Зонд для радиочастотного индукционного амплитудно-фазового каротажа

 

Использование: в области геофизических исследований скважин. Сущность изобретения: алгебраическая сумма моментов основной и двух фокусирующих I aiyim к i e нераторг-ой цепи зонда равна нулю чю обеспечивает компенсацию волновой ком поненты поля в цепях основного и опорного сигналов и позволят тем самым выделить в чистом виде индукционную компоненту по ля в цепи основного сигнала. Соотношение витков основной и фокусирующей катушек в цепи опорного сигнала обеспечивает компенсацию индукционной компоненты поля в цепи опорного сигнала, что вместе с компенсацией волновой компоненты поля в этой цепи позволяет выделить в чистом виде статическую компоненту поля, называемую прямым полем, которая используется в качестве опорного сигнала. Физические эффекты , достигаемые в предлагаемом зонде, позволяют измерить практически в чистом виде амплитудную характеристику и фазо вую характеристику комплексного волнового числа горных пород. 3 ил. со С

coIo3 cc) BF: ò ñêèx

СОЦИАЛИСТИНЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<. нс G 01 V 3/18

ГОСУДИРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4824459/25 (22) 10,05.90 (46) 23.07.92. Бюл, N 27 (71) Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов (72) С.С.Кеворкянц (56) Антонов Ю,Н., Изюмов И.Ф. Результаты опробования аппаратуры высокочастотного индукционного каротажа. — В сб. Разведочная геофизика, вып. 42, М.: Недра, 1970, с.

110-113.

Авторское свидетельство СССР

N. 1080102, кл, 6 01 V 3/18, 1983, (54) 30 НД ДЛ Я РАДИ ОЧАСТОТН ОГО И НДУКЦИОННОГО АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО КАРОТАЖА (57) Использование: в области геофизических исследований скважин. Сущность изобретения: алгебраическая сумма моментов. Изобретение относится к устройствам для геофизических исследований скважин, в частности к устройствам высокочастотного индукционного каротажа. и может быть использовано для совместного определения диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности, а также вол. нового коэффициента и коэффициента по- . глощения горных пород на фиксированных частотах диапазона 0,5-5 МГц способом радиочастотного индуктивного амплитуднофазового каротажа при удельном сопротивлении изучаемых горных пород от первых десятков до 3-5 тыс. Ом м.

Известны устройства для радиочастотного (на частоте 2-5 МГц) индукционного

„„5U „„1749873 А1 основной и двух фокусирующих ка ушс;к ге нератор ой цепи зонда равна нулю, чго обеспечивает компенсацию волновой ком поненты поля в цепях основного и опорного сигналов и позволят тем самым выделить в чистом виде индукционную компоненту поля в цепи основного сигнала. Соотношение витков основной и фокусирующей катушек в цепи опорного сигнала обеспечивает компенсацию индукционной компоненты поля в цепи опорного сигнала, что вмес1е с компенсацией волновой компоненты поля в . этой цепи позволяет выделить в чистом виде статическую компоненту поля, называемую прямым полем, которая используется в качестве опорного сигнала, Физические эффекты, достигаемые в предлагаемом зонде, позволяют измерить практически в чистом виде амплитудную характеристику и. фазовую характеристику комплексного волнового числа горных пород. 3 ил. ампл итудно-фазового каротажа, содержащие одну измерительную катушку и две генераторные катушки: основную и фокусирующую для полной компенсации в воздухе поля в измерительной катушке.

Особенностью этого устройства является лежащее в основе его конструирбвания соотношение для осевой составляющей напряженности Н магнитного поля на оси магнитного диполя:

2л1з 2 2 получаемое путем разложения по малому параметру kl(fkf l > 1) строгого выражения для указанной составляющей

1749873

Н = е (1 — ikl)

2л1з где М вЂ” магнитный момент диполя;

1 — расстояние между излучающим.диполем и точкой регистрации поля;.

k — волновое число, для которого имеет место соотношение ш,ио (+ „) у (2)

e — круговая частота возбуждаемых электромагнитных колебаний; ,ио — магнитная постоянная, равная

4 л 10 Гн/м; о-. диэлектрическая проницаемость; р — удельное электрическое сопротивление;

Н ол- волновая составляющая напряженности магнитного поля.

Первая компонента правой части соотношения (1) — статическая, так называемое прямое поле, полностью компенсируется в точке регистрации поля с помощью фокусирующих генераторных катушек; вторая компонента — индукционная, представляющая индукционный вклад поля, несущий полезную информацию в способах индукционного и высокочастотного индукционного каротажа при предположении

"«Æ 1 щ,ио р (щр е < (1) и диэлектрического индуктивного каротаМа при предположении k шаоян(эра > > 1); третья компонента — волновая, представляющая вклад волновой части поля, принимаетоя близкой нулю, так как искажения, вносимые ею при определении амплитуды индукционМ 2 ной компоненты поля — —, когда

2л1 2 !

ИМ 1, не превышают 10 (>.

Недостатком этого устройства с фокусирующими катушками является ограниченность по удельному электрическому сопротивлению областей их эффективного применения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для радиочастотного амплитудно-фазового каротажа с фокусированным зондом, предназначенное для изучения амплитудной и фазовой характеристик магнитной составляющей поля. . Устройство содержит генераторные основную и фокусирующую катушки и две изме. рительные катушки; основную, в которой компенсируется прямое поле, и,опорную, позволяющую путем измерения разности фаз Л р = уъ> — pú (где ъ< и указ — фазовые сдвиги сигналов соответственно основной и опорной измерительных катушек относительно фазы тока в генераторных катушках) и отношения амплитуд t11(/ ) Нт) ма нитного поля в основной (Н q) и опорной (Н2) измерительных катушках определять с помощью специальных монограмм модуль волнового

5 числа I k I и его фазу р от которых легко перейти к р и е, используя соотношение (2), либо к коэффициенту поглощения k" = Ikl»

«sin p< и волновому коэффициенту k = Ц»

«cos»рк . При этом для пород с удельным

10 электрическим сопротивлением от 30 до

3000 Ом м интервал значений р< на частотах 1-5 М Гц составляет (0,03-.0,05) л - (0,40,5) л, Как показали расчеты, условием удовлетворительной точности получения k,,(( р Ие является выполнение соотношений;

hp=2p<длязначений0,03л < p < 0,4 л, или (3)

Л p > 2pь для значений р > 0,4 л,.

Недостатком этого устройства является то. что на частотах, меньше 1-0,5 МГц. уровень полезного сигнала относительно прямого поля настолько мал, что не обеспечивает возможности определения электрических параметров среды при р большем 300 — 500 OM м, а при частотах 1 . МГц и выше диапазон изменения Л<р существенно уже пределов, предусмотренных условиями (3), при этом он сужается с увеличением частоты возбуждаемого поля. Причиной последнего недостатка является наложение фазы, обусловленное вкладом, от волновой составляющей поля (Н од) в основной измерительной катушке, приводящее к существенному ограничению

h, р снизу, и наложение фазы, обусловленное вкладом от индукционной составляюМ »2 щей поля — —, на фазу прямого поля в

2л! 2

40 опорной измерительной катушке, приводящее к ограничению Ьp сверху, а также к неоднозначной связи между Л»ри р< при р<, больших 0,3-0,4 л .

Ограничение снизу пределов измене45 йий Лр приводит к тому, что при к < 0,1 л величина Ь»р существенно превышает 2 р<, вследствие чего относительная погрешность д у< определения у становится в 2-5 раз больше относительной

50 погрешности дЬр определения hp неизбежной при ее измерениях. Нетрудно показать, что при реальной погрешности измерений Ь р —. д gy — 10 и при ф = 107ь, погрешность определенрия ри )kI

55 составит соответственно (40-70) и (30-60) « » (где д ц- погрешность определения Ц).

Цель изобретения — повышение .точно- . сти, а также однозначного определения параметров горных пород путем компенсации

П1 !673 волновой компоненты поля в цепях основ ного и опорного сигналов и индукционной компоненты поля в цепи опорного сигнала.

На фиг. 1 приведена электрическая схема зонда с генератором и измерительным блоком; на фиг. 2 — номограмма для определения ) k) и р< с использованием известного устройства; на фиг. 3 — номограмма для ollределения ) Ц и р< с ипользованием предложенного зонда.

Зонд содержит последовательновстречно включенные основную генераторную катушку 1, первую фокусирующую генераторную катушку 2 и вторую фокусирующую генераторную катушку 3, а также основную катушку 4 в цепи основного сигнала и включенные последовательно опорную катушку 5 и фокусирующую катушку 6 в цепи опорного сигнала. Катушки 1 — 3 подключены к выходу генератора 7 электромагнитных колебаний, а катушки 4-6 — к двум:входам измерительного блока 9, На фиг, 2 показайа номограмма 10 для определения) kiè р на частоте 5 МГц при использовании известного устройства.

На фиг, 3 показана номограмма 11 для определения) И и 9t на частоте 5 МГц при использовании предложенного зонда, Базовая длина зонда, т. е. расстояние между основной катушкой 1 генераторной цепи и основной измерительной катушкой

4. предполагается равной 0,6-0,8 м по аналогии с существующими зондами йндукциОННОГО KBPOTB>RB.

Рекомендуемые наиболее оптимальные расстояния между катушками: 1 и 2 - 0.150.2 м; 3 и 1 — 0,1 — 0,15 м; 4 и 5 — 0,1 — 0,15 м; 5 и 6 — 0,07 — 0,1 м. При этом общая длина зонда, т,е. расстояние между крайними катушками 3 и 5, составит 1,0 — 1,2 м, Для числа витков п1 катушки 1; п2— катушки 2 и пз — катушки 3 к расстояний 11 между катушками 1 и 4, 12 между катушками

2 и 4 и 1з между катушками 3 и 4 имеют место следующие соотношения;

Il1 п2+ пЗ, (4) — = — + — (5)

Я. 13 Д выполнение которых .обеспечивается при следующих Условиях 1З > 11 > 12; пз > п2.

Примерное соотношение чисел п1: пг: пз = 10: 3: 7.

Расстояния 11.1ã, и 1з, подбираются с учетом соотношения (5) при заданных числах п1. пг и пз. (Для числа витков и основной катушки.5 и n — фокусирующей катушки 6 цепи опорного сигнала выполняется соотношение (4), в котором

П1 Пг !I< и 11,! (6(Л) (!))

П1 П2 ПЗ.

4 4 А (-1 -) где и число витков IíloIII(ll((è кBIðl(I;è 5; и" число витков фокусируя>щей kB(Lil (и 6 В цепи опорного сигнала; г11 число витков основиои I,fllólll(II 1 В

10 геиера(орной цепи; п2, пз — число ви(ков первой и в(орои фокусирующих катушек 2 и 3 в генератор((ои цепи

11 расстояние От Основной кату(ик11 1 генераторной цепи до опорной катушки 5;

lI — расстояние от основной катуп(ки 1 генераторной цепи до фокусирующей ка тушки 6 в цепи опорного сигнала;

12 — расстояние от первой фокусирую20 щей катушки 2 генераторной цепи до опорной катушки 5; (1

l2 — расстояние от первой фокусирующей катушки 2 генераторной цепи до фокусирующей катушки 6 цепи опорного сигнала ! ! з — расстояние от второй фокусирующей катушки 3 генераторной цепи до опорной катушки 5; (I

I3 — расстояние от второй фокусирующей катушки 3 генераторной цепи до фокусиру(ощей катушки 6 цепи опорного сигнала. ((Велйчины!1, 12 и!з определяются при заданных величинах!1, 12, и 13 из соотноше35 нии(((, я

11-= 11+ В, 12 =. 12+ а. 13 = 13+à, (7) где а — расстояние между катушками 4 и 6, выбираемое произйольно в рекомендован-, ных выше пределах, а величины 11, 12 и Iз

4р определяются из соотношений „

I1 = l1 + b, I2 = l2 + b, 12 = 1З + Ь, (8) где Ь вЂ” расстояние между основной катуш. кой 5 и фокусирующей катушкой 6 цепи опорного сигнала, определяемое при заданп ((i

45 ных величинах п1, п2, пз. 11, 12, 1З . п и Il из соотношения — (+ ) = — (—, — (— + — ))(9)

Л+ь 4+ь 1Ч+ь и! 4 4 д вытека(ощего из соотношений (6) и (8).

Примерное соотношение чисел и и и (t следующее: и : п = 10; 9, На номограммах 10 и 11 (фиг. 2 и 3) по оси абсцисс отложены теоретические значения разности фаз Лр, а на оси ординат— отношения амплитуд основного и опорного

СИГHBllOB.

Горизонтальные кривые соответствуют фиксированным значениям 1К((модуля волнового числа) от 0,35 до 1,07 м с логариф-1

7 1749873 8 ми«еским шагом (каждое следующее значение больше предыдущего В 1,15 раза или на

15ф,), а вертикальные кривые — фиксированным значениям аргумента волнового числа (угла потерь) р< от 0,073 л до 0,677 к (от

4,2 до 38,8 ) с логарифмическим шагом 1,16, Номограмма 10 (фиг, 2) построена для известного с дв мя генераторными катушками с соотношением числа витков основной п1 и фокусирующей п2 катушек n2: n1 =

1; 2 при расстояниях I1 от основной к l2 от фокусирующей катушек генераторной цепи до катушки цепи основного сигнала, удовлетворяющих условию полной компенсации прямого поля в цепи основного сигнала: п1 п2

If IJ и равных соответственно 0,85 и 0,67 м.

Номограмма 11 (фиг, 3) построена для предлагаемого зонда с тремя генераторными катушками 1, 2 и 3, ра сп олб женн ым vi на расстояниях 1 = 0,85, I2.= 0,686, 1з,= 1 м от катушки 4 при соотношении числа витков в основной катушке 1 — n1 в первой и второй фокусирующих катушках 2 и 3. генераторной цепи п2, n1:

n1: n2: пЗ=10:3:7 и расстоянии между катушками 4 и 6, равном 0,1 м, и катушками 6 и 5 равном 0,079

Интервал изменения Арпри заданных пределах величины р, на номограме 10 составляет 21 — 78 при kj = 0,35 м и 52 — 82 при (kI = 1,07 м . Кривые (фиг. 2), соответствующие трем наибольшим значениям р<, взаимно пересекаются, что приводит к не однозначному соответствию между р< и

htp а, кривые, соответствующие наименьшим значениям р< расположены так плотно, что если учесть неизбежные погрешности измерений, однозначное определение (/ (, также становится невозможным, На фиг. 3 наблюдается четкая и метрологическая выдержанная связь Л(р и р<, с одной стороны, и l H(j / Н) и (kl — С другой, выраженная на всем интервале значений р((и 1k l, соотношениями

h,ln (hp) = h1np<

Лin(l»l/lI-I2l) = Лln)kl, что обеспечивает высокую точность интерпретации скважинных измерений.

Формула и зоб ре (е((ил

Зонд для радио (асто(но(О индукцио» ного амплитудно-фазового каротажа, содержащий основную и фокусирующую катушки

5 в генераторной цепи, основную катушку в цепи основного сигнала и опорную катушку в цепи опорного сигнала, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, а также однозначного определения парамет10 ров горных пород путем компенсации волновой компоненты поля в цепях основного и опорного сигналов и индукционной компоненты поля в цепи опорного сигнала, в генераторную цепь введена вторая

15 фокусирующая катушка, которая расположена по другую сторону от основной катушки, причем сумма витков фокусирующих катушек равна числу витков основной катушки, а в цепь опорного сигнала введена

20 фокусирующая катушка, соединенная последовательно с опорной при Следующем соотношении чисел витков и расстояний между катушками и пФ 1 (пг 6 + пз"(з)

П1 (1 — (ПЫ6 + пЗ 6) ( где п — число витков опорной катушки;

n — число витков фокусирующей катушки в цепи опорного сигнала:

n1 — число витков основной катушки в генераторной цег(и; п2, n3 — чиСлО витков первой и второй фокусирующих катушек в генераторяой цепи;

35 11 — расстояние от ОсноВной катушки генераторной цепи до опорной катушки; ((I1 — расстояние от основной генераторной катушки до фокусирующей катушки в цепи, опорного сигнала;

40 12 — расстояние от первой фокусирующей катушки в генераторной цепи до опорной катушки;

l2 — расстояние от первой фокусирующей катушки в генераторной цепи до фоку45 сирующей катушки в цепи опорного си Гн л а. ! з — расстояние от второй фокусирующей катушки в генераторной цепи до опорной катушки; (!

l3 — расстояние от Второй фокусирующей катушки генераторной цепи до фокусирующей катушки цепи опорного сигнала.

1 ):1%1 !

"1Ч

10-1

10. 1

8 ,7

5

3 Ф 5 б 7gУ 102 dy spud

Фиг. «Г

1749873

Составитель B,Ïoïoâ

Техред M.Моргентал

Корректор Н.Ревская

Редактор О.Хрипта

Тираж Подписное

Заказ 2595

ВНИИПИ государственного комитета по изобретениям и откр р отк ытиям п и ГККТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 н,l

0063 а4а