SU1092376A1

SU1092376A1 - Device for impedance dielectric well-logging

Info

Publication number: SU1092376A1
Application number: SU833537300A
Authority: SU
Inventors: Гавриил Яковлевич Черняк
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии
Priority date: 1983-01-10
Filing date: 1983-01-10
Publication date: 1984-05-15

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПЕДА НОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА, со держащее каротажный зонд-конденсатор , перестраивающийр генератор высокой частоты, опорный генератор стабильной частоты и смеситель, а также частотомер и вольтметр переменного напр жени , имеющие незави симые выходы на наземный регистрирующий блок, отличающеес тем, что, с целью повышени точнос ти измерений и помехозащищенности устройства, в него дополнительно введены измерительный LC-контур, амплитудный детектор, избирательный усилитель, ограничитель, импульсный амплитудно-фазовый детектор, генератор пр моугольных колебаний низкой частоты, переключатель, два полосовых фильтра и усилитель-ограничитель с большим выходным сопротивлением , пр14чем измерительный LC-KOHтур с подключенным к нему зондомконденсатором соединен с усилителемограничителем , вольтметром переменного напр жени и aмплитyдны 1 детектором , между которым и управл ющим входом перестраивающегос генератора высокой частоты последовательно включены избирательный усилитель, ограничитель и амплитудно-фазовый детектор, соединенный с генератором пр моугольных колебаний, другой выход которого соединен с переключателем , а к выходам переключател подключены два полосовых фильтра, -соединенные через усилитель-ограничитель с измерительным контуром, при этом вход управлени частотой опорного генератора соединен с наземным регистрирующим блоком, а выход смесител соединен с входом переключател . - т: 1. DEVICE FOR IMPEDE OF DIELECTRIC CARRIAGE IMPED, containing a logging probe-capacitor, a tuner of a high-frequency generator, a stable frequency reference generator and a mixer, as well as an alternating voltage frequency meter and voltmeter having independent outputs to a ground-based recording unit, which are subject to a voltage generator and voltmeter having independent outputs to a ground-based recording unit, which are subject to a voltage meter and voltmeter having independent outputs to a ground-based recording unit, which are subject to a theme voltage meter and voltmeter. , in order to improve measurement accuracy and noise immunity of the device, an additional LC circuit, amplitude detector, selective amplifier, limiter, and pulse amplitude are introduced into it the bottom-phase detector, a low-frequency rectangular oscillator, a switch, two band-pass filters and a limiting amplifier with a large output impedance, the measuring LC-KOH circuit with a probe connected to it, connected to an amplifier, limiter, alternating voltage voltmeter and amplitude 1 detector, between which and the control input of the tunable high-frequency generator sequentially include a selective amplifier, a limiter, and an amplitude-phase detector connected to a square wave oscillator, the other output of which is connected to a switch, and two switch band filters connected to the switch outputs, connected via an amplifier-limiter to the measuring circuit, the frequency control input of the reference oscillator connected to the ground recording unit, and the mixer output is connected to the input switch - t:

Description

2, Устройство по п,1, о т ли чающеес тем, что, с целью автоматизации управлени частотой опорного генератора ,его вход сое-. динён с выходом вольтметра переменного напр жени на измерительном контуре .2, The apparatus according to claim 1, wherein it is, for the purpose of automating the frequency control of the reference oscillator, its input is connected. A voltmeter with an alternating voltage voltmeter on the measuring circuit.

Изобретение относитс к горному делу,в частности к устройствам,приме н емым в разведочной геофизике и пре назначенным дл изучени разрезов ги рогеологических скважин,и может быть использовано дл изучени разрезов нефт ных, газовых- и иных- скважин, а также дл каротажа в процессе ста тической и динамической пенетрации. Известно устройство дл волнового диэлектрического каротажа, содержащее каротажный зонд, в котором размещены генератор высокочастотных колебаний, подключенный к генераторному датчику, выполненному в виде индукционной катушки, и измери тель, содержащий измерительные датчики , выполненные в виде индукционных катушек, подключенных к блохам измерени фаз и амплитуд электромагнитного пол tl. При этом мерой диэлектрической проницаемости и проводимости пород, пересеченных скважиной, служат измерени разности фаз или отношение амплитуд электромагнитной волны в двух точках на оси скважины, удален ных от источника пол на заданное рассто ние. Недостатком этого устройства вл етс то, что измер емый парамет ( разность фаз или отношение амплитуд 1 вл етс функцией одновременно и диэлектрической проницаемости и проводимости пород. Это требует выполнени измерений либо на сущест венно различных частотах, когда . вли нием одной из указанных характе ристик можно пренебречь, либо испол зовани ; дл вычислени диэлектрической проницаемости данных об удел ном сопротивлении пород, измеренном на более низкой частоте или даже на посто нном токе. Во всех случа х возникают соответствующие погреш ности в измерени х и вычислени х названнь1х характеристик. Кроме того недостатком устройства, вл етс невозможность одновременных, выполн емых на одной частоте, измерений и диэлектрической проницаемости и проводимости пород, пройденных -сква жиной , а также невозможность выполн ть измерени диэлектрической проницаемости низкоомных пород, имеющих удельное электрическое сопротивление менее 4-5 Ом.м. Наиболее близким к изобретению по техническому решению вл етс устройство дл импедансного диэлектрического каротажа, содержащее каротажный зонд-конденсатор, перестраивающийс генератор высокой частоты, опорный генератор стабильной частоты . и смеситель, а также частотомер и вольтметр переменного напр жени , имеющие независимые выходы на регистрирующий блок I23. В этом устройстве каротажный зондконденсатор специальной конструкции, который может рассматриватьс как зашунтированный активным сопротивлением электрический конденсатор с большим внешним полем рассе ни , включен в колебательный контур перестраивающегос генератора высокой частоты. Мерой диэлектрической проницаемости пород, пересеченных скважин , вл етс частота генератора, завис ща от емкости зонда-конденсатоР Недостатком этого устройства вл етс то, что из-за низкой добротности зонда и необходимости соблюдени условий сохранени автоколебаний в перестраивающемс генераторе, зонд включаетс в его колебательный контур через разделительную емкость, вследствие чего частота перестраивающегос генератора оказываетс сложным образом завис щей не только от величины входной емкости зонда и, следовательно, от диэлектрической проницаемости окружающей зонд среды, но и от величины шунтирующего зонд сопротивлени (т.а. от электропроводности изучаемой среды и переходного сопротивлени электроды зонда - среда ) и от частоты, на которой выполн ютс измерени . Возникающа з этот счет погрешность в определени х диэлектрической проницаемости изучаемых пород может достигать нескольких сот процентов, а уменьшение этой погрешности выполн етс лишь при специальной обработке результатов измерений. В итоге снижаетс точность и достоверность получаемых данных, а также помехозащищенность устройства от случайных колебаний шунтирующего зонд сопротивлени .The invention relates to mining, in particular to devices used in exploration geophysics and designed to study sections of hygrogeological wells, and can be used to study sections of oil, gas and other wells, as well as for logging in static and dynamic penetration. A device for wave dielectric logging comprising a logging probe containing a high frequency oscillator connected to a generator sensor made as an induction coil and a meter containing measuring sensors made in the form of induction coils connected to a flea phase and amplitude measurement is known. electromagnetic field tl. Here, a measure of the dielectric constant and conductivity of rocks intersected by a well is used to measure the phase difference or the ratio of the amplitudes of the electromagnetic wave at two points on the well axis that are removed from the field source for a given distance. A disadvantage of this device is that the measured parameter (the phase difference or the amplitude ratio 1 is a function of both the dielectric constant and the conductivity of the rocks. This requires measurements either at substantially different frequencies, when one of these characteristics can be influenced neglect or use; to calculate the dielectric constant of the data on the relative resistance of the rocks, measured at a lower frequency or even at a constant current. In all cases, Errors in measurements and calculations of the above characteristics. In addition, the drawback of the device is the impossibility of simultaneous measurements performed at one frequency, and the dielectric constant and conductivity of the rocks traversed by the source, as well as the inability to measure the dielectric constant of low-resistance rocks with electrical resistivity less than 4-5 Ohm.m. The closest to the invention according to the technical solution is a device for impedance dielectric logging, won logging probe capacitor perestraivayuschiys high frequency generator, a stable reference oscillator frequency. and a mixer, as well as an alternating voltage frequency meter and voltmeter, having independent outputs to the recording unit I23. In this device, a logging probe capacitor of a special design, which can be considered as a resistance-shunted electrical capacitor with a large external field of dissipation, is included in the oscillating circuit of the tunable high-frequency generator. A measure of the dielectric constant of rocks of intersected wells is the generator frequency, depending on the capacitance of the probe-condenser. A disadvantage of this device is that, due to the low quality of the probe and the need to observe the conditions for maintaining self-oscillations in the tunable generator, the probe is included in its oscillatory circuit through the separation capacitance, as a result of which the frequency of the tunable generator depends in a complex way not only on the size of the input capacitance of the probe and, therefore, on tons of dielectric constant of the surrounding medium, but also from the magnitude of the shunt resistance probe (i.e. from the electrical conductivity of the test medium and the transition resistance of the probe electrodes to the medium) and the frequency at which measurements are made. The error arising from this account in the definition of the dielectric constant of the studied rocks can reach several hundred percent, and the reduction of this error is performed only with special processing of measurement results. As a result, the accuracy and reliability of the data obtained, as well as the immunity of the device from random oscillations of the shunt resistance probe, are reduced.

Цель изобрет.ени - повышение точности измерений и по1иехозащищенности устройства.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements and the high protection of the device.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство дл импедансного диэлектрического каратажа, содержащего каротажный зонд-конденсатор , перестраивающийс генератор высокой частоты, опорный генератор стабильной частоты и смеситель, а также вольтметр переменного напр жени и частотомер, имеющие неэависимые выходы на наземный регистрирующий блок, дополнительно введены измерительный LC-контур, амплитудный детектор, избирательный усилитель , импульсный амплитудно-фазовый детектор, генератор пр моугольных колебаний низкой частоты, переключатель , два полосовых фильтра и усилитель-ограничитель с большим выходным сопротивлением, причем измерительный контур с подключенным к нему зондом-конденсатором соединен с усилителем-ограничителем, вольтметром переменного напр жени и амплитудным детектором, между которым и управл ющим входом перестраивающегос генератора высокой частоты последовательно включены избирательный усилитель, ограничитель и амплитудно-фазовый детектор, соединенный с генератором пр моугольных колебаний, другой выход которого соединен с переключателем, выходам переключател подключены два полосовых фильтра, соединенные через усилитель-ограничитель с измерительным контуром, при этом вход управлени частотой опорного генератора соединен с наземным регистрирующим блоком, а выход смесител соединен с входом переключател .The goal is achieved in that a device for impedance dielectric caravans containing a logging probe-capacitor, a tunable high-frequency generator, a reference generator of stable frequency and a mixer, as well as an alternating voltage voltmeter and frequency meter having independent outputs to the surface recording unit, are additionally inserted measuring LC circuit, amplitude detector, selective amplifier, pulse amplitude-phase detector, low-frequency rectangular oscillator, n A switch, two bandpass filters and a limiting amplifier with a large output impedance, the measuring circuit with a probe-capacitor connected to it connected to an amplifier-limiting device, an alternating voltage voltmeter and an amplitude detector, between which and the control input of the tunable high-frequency generator are connected in series selective amplifier, limiter and amplitude-phase detector connected to a square wave generator, the other output of which is connected to ne eklyuchatelem, two outputs of the switch are connected bandpass filters, connected via an amplifier-limiter with a measuring circuit, wherein the reference oscillator frequency control input connected to ground by the registering unit, and an output mixer connected to the input of the switch.

С целью дополнительного удобства, т.е. автоматического управлени частотой опорного генератора, его вход соединен с выходом вольтметра переменного напр жени на измерительном контуре.For the purpose of additional convenience, i.e. automatic control of the frequency of the reference oscillator; its input is connected to the output of an alternating voltage voltmeter on the measuring circuit.

При таком конструктивном выпол- -. нении устройства между зондом-конденсатором и измерительным контуром отсутствует разделительный коненсатор , что делает резонансную частоту контура однозначной функцией лишь емкости зонда-конденсатора вне зависимости от величины шунтирующего сопротивлени потерь,With such a constructive performed - -. There is no separation capacitor between the probe-capacitor and the measuring circuit, which makes the resonant frequency of the loop an unambiguous function only of the capacitance of the probe-capacitor, regardless of the value of the shunt loss resistance,

Это существенно повышает помехоустойчивость устройства по отноению к нестабильност м, св занным изменением переходного сопротивени между электродами зонда и кружающей его средой при непрерывом перемещении зонда по стволу кважины. Питание измерительногоThis significantly increases the noise immunity of the device with respect to instabilities associated with the change in the transient resistance between the electrodes of the probe and its circulating medium while the probe is continuously moving along the wellbore. Measuring power

контура независимЕлм от него генераТбром и отсутствие в контуре нелинейных элементов позвол ет оптимизировать его параметры, поскольку функции погрешности в измерени х вне5 сенной в контур емкости, возникающа за счет вли ни изменений сопротивлени при определенных значени х характеристического сопротивлени контура имеет минимум, что также 0 уменьшает указанную погрешность измерений .the contour independent of its generation Tbrom and the absence of nonlinear elements in the contour makes it possible to optimize its parameters, since the error functions in measurements of the external capacitance to the contour of the capacitance arising due to the influence of resistance changes at certain values of the characteristic resistance of the circuit have a minimum that also decreases specified measurement error.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2иллюстративный график, по сн ющий 5 его работу.Figure 1 shows the block diagram of the proposed device; FIG. 2 is an illustrative graph that explains its work 5.

измерительное устройство содержит каротажный зонд-конденсатор 1, измерительный LC-контур 2 с клеммами- дл подключени зонда, вольт метр 3 переменного напр жени , амплитудный детектор 4, избирательный усилитель 5, ограничитель б, фазочувствительный синхронный детектор 7, генератор 8 пр моугольных колебаний низкой частоты, перестра5 ивающийс генератор 9 высокбй частоты , гетеродинный частотомер 10, опорный генератор 11, смеситель 12, переключатель.13, два полосовыхThe measuring device contains a logging probe-capacitor 1, measuring LC-circuit 2 with terminals - for connecting the probe, volt meter 3 alternating voltage, amplitude detector 4, selective amplifier 5, limiter b, phase-sensitive synchronous detector 7, generator 8 rectangular oscillations low frequencies, tunable oscillator 9 high frequencies, heterodyne frequency meter 10, reference oscillator 11, mixer 12, switch 13, two bandpass

фильтра 14 -и 15 и усилитель-ограни0 читель 16.filter 14 and 15 and the amplifier-limiter 16.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

С генераторов 9 и 11 сигналы поступают на смеситель 12, с выхода 5 которого снимаетс напр жение, со держащее две частоты и . lAij . Ыд где сОг и LOg - соответ-. .ственно частоты перестраивающегос 9 и опорного 11 генераторов, причем 0 всегда существенно меньше From generators 9 and 11, signals are fed to mixer 12, from output 5 of which the voltage is removed, containing two frequencies and. lAij. Yd where com and LOg - respectively. The frequencies of the tunable 9 and reference 11 generators are natural, and 0 is always substantially less

Это напр жение через переключатель 13, управл емый низкочастотным генератором 8, поступает на полосовые фильтры 14 и 15, где раздел ет с на сигналы двух частот U) и Wj попеременно поступающие через усилитель-ограничитель 16 на измерительный контур 2, составленный из параллельно включенных индуктивности U - и емкости. Сд. При включении в измерительный контур 2 каротажного зонда 1 и перемещении его вдоль скважины , в зависимости от электрических свойств пород мен етс входной импеданс (входна емкость и доброт5 ность| зонда 1 и соответственно емкость и добротность измерительного «контура 2, что приводит к изменени м его собственной резонансной час .тоты, а также к изменени м формы 0 (амплитуды и остроты J резонансной кривой контура 2.This voltage through the switch 13, controlled by the low-frequency generator 8, goes to the band-pass filters 14 and 15, where it divides the signals from the two frequencies U) and Wj alternately through the amplifier-limiter 16 to the measuring circuit 2 made up of parallel-connected inductances U - and capacity. Sd. When the logging probe 1 is included in the measuring circuit 2 and moving along the well, the input impedance changes (input capacity and quality of the probe 1 and, accordingly, the capacity and quality of the measuring circuit 2, depending on the electrical properties of the rocks), which leads to changes in its own resonant hour. also, as well as changes in form 0 (amplitudes and sharpness J of the resonance curve of circuit 2.

Сигнал с перибдически мен ющейс частотой u) и W2 f попада на измерительный контур 2, вызывает низко5 частотную модул цию его параметров. так как при этом периодически мен етс полное сопротивление z контура и на нем возникает модул ци высокочастотного напр жени , амплитуда (м и фаза которого зависит от положени частот LO и u) питающего напр жени относительно резонансной частоты измерительного контура 2. Пр моугольна огибающа модулированного напр жени U вьщел етс амплитудным модул тором 4, усиливаетс избирательны усилителем 5 и через ограничитель б и синхронный детектор 7 поступает на управл ющий вход высокочастотного генератора 9 замыкс1Я тем самым систему автоматической подстройки его частоты. Все УСТРОЙСТВО стремитс возвратитьс в такой режимJ когда частоты Ыт и Ыт располагаютс симметрично относительно собственной резонансной частоты ujp измерительного контура 2 поскольку при этом выполн етс равенство модулей ( и ( полного со противлени контура на састотах w и 0/2 и на нем исчезает амплитудна модул ци напр жени высокоГ: часто ты, т.е. напр жение и (((z 12 pu становитс равным нулю, где 3 ест амплитуда высокочастотного тока, питающего измерительный контур 2. Это в свою очередь означает, что частота ш генератора 9, измер ема частотомером 10 и передаваема на регистрирующий блок, становитс равной резонансной частоте иЗр измерительного контура 2 с включенны в него зондом 1, а ее значение опр дел етс не завис щим от электропр водности изучаемой среды соотношением р-рч Е где К - коэффициент зонда; ЕХ эффективна диэлектрическа проницаемость окружающей зонд среды. Поскольку в этом выражении все величины кроме f известны и остают с в процессе измерений неизменным то частота оказываетс однозначной функцией искомой величины Е Дл получени информации о велиине эффективного удельного электриеского сопротивлени р, окружающей зонд среды, определ емого на частоте Ыр, вольтметром 3 измер етс амплитуда высокочастотного напр жени на измерительном контуре 2, св занна с величиной р соотношением U K K-UU; Uijj - амплитуда напр жени на контуре 2; (Дц и г- - соответственно, добротность и характеристическое сопротивление ненагружен .ного контура 2 ; k,- коэффициент зонда ( причем все величины кроме 0 известны из конструктивных расчетов устройства и в процессе измерений остаютс неизменными ). Кроме того, на управл ющий вход опорного генератора 11 с наземного пульта управлени (не показан ) может подаватьс сигнал, позвол ющий ступенчато в заданных пределах мен ть частоту WQ, измен тем самым рэзнос частоты u и , что становитс особенно важным при слабо выраженных резонансных кривых измерительного контура 2 из-за низких значений шунтирующего его эквивалентного сопротивлени потерь , Процесс подбора частоты Wp может быть и автоматизирован путем использовани дл этой цели напр жени , снимаемого с измерительного контура 2 и измер емого вольтметром 3, Введение в устройство новых элементов и св зей отличаетс от прототипа повышенной точностью измерений и возросшей помехозащищенностью, что приводит к увеличению разрешаюгдей способности импедансного диэлектрического каротажа и получению более достоверной информации о свойствах пород, вскрытых скважиной . В итоге возрастет эффективность и информативность импедансного диэлектрического каротажа скважин.The signal with the peribdically varying frequency u) and W2 f falling on the measuring circuit 2 causes a low5 frequency modulation of its parameters. since the impedance z of the circuit varies periodically and modulation of the high-frequency voltage occurs on it, the amplitude (m and phase of which depends on the position of the frequencies LO and u) of the supply voltage relative to the resonant frequency of the measuring circuit 2. The rectangular envelope of the modulated voltage U is assigned to an amplitude modulator 4, amplified by selective amplifier 5, and through limiter b and synchronous detector 7 enters the control input of the high-frequency generator 9, thereby closing the auto system Mathematical adjustment of its frequency. All the DEVICE tends to return to such a modeJ when the frequencies иt and симt are located symmetrically with respect to the intrinsic resonant frequency ujp of the measuring circuit 2, since the moduli are equal (and (amplitude modulation is complete with the resistance of the circuit and 0/2) high voltage: often you, i.e. voltage and (((z 12 pu becomes equal to zero, where 3 eats the amplitude of the high frequency current feeding measuring circuit 2. This in turn means that the frequency w of the generator 9 measured by often Tomer 10 and transmitted to the recording unit become equal to the resonant frequency of the SpA of measuring circuit 2 with probe 1 included in it, and its value is determined by the ratio of the probe E, where K is the coefficient of the probe; EX is effective dielectric constant of the surrounding medium environment. Since in this expression all quantities except f are known and remain constant during the measurements, the frequency turns out to be an unambiguous function of the desired quantity E. To obtain information on the magnitude of the effect The active electrical resistivity p surrounding the medium's probe, determined at the frequency Lp, by a voltmeter 3 measures the amplitude of the high-frequency voltage on the measuring circuit 2, related to the value of p by the ratio U K K-UU; Uijj is the voltage amplitude on circuit 2; (Ds and g- are, respectively, the quality factor and the characteristic resistance of the unloaded circuit 2; k, is the coefficient of the probe (all values except 0 are known from the design calculations of the device and remain unchanged during the measurement). In addition, the control input of the reference The generator 11 from the ground control unit (not shown) can be given a signal that allows changing the frequency WQ in steps within specified limits, thereby changing the frequency u and, which becomes especially important when the resonant curves are poorly pronounced The junction circuit 2 due to the low values of the equivalent loss resistance shunting it, the process of selecting the frequency Wp can be automated by using the voltage taken from measuring circuit 2 and measured by a voltmeter 3, the introduction of new elements and connections to the device differs from the prototype, increased measurement accuracy and increased noise immunity, which leads to an increase in the resolution of the ability of impedance dielectric logging and obtaining more reliable information and about the properties of the rocks opened by the well. As a result, the efficiency and informativeness of the impedance dielectric well logging will increase.

Claims

(57! 1. IMPEDANCE DIELECTRIC LOGGING DEVICE, comprising a logging capacitor, tuning a high frequency generator, a stable frequency reference oscillator and mixer, as well as a frequency counter and an alternating voltage voltmeter having independent outputs to a ground recording unit, characterized in that in order to increase the accuracy of measurements and noise immunity of the device, an additional LC measuring circuit, an amplitude detector, a selective amplifier, a limiter, and pulse amplitudes are additionally introduced into it a no-phase detector, a low-frequency square-wave oscillator, a switch, two band-pass filters and a limit amplifier with a large output impedance, an LC-koh measuring tour with a capacitor probe connected to it is connected to an amplifier limiter, an alternating voltage voltmeter, and an amplitude detector, between which The control input of the tunable high-frequency generator includes a selective amplifier, a limiter, and an amplitude-phase detector connected to the generator a square-wave oscillator, the other output of which is connected to the switch, and two band-pass filters connected to the switch outputs, connected through an amplifier-limiter with a measuring circuit, while the frequency control input of the reference oscillator is connected to the ground recording unit, and the mixer output is connected to the switch input .

s <0

2. The device according to claim 1, characterized in that, in order to automate the control of the frequency of the reference generator, its input is connected to the output of the AC voltmeter on the measuring circuit.