из расчетов зависимости регистрируемых устроиством параметров V и И от измеряемых свойств среды - диэлектрической проницамости E и удельного электрического сопротивления р 1,фиг,2 о видно, что для пластов с удельным электрическим сопротивлением р4 10 Ом-м характеристика V практически не зависит от g и прямо пропорциональна измеряемой диэлектрической проницаемос- 2s ти. Характеристика поля Ч слабо зависит от Е и пропорциональна y . .Поэтому измерение величин V и Ч в условиях низкоомного разреза позволяет измерять значения Я и р среды с задан- зо ной погрешностью непосредственно в процессе каротажа. При этом шкала регистратора манжет быть проградуирована таким. образом, чтобы в низкоомной час ти разреза, где характеристика Ч зависит практически лишь от Я, а Ч.от р, измеренные характеристики поля

V u W указывали непосредственно Р и р среды. Для этого можно на диаграммной ленте выделить уровень сигнала 4О

Ч, наппример W 1, при превышении которого можно считывать результаты из« мерений непосредственно в единицах е и P., а ниже этого уровня (Ы ""1) интерпретировать по палатке (фиг.2).

Форма зависимости между 1/ и W u электрическими свойствами среды : и р(фиг.2 ) определяется размерами базы зонда (расстояния между приемными элементами 3 и 4 ), частотой поля и длиной зонда. На фиг. 2 пример расчетной зависимости соответствует зонду длиной L 1 м, с базой 41=0,3 м на частоте возбуждения поля f--43 МГц.

Следует отметить, что чувствитель. ность устройства к диэлектрической проницаемости в низкоомных породах близка к чувствительности ее в высокоомной части и почти вдвое превышает соответствующее значение хара кте рис ти ки S1> +/2 в низ косм; ой части. Погрешности измерения характеристик V u W в меньшей степени, чем у известных относительных хара1 теристик влияют взаимно на оценки электрических свойств горных пород, Таким образом, введение в уст ройство для электромагнитного каро1-ежа нелинейного преобразователя, фа.зосдвигающего и дополнительного фа= зометрического блоков, а также блоков умножения сигналов позволяет реализовать указанный выше алгоритм преобразования известных устройств и выполнять в условиях низкоомного разреза измерение диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивления непосредственно в процессе каротажа.

Экономическая эффективность от внедрения предлагаемого устройства заключается в расширении диапазона применения метода измерения диэлек. трической проницаемости в низкоомных разрезах, а также в ускорении времени исследований за счет непосредственного измерения величин, прс порциональных и р пород в низко-омных породах и способствует умень1 шению количества случаев пропуска продуктивных пластов.

Формула изобретения

Устройство для электромагнитно го каротажа, содержащее генератор высокой частоты, подключенный к ге нераторной катушке, первую и вторую приемные катушки, усилители высокой и низкой частоты, два преобразователя частоты, блок формирования от= ношения амплитуд принятых сигналов,. гетеродин с усилителем, фазометрича, кий блок и регистратор, при этом к=1,,; дая приемная катушка подключена соы-ветственно к одному из у"илителвй высокой частоты, выходы которых под ключены к первым входам преобразова:" телей частоты, к вторым входам пре образователей,частоты через усилитель подключен гетеродин, выходы пре образователей частоты через усилители низкой частоты подключены к входам блока формирования отношения амплитуд принятых сигналов и к двум

10

9 10009 входам фазометрического блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности труда и оперативности измерений диэлектрической проницаемости и удельного электри-g ческого сопротивления горных пород, в него дополнительно введены блок нелинейного преобразования, фазосдвигающий блок, второй фазометри еский блок и два блока умножения сигналов, 1О причем выход блока формирования отношения принятых сигналов подключен к входу блока нелинейного преобразования, выход которого соединен с первыми входами блоков умножения сигна- 1% лов, первый вход первого Фазометрического блока соединен с первым входом второго фазометрического блока, второй вход первого фазометрического блока подключен к входу фвзосдви- 20 гающего блока, выход которого под) ключен к второму входу второго фазометрического блока, выходы Фазометрических блоков подключены соответственно к вторым входам блоков умножения, выходы которых соединены с входами регистратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Даев Д. С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин. М., "Недра", 1974, с.139-154

2. Заслоноь И. М. Каротаж сква" жин, основанный на измерении затухания электромагнитного поля. — В сб.

Прикладная геофизика, вып. 67, М., "Недра", 1972, с. 195-203.

3. Шаров Г. В. Способ измерения относительных характеристик в методах электромагнитного каротажа. Труды ВНИИнефтепромгеофизики . Вып.9. уфа, 1979, с. 30-35 (прототип).

1000981

О.Г

0.5

ВНИИПИ Заказ 1382/50 Тираж 871 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4