Прибор для индукционного каротажа скважин

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

: .=-окецу

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 21д, 30/01

Заявлено 31.V.1965 (№ 1010073/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 11.Х.1966. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 11.XI.196б

МПК Н 05d

УДК 550.837.6:622.241 (088.8) Комитет по делам иаобретеиий и открытий при Совете Министров

СССР

Автор изобретения

М. И. Плюснин

Заявитель

ПРИБОР ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН

Для исследования разрезов буровых скважин в местах нефтяных и газовых месторождений все шире используется индукционный каротаж скважин. Этот метод основан на измерении удельной электропроводности горных пород с помощью индукционных (вихревых) токов. При проведении индукционного каротажа на поверхности размещают регистрирующую аппаратуру и источники питания, а в скважину на каротажном кабеле опускают глубинный прибор, состоящий из индукционного зонда и электронной части. Индукционный зонд снабжен несколькими катушками.

Одни из них являются генераторными или передающими, а другие измерительными или приемными. Электронная часть может содержать высокочастотный генератор, измерительный усилитель с выпрямителем, устройства, обеспечивающие питание генератора и усилителя, и вспомогательные переключатели.

Генераторные катушки-зонды питаются переменным током повышенной частоты и постоянной силы от генератора электронной части.

Переменное магнитное поле этих катушек индуцирует вихревые токи в среде, окружающей глубинный прибор. Магнитное поле вихревых токов в среде, в свою очередь, индуцирует в измерительных катушках э.д. с., называемую сигналом. Сигнал пропорционален удельной проводимости пород. Он усиливается измерительным усилителем, выпрямляется и направляется на поверхность для регистрации. Измерительная схема градуируется так, что записанная кривая представляет собой кривую проводимости в определенном масштабе. Трудности создания скважинной аппаратуры связаны с тем, что аппаратура должна иметь ограниченные габариты и работать при значительных изменениях температуры

10 от 0 до 150 С.

Предлагаемое изобретение дает возможность повысить надежность работы прибора в условиях высоких температур, уменьшить потребляемую мощность и повысить точность изт5 мерений активной составляющей.

Для этого предлагают применить в скважинном приборе вместо генератора статический умножитель частоты, а измерительный

20 усилитель охватить цепью автоматической компенсации реактивной составляющей сигнала, состоящей из фазового детектора, фильтра и модулятора, Чтобы улучшить качество контроля нулевой линии, в схему контроля

25 включают цепь компенсации паразитного активного сигнала.

На фиг, 1 изображена схема предлагаемого прибора вместе со схемой регистрации, размещаемой на поверхности; на фиг. 2—

30 схема умножителя частоты; на фиг. 3 — схе187170 статический умножитель частоты 9. Напряжение на выходе выпрямителя 8 используется для питания электронного измерительного усилителя 18. Умножителем частоты 9

5 частота тока питания умножается во столько раз, чтобы получить частоту, необходимую для питания генераторных катушек зонда, Генераторные катушки обычно питаются переменным током с частотой около о 20 кгпв. Следовательно, при f>=5 кгпв необходимо умножение в 4 раза, при f> — — 2 кгпв — в

8 — 10 раз и т. д. Ток повышенной частоты (nfl) через трансформатор 10 питает цепь генераторных катушек 20, 21, 22 индукцион5 ного зонда. При питании генераторных катушек создается переменное магнитное поле, индуцирующее в горных породах вихревые токи. Магнитное поле вихревых токов индуцирует э.д. с, в измерительных катушках 28 и

О 24.

Измерение активной составляющей и подавление реактивной осуществляется следующим образом. Измерительная цепь зонда подключена к первичной обмотке входного транс5 форматора 11 усилителя 13 последовательно с небольшими сопротивлениями 25 и 26. Напряжение сигнала на резонансном контуре из вторичной обмотки трансформатора П и конденсатора 12 усиливается усилителем 13, выпрямляется детектором 17, через разделительный дроссель 18 направляется ь центральную жилу кабеля и по ней — в прибор 4 для регистрации. Часть напряжения с выхода усилителя подается на фазочувствительный выпрямитель 14. Выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя пропорционально реактивной составляющей сигнала. Далее оно проходит фильтр 15 и подается на модулятор 16. С помощью модулятора постоянное напряжение преобразуется в реактивное переменное напряжение, которое в отрицательной полярности подается через сопротивление 26 на вход измерительной цепи и компенсирует реактивную составляющую сигнала. Напряжение на выходе усилителя 13 оказывается пропорциональным активной составляющей сигнала, которая наиболее тесно связана с проводимостью горных пород. Для правильной работы фазочувствительного выпрямителя 14 и модулятора 16 на них подается опорное напряжение со специальной обмотки трансформатора 10, сдвинутое по фазе на 90 относительно тока в генераторных катушках.

В сложных условиях работы скважинного прибора особенно важен контроль положения нулевой линии записи и коэффициента усиления (передачи) сигнала. Контроль положения нулевой линии осуществляется следующим образом. Переключатель 27 на чертеже показан в положении «измерение» в момент записи сигнала индукционного каротажа, Во втором положении «нуль — сигнал» с помощью переключателя 27 отключается цепь генераторных катушек, н вторичные обмотки трансформатора 10 подключаются к ипдуктивности 28, яв3 ма фазочувствительного детектора, фильтра и модулятора, Схема на поверхности является частью автоматической каротажной станции, например

АКС-7, ОКС-56 и др. Опа содержит источник переменного тока питания 1, разделительный конденсатор 2, разделительный дроссель 3 и регистрирующий прибор 4. Схему соединяют со скважинным прибором каротажным кабелем 5. Скважинный прибор состоит из элек- 1 тронной схемы и катушек индукционного зонда. 3JIpKTpoHHHH схема включает разделительный конденсатор 6, силовой трансформатор 7, через который питается выпрямитель питания 8 и статический умножитель 9, транс- 1 форматор 10, через который осуществляется питание генераторных катушек зонда. Она содержит также трансформатор 11, к которому подключена измерительная цепь зонда, конденсатор 12, измерительный усилитель 18, 2 охваченный на участке от измерительных катушек до выхода усилителя цепью автоматической компенсации реактивной составляющей сигнала, состоящей из фазочувствительного выпрямителя 14, фильтра 15 и модуля- 2 тора 16, детектор 17, разделительный дроссель

18 и реле 19. Зонд прибора имеет главную генераторную катушку 20, фокусирующую генераторную катушку 21, компенсационную катушку 22, измерительную катушку. 28 и фо- 30 кусирующую измерительную катушку 24. Измерительная цепь подключена к первичной обмотке входного трансформатора 11 после.довательно с небольшими сопротивлениями

25 и 26. Схема контроля за положением нуле- 35 вой линии содержит трехплатный переключатель 27 на два положения; индуктивность 28, являющуюся полным эквивалентом генераторной .цепи зонда, цепь активных сопротивлений 29, сопротивления 80, 81 и 82 и контакт 40

88 для осуществления контроля коэффициента усиления сигнала.

Статический умножитель 9 частоты состоит из трансформатора 84, выпрямителя на диодах 85 и 86 и конденсатора 87. Фазочувстви- 45 тельный детектор построен по кольцевой схеме на диодах 88 — 41. Фильтр 15 построен на сопротивлении 42 и емкости 48. Модулятор 16 собран по схеме последовательного ключа на транзисторе 44. Нагрузка модулятора под- 50 ключена через конденсатор 45 и состоит из сопротивлений 46, 47 и 26.

Питание глубинного прибора осуществляет-. ся от источника питания 1 переменным током низкой частоты. Выбирается частота 300 гц 55 при работе со станцией ОКС-56 или 25 кгпв, что предпочтительнее, при работе со станцией АКС-7. Регистрирующим прибором, например, фоторегистратором станции, регистрируется медленно меняющийся полезный сиг- 60 нал постоянного тока. Переменный ток питания частоты /л по кабелю подается через разделительный конденсатор 6 на первичную обмотку силового трансформатора 7. Через трансформатор питается выпрямитель питания 8 и 6S

187170

60 ляющеЙся norrHatM 3«HHaa aeHTov, генераторной цепи зонда, Индуктивность 28 экранирована и не создает внешних полей. Таким образом генераторная цепь зонда отключается без какихлибо изменений в режиме работы электронной схемы. При отключении генераторной цепи вихревые токи в породах исчезают, и сигнал на выходе усилителя должен соответствовать нулевому уровню сигнала. Однако в зонде и в электронной схеме имеются некоторые паразитные шумы, связи, наводки. Кроме того, для улучшения линейности характеристики измерительного канала на вход обычно подается активное напря>кение «накачки».

Все это приводит к тому, что нулевой уровень после отключения генераторной цепи зонда оказывается отличающимся от уровня соответствующего нулевой проводимости окружающей зонд среды.

Чтобы исключить смещение нулевой линии на диаграмме, одновременно с переключением высокочастотной цепи на эквивалент переключателем 27 включается цепь из активных сопротивлений, с помощью которой падение напряжения на сопротивлении в цепи питания подается на сопротивление 2б в измерительной цепи. Величина полупеременного сопротивления 29 при регулировке подбирается так, чтобы введенный дополнительный сигнал скомпенсировал остаточный активный сигнал в измерительной цепи. Легко отрегулировать систему так, чтобы положение нуля регистрирующего прибора 4 строго соответствовало нулевой проводимости окружающей зонд среды, В предлагаемое устройство вводится дополнительно только активный сигнал. Легко видеть, что разница в реактивных сигналах устраняется системой автоматической компенсации реактивной сосгавляющей. Система контроля поло>кения нулевой линии проста и надежна. ,Для контроля коэффициента усиления (передачи) сигнала с помощью контакта 88 замыкается цепь из сопротивлений 81, 82, 25 и на вход усилителя 18 подается стандарт-сигнал. По величине выходного сигнала судят о коэффициенте передачи.

Управление переключателем 27 и контактом 88 производится с поверхности реле 19 таким же образом, как, например, в аппаратуре типа ОКС.

Непосредственно умножитель частоты действует следующим образом. Первичная обмотка трансформатора 84 питается от выпрямителя на диодах 85, 86 током, в котором преобладают пульсации удвоенной частоты

2f Режим подобран так, что сердечник насыщается и напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора 84 богато высшими гармониками. ВтОрнчная ОО 1Отка трансформатора соединена с обмоткой трансформатора 10 и конденсатором 87 настроена на гармонику, частота которой равна необходимой частоте питания генераторных катушек зонда. Управляющее напряжение для схемы автоматической компенсации реактивной составляющей сигнала подается также с обмотки трансформатора 10.

Таким образом, в предлагаемом приборе вместо специального электронного генератора для питания катушек используют статический умножитель частоты, Это значительно упрощает схему, резко уменьшает мощность, подводимую к скважинному прибору с поверхности, и увеличивает надежность прибора. Усилитель с целью автоматической компенсации реактивной составляющей обеспечивает надежный контроль нулевой линии, отличается высокой стабильностью и высокой избирательностью по полезной составляющей сигнала. Схема контроля за положением нулевой линии обеспечивает возможность контроля линии нулевой проводимости без подъема сква>кинного прибора на поверхность. Это способствует значительному повышению качества результатов измерений, так как значительная часть погрешности в диаграммах индукционного каротажг связана с отсутствием возможности контроля нулевой линии в процессе проведения измерения.

Предмет изобретения

1. Прибор для индукционного каротажа скважин, состоящий из зондового устройства с генераторными и приемными катушками и электронной части, содержащий силовой трансформатор, выпрямитель, источник питания генераторных катушек, измерительный усилитель, детектор и схему контроля нулевой линии, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы прибора в условиях высоких температур, уменьшения потребляемой мощности и повышения точности измерений активной составляющей, в нем в качестве источника питания геHeðàòoðíûõ катушек зонда использован статический умножитель частоты, а измерительный усилитель охвачен цепью автоматической компенсации реактивной составляющей сигнала, состоящей, например, из фазочувствительного выпрямителя, фильтра и модулятора, нагруженного на делитель, последовательно включенный в цепь измерительных катушек зонда.

2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества контроля нулевой линии, в схему контроля нуля введена цепь компенсации паразитного активного сигнала.