Патент на изобретение №2292064

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН

(57) Реферат:

Изобретение относится к области геофизических исследований в скважинах и может быть использовано для измерения электрических характеристик горных пород. Технический результат: повышение информативности измерений и точности определения параметров электрических неоднородностей в пластах-коллекторах при построении геоэлектрических. Сущность: устройство содержит наземный и скважинный приборы, соединенные каротажным кабелем. Скважинный прибор содержит геометрически и электродинамически подобные друг другу зонды с генераторными и измерительными катушками и средство электромагнитной развязки между генераторной и измерительной частями скважинного прибора на рабочих частотах зондов. Генераторная часть скважинного прибора включает генераторные катушки, усилители мощности, мультиплексор, гетеродин, полосовые фильтры, усилители-ограничители промежуточной частоты, фазометр, опорный генератор, блок автоматического управления, телеметрическую систему. Измерительная часть скважинного прибора включает измерительные катушки, усилители-преобразователи, коммутатор и электрод поляризации скважины. В устройство введено средство для измерения амплитуд сигналов на выходе полосовых фильтров. Средство содержит, по крайней мере, два детектора, и, по крайней мере, один аналого-цифровой преобразователь. Выходы детекторов подключены к аналоговым входам аналого-цифровых преобразователей или к одному аналого-цифровому преобразователю с коммутатором на входе. Управляющие входы аналого-цифровых преобразователей и вход управления коммутатором подключены к выходам блока автоматического управления. Выходы аналого-цифровых преобразователей подключены к входам телеметрической системы. Предусмотрено различное выполнение детекторов и наличие калибратора. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области геофизических исследований в скважинах и может быть использовано для измерения электрических характеристик горных пород, находящихся вокруг скважин, бурящихся на нефть и газ.

Известно устройство для электромагнитного каротажного зондирования согласно авторскому свидетельству СССР №1004940, МПК G 01 V 3/18, 1983, содержащее трехэлементные геометрически и электродинамически подобные друг другу зонды, каждый из которых состоит из генераторной и пары измерительных катушек, генераторы рабочих частот по числу зондов, электронные ключи генераторных цепей, усилители мощности, усилители-преобразователи по числу измерительных катушек, генераторы-гетеродины по числу зондов, электронные ключи измерительных цепей, усилители-ограничители промежуточной частоты, фазометр, блок автоматического управления и телеметрическую систему, при этом электронные ключи генераторных цепей исполнительными линиями включены между выходами генераторов рабочих частот и входами усилителей мощности, генераторные катушки подключены к выходам усилителей мощности, измерительные катушки соединены с входами усилителей-преобразователей, вторые входы которых соединены с выходами генераторов-гетеродинов, электронные ключи измерительных цепей исполнительными линиями включены между выходами усилителей-преобразователей и входами усилителей-ограничителей промежуточной частоты, выходы которых соединены с входами фазометра, выход которого через телеметрическую систему соединен с входом блока автоматического управления, выходы которого соединены с управляющими входами электронных ключей, при этом коэффициент геометрического подобия зондов находится в пределах 1,1-1,5.

Недостатком данного устройства является низкая точность определения параметров электрических неоднородностей в пластах-коллекторах, обусловленная погрешностью измерения разности фаз , вызванной наводками в зондах и несовершенством измерительного тракта, а также обусловленная отсутствием записи диаграммы потенциалов самопроизвольной поляризации скважины (ПС).

Известно устройство для электромагнитного каротажа скважин согласно патенту РФ №2092875, МПК 6 G 01 V 3/18, 3/28, 3/30, опубл. 10.10.97, Бюл №28, содержащее электрод сигнала поляризации скважины и преобразователь сигнала поляризации скважины, выполненный с возможностью передачи сигнала поляризации скважины в расположенный на дневной поверхности блок регистрации, соединенный каротажным кабелем со скважинным блоком, включающим геометрически и электродинамически подобные друг другу зонды с генераторными и измерительными катушками и средство электромагнитной развязки на рабочих частотах зондов. Измерительная часть скважинного блока включает в себя измерительные катушки, усилители-преобразователи и коммутатор, а генераторная часть скважинного блока включает в себя генераторные катушки, усилители мощности, мультиплексор, гетеродин, усилители-ограничители промежуточной частоты, фазометр, блок автоматического управления, телеметрическую систему, при этом генераторные катушки подключены к выходам усилителей мощности, измерительные катушки соединены с входами усилителей-преобразователей, коммутатор аналоговыми входами подключен к выходам усилителей-преобразователей, входы усилителей-ограничителей промежуточной частоты соединены с аналоговыми выходами коммутатора, выходы усилителей-ограничителей соединены с измерительными входами фазометра, выход которого соединен с первым информационным входом телеметрической системы, выход которой соединен с регистратором, выходы блока автоматического управления соединены соответственно с управляющими входами мультиплексора генераторных цепей, коммутатора измерительных цепей, фазометра, телеметрической системы и гетеродина. Электрод ПС соединен с аналоговым входом преобразователя сигнала ПС, вход управления которого соединен с соответствующим выходом блока автоматического управления, а выход преобразователя сигнала ПС соединен с вторым информационным входом телеметрической системы. Гетеродин выполнен перестраиваемым. Фазометр выполнен широкополосным. Все генераторные катушки сгруппированы в генераторной части устройства, а все измерительные катушки сгруппированы в измерительной части устройства. Средство электромагнитной развязки выполнено в виде магнитопровода, на который намотаны провода и кабели линий связи, и расположено между генераторной и измерительной частями.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерений разности фаз, вызванная влиянием высших гармоник сигнала промежуточной частоты (ПЧ), а также низкая точность измерения сигнала ПС, поскольку напряжение поляризации измеряется относительно корпуса прибора, а потенциал корпуса может изменяться из-за протекания тока.

Наиболее близким по технической сути к изобретению является устройство для электромагнитного каротажа скважин согласно патенту РФ №2230344 МПК 7 G 01 V 3/28, опубл. 10.06.2004, Бюл. №16, имеющее в своем составе наземный и скважинный приборы, соединенные каротажным кабелем, скважинный прибор содержит геометрически и электродинамически подобные друг другу зонды с генераторными и измерительными катушками и средство электромагнитной развязки между генераторной и измерительной частями скважинного прибора на рабочих частотах зондов, генераторная часть скважинного прибора включает в себя генераторные катушки, усилители мощности, мультиплексор, гетеродин, полосовые фильтры, усилители-ограничители промежуточной частоты, фазометр, опорный генератор, блок автоматического управления, телеметрическую систему, а измерительная часть скважинного прибора включает в себя измерительные катушки, усилители-преобразователи, коммутатор и электрод ПС, при этом генераторные катушки подключены к выходам усилителей мощности, а входы усилителей мощности соединены с выходами мультиплексора, измерительные катушки соединены с сигнальными входами усилителей-преобразователей, коммутатор аналоговыми входами подключен к выходам усилителей-преобразователей, каждый из, по крайней мере, двух выходов коммутатора подключен к последовательно соединенным полосовому фильтру и усилителю-ограничителю, выходы усилителей-ограничителей соединены с измерительными входами фазометра, выход которого соединен с первым информационным входом телеметрической системы, выход которой соединен с наземным прибором, выход гетеродина подключен к гетеродинным входам усилителей-преобразователей, вход блока автоматического управления соединен с выходом опорного генератора, выходы блока автоматического управления соединены соответственно с управляющими входами мультиплексора генераторных цепей, коммутатора измерительных цепей, фазометра, телеметрической системы и гетеродина, электрод ПС подключен к наземному прибору.

Известные устройство не обеспечивают достаточную информативность измерений. Измеряются только фазовые сдвиги между парами измерительных катушек, однако в сложных геологических разрезах этого может быть недостаточно, поскольку при построении математических моделей геологических структур при наличии информации только о фазовых сдвигах возможен подбор нескольких эквивалентных моделей, которые, по сути, сильно отличаются одна от другой, но из-за недостатка информации можно получить, принимая за основу для расчетов любую из этих математических моделей, соответствие расчетных фазовых сдвигов измеренным значениям. Существование таких эквивалентностей не позволяет достоверно интерпретировать геологическую структуру околоскважинного пространства, а также нефте-, газо-, водосодержание пластов-коллекторов.

Кроме этого, недостатком известных устройств является низкая точность измерения, обусловленная наличием температурного и временного дрейфа фазового сдвига, вносимого измерительными катушками и усилителями-преобразователями, причем применение прямого и перекрестного измерения путем коммутации сигналов аналоговым коммутатором не приводит к компенсации этих погрешностей, поскольку производится коммутация цепей, расположенных после усилителей-преобразователей.

Также в известных устройствах не предусмотрена возможность записи стандарт-сигнала, хотя при эксплуатации каротажных комплексов такая запись необходима для проверки работоспособности скважинной аппаратуры и калибровки регистрирующей аппаратуры.

Приведенные недостатки характерны для всех известных аналогов.

Задачей настоящего изобретения является повышение информативности за счет увеличения числа измеряемых параметров, что позволяет однозначно интерпретировать полученные данные в сложных геоэлектрических разрезах, и повышения точности путем калибровки измерительных трактов.

Поставленная задача решается тем, что устройство для электромагнитного каротажа скважин, имеющее в своем составе наземный и скважинный приборы, соединенные каротажным кабелем, при этом скважинный прибор содержит геометрически и электродинамически подобные друг другу зонды с генераторными и измерительными катушками и средство электромагнитной развязки между генераторной и измерительной частями скважинного прибора на рабочих частотах зондов, генераторная часть скважинного прибора включает в себя генераторные катушки, усилители мощности, мультиплексор, гетеродин, полосовые фильтры, усилители-ограничители промежуточной частоты, фазометр, опорный генератор, блок автоматического управления, телеметрическую систему, а измерительная часть скважинного прибора включает в себя измерительные катушки, усилители-преобразователи, коммутатор и электрод поляризации скважины, при этом генераторные катушки подключены к выходам усилителей мощности, а входы усилителей мощности соединены с выходами мультиплексора, измерительные катушки соединены с сигнальными входами усилителей-преобразователей, коммутатор аналоговыми входами подключен к выходам усилителей-преобразователей, каждый из, по крайней мере, двух выходов коммутатора подключен к последовательно соединенным полосовому фильтру и усилителю-ограничителю, выходы усилителей-ограничителей соединены с измерительными входами фазометра, выход которого соединен с первым информационным входом телеметрической системы, выход которой соединен с наземным прибором, выход гетеродина подключен к гетеродинным входам усилителей-преобразователей, выход опорного генератора соединен с тактовым входом блока автоматического управления, а выходы блока автоматического управления соединены соответственно с управляющими входами мультиплексора генераторных цепей, коммутатора измерительных цепей, фазометра, телеметрической системы и гетеродина, электрод ПС подключен к наземному прибору, скважинный прибор дополнительно снабжен средством для измерения амплитуд сигналов на выходе полосовых фильтров, содержащим, по крайней мере, два детектора и, по крайней мере, один аналого-цифровой преобразователь, причем входы детекторов подключены к полосовым фильтрам, выходы детекторов подключены к аналоговым входам аналого-цифровых преобразователей или к одному аналого-цифровому преобразователю с коммутатором на входе, управляющие входы аналого-цифровых преобразователей и вход управления коммутатором подключены к выходам блока автоматического управления, а выходы аналого-цифровых преобразователей подключены к входам телеметрической системы.

Детекторы могут быть выполнены в виде синхронных детекторов, входы управления которых подключены к выходам соответствующих усилителей-ограничителей.

Детекторы могут быть выполнены в виде устройств выборки и хранения, вход управления которых подключен к блоку автоматического управления, а выход фазометра соединен с вторым входом блока автоматического управления.

Устройство для электромагнитного каротажа скважин может дополнительно содержать калибратор, причем входы калибратора соединены с выходом блока автоматического управления и выходом опорного генератора, а выходной сигнал калибратора используется для калибровки измерительной части скважинного прибора.

Выход калибратора может быть соединен с измерительными катушками через делитель.

Выход калибратора может быть соединен с измерительными катушками через индуктивную связь путем подключения дополнительных калибровочных катушек, расположенных рядом с измерительными катушками и имеющих с ними индуктивную связь.

Выход калибратора может быть соединен с калибровочными входами усилителей-преобразователей.

Выход калибратора может быть подключен к входам полосовых фильтров через коммутатор измерительных цепей.

Выход калибратора может быть подключен к входам фазометра.

Гетеродин может быть выполнен в виде синтезатора частот и его тактовый вход соединен с выходом опорного генератора.

Блок автоматического управления может быть выполнен в виде программно-управляемого устройства с использованием микроконтроллера, и связи с блоками устройства осуществляются по стандартным интерфейсам.

Усилители мощности с генераторными катушками могут быть выполнены по резонансной схеме.

Между измерительными катушками и усилителями-преобразователями могут быть включены усилители высокой частоты.

На чертеже приведена функциональная схема одного из вариантов выполнения скважинного прибора, входящего в состав устройства для электромагнитного каротажа скважин.

Скважинный прибор содержит геометрически и электродинамически подобные друг другу зонды, каждый из которых содержит одну генераторную 1 и пару измерительных катушек 2. Кроме того, прибор включает электрод 3 ПС, усилители 4 мощности, средство 5 электромагнитной развязки на рабочих частотах зондов, усилители-преобразователи 6, мультиплексор 7, коммутатор 8, полосовые фильтры 9, синхронные детекторы 10, усилители-ограничители 11 промежуточной частоты, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 12, фазометр 13, телеметрическую систему 14, блок 15 автоматического управления, калибратор 16, опорный генератор 17, гетеродин 18.

Скважинный прибор состоит из генераторной и измерительной частей, разделенных средством 5 электромагнитной развязки. Генераторная часть скважинного прибора включает в себя генераторные катушки 1, усилители 4 мощности, мультиплексор 7. Также в генераторной части прибора расположены полосовые фильтры 9, синхронные детекторы 10, усилители-ограничители 11 промежуточной частоты, АЦП 12, фазометр 13, телеметрическая система 14, блок автоматического управления 15, калибратор 16, опорный генератор 17, гетеродин 18. Измерительная часть скважинного прибора включает в себя измерительные катушки 2, электрод ПС 3, усилители-преобразователи 6 и коммутатор 8.

При этом генераторные катушки 1 подключены к выходам усилителей 4 мощности, а входы усилителей 4 мощности соединены с выходами мультиплексора 7. Измерительные катушки 2 соединены с сигнальными входами усилителей-преобразователей 6. Коммутатор 8 аналоговыми входами подключен к выходам усилителей-преобразователей 6, каждый из, по крайней мере, двух выходов коммутатора 8 подключен к последовательно соединенным полосовому фильтру 9 и усилителю-ограничителю 11. Выходы усилителей-ограничителей 11 соединены с измерительными входами фазометра 13, выход которого соединен с первым информационным входом телеметрической системы 14, выход которой соединен с наземным прибором (на чертеже не показан). Выход калибратора 16 через делитель подключен к измерительным катушкам 2. Выход гетеродина 18 подключен к гетеродинным входам усилителей-преобразователей 6. Синхронные детекторы 10 и АЦП 12 соединены последовательно, сигнальный вход синхронного детектора 10 подключен к выходу соответствующего полосового фильтра 9, а управляющий вход – к выходу усилителя-ограничителя 11. Выходы АЦП 12 подключены к второму и третьему входам телеметрической системы 14. Выход опорного генератора 17 подключен к тактовым входам блока 15 автоматического управления, калибратора 16 и гетеродина 18. Выходы блока 15 автоматического управления соединены соответственно с управляющими входами мультиплексора 7 генераторных цепей, коммутатора 8 измерительных цепей, АЦП 12, фазометра 13, телеметрической системы 14, калибратора 16 и гетеродина 18. Электрод 3 ПС подключен к наземному прибору через каротажный кабель.

Синхронный детектор 10 может быть выполнен по известной схеме фазочувствительного выпрямителя (Гудков B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – 2-е изд. – Л.; Энергоатомиздат, 1988, рис.4.4а, б), на выходе которого находится интегрирующая RC-цепь. АЦП 12 может быть выполнен в виде микросхемы, например AD7893. Для измерения амплитуд также может быть использовано устройство выборки и хранения, например микросхема AD783.

Калибратор 16 может быть выполнен в виде делителя частоты опорного генератора 17 с коммутатором на выходе, управление коммутатором должно осуществляться от блока 15 автоматического управления. Возможно также выполнение калибратора в виде цифрового синтезатора частот с управлением от микроконтроллера.

Скважинный прибор устройства электромагнитного каротажа работает следующим образом. Опорный генератор 17 формирует сигнал фиксированной частоты, который поступает на тактовые входы блока 15 автоматического управления, калибратор 16, и гетеродин 18. По команде блока 15 автоматического управления, задающего программу работы всего скважинного прибора, рабочая частота первого зонда подается через мультиплексор 7 на вход первого из усилителей мощности 4, который формирует ток в первой генераторной катушке 1. Ток, протекающий в генераторной катушке 1, возбуждает в окружающей среде электромагнитное поле, которое наводит в измерительных катушках 2 сигналы ЭДС, фазы и амплитуды которых зависят от электрических параметров окружающей среды.

Процесс измерения величин происходит в два этапа. На первом этапе по команде из блока 15 управления коммутатор 8 выбирает первую пару усилителей-преобразователей 6, к которым подключены две соответствующие измерительные катушки 2, входящие в состав первого зонда. При этом выход первого усилителя-преобразователя 6 подключен к входу первого полосового фильтра 9, а выход второго усилителя преобразователя 6 – к входу второго полосового фильтра 9. Сигналы ЭДС с измерительных катушек 2 поступают на входы усилителей-преобразователей 6, выполненных в виде аналоговых умножителей или смесителей, где эти сигналы перемножаются с гетеродинным сигналом, частота которого изменяется при переходе от одного зонда к другому так, чтобы разность между частотой ЭДС и частотой гетеродина 18 была постоянной и равной ПЧ. На выходе усилителей-преобразователей 6 появляются сигналы ПЧ с тем же взаимным сдвигом фаз, что и у высокочастотных сигналов, наведенных в измерительных катушках 2, амплитуда сигналов ПЧ пропорциональна амплитуде ЭДС. С выходов полосовых фильтров 9 сигналы ПЧ с выделенной основной первой гармоникой поступают на входы синхронных детекторов 10 и усилителей-ограничителей 11 (компараторов). Усилители-ограничители 11 формируют логические сигналы, фронты которых совпадают с моментами переходов сигнала ПЧ через ноль. Одновременно те же сигналы ПЧ поступают на входы синхронных детекторов 10, на входы управления которых поданы логические сигналы с выходов усилителей-ограничителей 11. Синхронные детекторы 10 выпрямляют сигнал и выделяют его постоянную составляющую. Сигналы с выходов усилителей-ограничителей 11 также поступают на входы фазометра 13, а выпрямленные напряжения с выходов усилителей-ограничителей 11 поступают на входы АЦП 12. По командам с блока 15 управления происходит измерение амплитуд и разности фаз сигналов ПЧ. Затем также по командам с блока 15 управления информация об амплитудах и разности фаз поступает на вход телеметрической системы 14 и с ее выхода передается по кабелю на наземный прибор.

На втором этапе производится калибровка прибора. При этом по команде блока 15 управления прекращается подача рабочих частот через мультиплексор 7 на усилитель 4 мощности, прекращается возбуждение электромагнитного поля генераторной катушкой 1. Вместо этого также по команде включается калибратор 16, который формирует калибровочный сигнал на рабочей частоте. Этот сигнал поступает на измерительные катушки 2 (его уровень соответствует измеряемому сигналу). Поскольку калибровочный сигнал приходит непосредственно на обе измерительные катушки 2, разность фаз на входах катушек не будет зависеть от параметров окружающей зонд среды и будет определяться только скоростью распространения электромагнитной волны в соединительных кабелях, поэтому измеренное значение разности фаз можно принять за приборный нуль. Измерение фаз и амплитуд сигналов осуществляется аналогично первому этапу. Полученные значения в виде цифровых кодов также передаются на наземный прибор. Затем данная информация обрабатывается с помощью компьютера. При этом значение фазы, полученное при калибровке, вычитается из значения, полученного при измерении. Скорректированное значение фазы не будет содержать аппаратурные погрешности, вызванные начальными фазовыми сдвигами и температурным дрейфом в блоках измерительного тракта. Коррекция амплитудных измерений может производиться путем деления полученного при измерении значения амплитуды на значение, полученное при калибровке. Если блок автоматического управления выполнен с применением микроконтроллера, то он выполняет также функцию коррекции погрешностей. В этом случае на наземный прибор будут передаваться уже скорректированные значения фаз и амплитуд.

В приведенном варианте выполнения скважинного прибора выход калибратора соединен с измерительными катушками через делитель. Сигнал калибровки может подаваться также через дополнительные калибровочные катушки, имеющие индуктивную связь с измерительными катушками. Если все катушки соединены с одним выходом калибратора, то фазовые сдвиги на всех калибровочных катушках будут равны и разность фаз между сигналами попарно взятых приемных катушек должна быть равна нулю. Таким образом, можно откалибровать начальные фазовые сдвиги. Если использовать два различных выхода калибратора, подавая сигналы с разными взаимными фазовыми сдвигами, можно обеспечить стандартные сигналы для калибровки измерительных каналов, используя полученные значения фаз (нулевой фазовый сдвиг и стандартный ненулевой фазовый сдвиг) для последующей компенсации температурных и временных изменений сдвигов нуля и коэффициента передачи.

Калибровочные сигналы можно подавать непосредственно на входы усилителей-преобразователей через коммутатор или на специальный калибровочный вход преобразователей (например, тоже через делитель). В этом случае не будет скомпенсированы изменения фазового сдвига, вносимого собственно измерительными катушками, но в ряде случаев это не является существенным, если фазовый сдвиг достаточно мал и стабилен.

Поскольку формирование высокочастотного калибровочного сигнала является достаточно сложным в техническом отношении, возможна калибровка на промежуточной частоте – в этом случае калибровочный сигнал ПЧ продается на входы полосовых фильтров, например, с помощью аналогового коммутатора. В этом случае будут компенсироваться температурные и временные погрешности только полосовых фильтров и усилителей-ограничителей.

Самым простым способом записи стандарт-сигналов будет подача калибровочного сигнала на входы фазометра, например, через цифровой коммутатор, который поочередно подключает входы фазометра к сигнальным или к калибровочным цепям, либо фазометр может иметь специальные калибровочные входы. В этом случае сигнал должен быть цифровым, не требуются аналоговые формирователи на выходе калибратора, что значительно упрощает схемотехнику калибратора.

В том случае, когда сигнал с калибратора подается на измерительные катушки, усилители высокой частоты, усилители-преобразователи или полосовые фильтры, калибратор должен иметь, как минимум, один выход и этот выход должен быть согласован с входом соответствующего устройства по уровню сигнала и выходному сопротивлению с помощью делителя (активного, индуктивного, емкостного или комбинированного), либо с помощью специальных калибровочных катушек, имеющих индуктивную связь с измерительными катушками. Если же сигналы с калибратора подаются на фазометр, то на выходе должны быть логические уровни.

Кроме фазовых измерений, предлагаемое устройство дает возможность проводить совместные амплитудные измерения, при этом наличие калибровочного устройства при проведении амплитудных измерений является желательным условием, поскольку в отсутствие калибровки точность измерения амплитуд будет невысокой. Коэффициент передачи усилителей-преобразователей и, возможно, полосовых фильтров имеет низкую температурную и временную стабильность и требует калибровки в процессе измерения. Наиболее оптимальным будет использование отношения амплитуд на дальней и ближней приемных катушках каждого трехкатушечного зонда, таким образом, что, например, при наличии пяти трехкатушечных зондов к пяти значениям разности фаз добавятся пять значений отношений амплитуд. Средство для измерения амплитуд сигналов на выходе полосовых фильтров, входящее в состав скважинного прибора, может быть выполнено в различных вариантах. Возможно использование амплитудных детекторов (пиковых детекторов или детекторов, измеряющих среднее значение выпрямленного сигнала). Более высокую помехозащищенность обеспечивают синхронные детекторы, использованные в приведенном варианте выполнения скважинного прибора. Для обеспечения детектирования, синхронного с входным сигналом, необходимо сформировать управляющие импульсы и подать их на синхронный детектор. Для этого используют, например, выходные сигналы усилителей-ограничителей (компараторов). Функцию синхронных детекторов могут выполнять устройства выборки и хранения (УВХ). При этом подают на УВХ импульсы управления в момент, когда сигналы с выходов полосовых фильтров достигают максимального значения, за счет привязки импульсов управления к фазовым сдвигам измеряемых сигналов. Для этого с выхода фазометра берут импульсы, синфазные с сигналами полосовых фильтров, и обеспечивают формирование задержек относительно моментов перехода синусоидального сигнала через ноль, равных по длительности четверти периода, при этом на УВХ будут запоминаться напряжения, равные амплитуде сигнала. Далее напряжения, пропорциональные амплитудам сигналов (или среднему значению), поступают на АЦП. Возможно использование двух АЦП (отдельно на каждый канал измерения) или одного АЦП с коммутатором на входе. Преобразованные значения амплитуд в виде цифрового кода передаются на второй вход телеметрической системы и затем по кабелю на наземный прибор.

В известных устройствах гетеродин выполнен перестраиваемым. Его частота должна быстро перестраиваться таким образом, чтобы поддерживать постоянной промежуточную частоту при переключении с одного зонда на другой, при этом не удается обеспечить точность подстройки на верхнем диапазоне рабочих частот. Это требует выполнять фазометр широкополосным, т.е. одновременно измерять фазовые сдвиги и период ПЧ, и затем для нормирования делить фазовый сдвиг на период ПЧ. Построение гетеродина в виде цифрового синтезатора частот позволяет с более высокой точностью обеспечить поддержание постоянства ПЧ. Для того чтобы не появлялось расхождение между генераторными частотами и частотами синтезатора, необходимо синхронизировать синтезатор и блок автоматического управления от одного опорного генератора.

Блок автоматического управления целесообразно выполнить на основе программно-управляемого устройства – микроконтроллера. При этом в качестве входов и выходов блока управления могут использоваться его порты, а требуемая последовательность командных импульсов запоминается в памяти команд микроконтроллера и формируется с заданными задержками в процессе выполнения программы.

Генераторные катушки и усилители мощности работают на фиксированных частотах, поэтому их можно выполнить по резонансной схеме. Это позволяет, во-первых, излучать в пространство значительно большую мощность, чем при использовании нерезонансной схемы, поскольку при заданной подводимой мощности излучаемая мощность пропорциональна добротности колебательного контура, а добротность может лежать в диапазоне 30-150, что во столько же раз повышает уровень сигнала на измерительных катушках и приводит к повышению точности. Во-вторых, использование резонансной схемы позволяет подавлять высшие гармоники сигнала также пропорционально добротности, что приводит к более точному измерению фазовых сдвигов и амплитуд сигналов на измерительных катушках.

Для улучшения соотношения сигнал/шум необходимо усилить сигнал с измерительной катушки, используя малошумящий усилитель высокой частоты (например, МАХ 4107), что также повышает точность измерений.

Точность определения электрических параметров неоднородностей в пластах-коллекторах, в основном, определяется точностью измерения разности фаз и амплитуд в измерительных катушках каждого зонда. Таким образом, использование калибровочного устройства позволяет повысить точность измерений удельного электрического сопротивления околоскважинного пространства. Удвоение числа измеренных параметров за счет проведения дополнительных амплитудных измерений приводит в результате дополнительной математической обработки к однозначной интерпретации при построении математических моделей среды, в том числе, и для сложных геоэлектрических моделей, повышая тем самым информативность применения устройства электромагнитного каротажа.

Формула изобретения

1. Устройство для электромагнитного каротажа скважин, имеющее в своем составе наземный и скважинный приборы, соединенные каротажным кабелем, при этом скважинный прибор содержит геометрически и электродинамически подобные друг другу зонды с генераторными и измерительными катушками и средство электромагнитной развязки между генераторной и измерительной частями скважинного прибора на рабочих частотах зондов, генераторная часть скважинного прибора включает в себя генераторные катушки, усилители мощности, мультиплексор, гетеродин, полосовые фильтры, усилители-ограничители промежуточной частоты, фазометр, опорный генератор, блок автоматического управления, телеметрическую систему, а измерительная часть скважинного прибора включает в себя измерительные катушки, усилители-преобразователи, коммутатор и электрод поляризации скважины, при этом генераторные катушки подключены к выходам усилителей мощности, а входы усилителей мощности соединены с выходами мультиплексора, измерительные катушки соединены с сигнальными входами усилителей преобразователей, коммутатор аналоговыми входами подключен к выходам усилителей-преобразователей, каждый из, по крайней мере, двух выходов коммутатора подключен к последовательно соединенным полосовому фильтру и усилителю-ограничителю, выходы усилителей-ограничителей соединены с измерительными входами фазометра, выход которого соединен с первым информационным входом телеметрической системы, выход которой соединен с наземным прибором, выход гетеродина подключен к гетеродинным входам усилителей преобразователей, выход опорного генератора соединен с тактовым входом блока автоматического управления, а выходы блока автоматического управления соединены соответственно с управляющими входами мультиплексора генераторных цепей, коммутатора измерительных цепей, фазометра, телеметрической системы и гетеродина, электрод поляризации скважины подключен к наземному прибору, отличающееся тем, что в него введено средство для измерения амплитуд сигналов на выходе полосовых фильтров, содержащее, по крайней мере, два детектора, и, по крайней мере один аналого-цифровой преобразователь, причем, выходы детекторов подключены к аналоговым входам аналого-цифровых преобразователей или к одному аналого-цифровому преобразователю с коммутатором на входе, управляющие входы аналого-цифровых преобразователей и вход управления коммутатором подключены к выходам блока автоматического управления, а выходы аналого-цифровых преобразователей подключены ко входам телеметрической системы.

2. Устройство для электромагнитного каротажа скважин по п.1, отличающееся тем, что детекторы выполнены в виде синхронных детекторов, входы управления которых подключены к выходам соответствующих усилителей-ограничителей.

3. Устройство для электромагнитного каротажа скважин по п.1, отличающееся тем, что детекторы выполнены в виде устройств выборки и хранения, вход управления которых подключен к блоку автоматического управления, а выход фазометра соединен со вторым входом блока автоматического управления.

4. Устройство для электромагнитного каротажа скважин по п.1, отличающееся тем, что в него введен калибратор, причем входы калибратора соединены с выходом блока автоматического управления и выходом опорного генератора, а выходной сигнал калибратора используется для калибровки измерительной части скважинного прибора.

5. Устройство для электромагнитного каротажа скважин по п.4, отличающееся тем, что выход калибратора соединен с измерительными катушками через делитель.

6. Устройство для электромагнитного каротажа скважин по п.4, отличающееся тем, что выход калибратора соединен с измерительными катушками через индуктивную связь путем подключения дополнительных калибровочных катушек, расположенных рядом с измерительными катушками и имеющими с ними индуктивную связь.

7. Устройство для электромагнитного каротажа скважин по п.4, отличающееся тем, что выход калибратора соединен с калибровочными входами усилителей-преобразователей.

8. Устройство для электромагнитного каротажа скважин по п.4, отличающееся тем, что выход калибратора через коммутатор измерительных цепей подключен ко входам полосовых фильтров.

9. Устройство для электромагнитного каротажа скважин по п.4, отличающееся тем, что выход калибратора подключен ко входам фазометра.

10. Устройство для электромагнитного каротажа скважин по любому из пп.1 и 4, отличающееся тем, что гетеродин выполнен в виде синтезатора частот и его тактовый вход соединен с выходом опорного генератора.

11. Устройство для электромагнитного каротажа скважин по любому из пп.1 и 4, отличающееся тем, что блок автоматического управления выполнен в виде программно-управляемого устройства с использованием микроконтроллера, и связи с блоками устройства осуществляются по стандартным интерфейсам.

12. Устройство для электромагнитного каротажа скважин по любому из пп.1 и 4, отличающееся тем, что усилители мощности с генераторными катушками выполнены по резонансной схеме.

13. Устройство для электромагнитного каротажа скважин по любому из пп.1 и 4, отличающееся тем, что между измерительными катушками и усилителями-преобразователями включены усилители высокой частоты.

РИСУНКИ