УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТОРОИДАЛЬНЫХ КАТУШЕК
DEVICE FOR DETECTING ELECTROMAGNETIC FIELD CHARACTERISTICS USING TOROIDAL COILS

Устройство для регистрации характеристик электромагнитного поля с использованием тороидальных катушек (далее - изобретение, техническое решение) относится к области геофизических исследований в нефтегазовых скважинах, а именно  к устройствам для изучения электрических свойств горных пород (коллекторов), окружающих скважину, зондами (скважинными излучателями) методом электромагнитного каротажа.
В настоящее время из уровня техники известен ряд устройств-аналогов, наиболее близким к изобретению из которых (прототипом) является устройство для измерения бокового удельного сопротивления и удельного сопротивления распространения по патенту РФ №2398112 (дата приоритета: 01.04.2004 года). К числу недостатков прототипа можно отнести следующее:
- ограниченный частотный диапазон за счет использования приемных тороидальных катушек только с ферромагнитными сердечниками либо только с неферромагнитными сердечниками; в первом случае частотный диапазон будет ограничен сверху из-за возрастания потерь в ферромагнитных сердечниках катушек и снижения магнитной проницаемости на высоких частотах, во втором случае - частотный диапазон будет ограничен снизу, поскольку на низких частотах индукционная связь между внутренним проводящим основанием и обмоткой на тороидальном неферромагнитном сердечнике катушки будет слабой;
- внешнее давление непосредственно воздействует на сердечники генераторных и приемных катушек, что приводит к появлению дополнительной погрешности измерения из-за искажения сигналов;
- технологическая сложность монтажа генераторных и приемных катушек и их низкая ремонтопригодность из-за того, что намотку сердечника и обмоток необходимо выполнять в малом объеме проточки неразъемной трубы.
Технической целью (задачей) заявляемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а его техническим результатом - создание устройства для электромагнитного каротажа скважин, обеспечивающего более точное измерение искомых величин и значений, при упрощении конструкции, что положительно сказывается на монтаже и ремонтопригодности устройства.
Поставленная задача достигается тем, что заявляемое устройство, содержащее основание в виде немагнитной проводящей металлической трубы с соосно расположенной на нем приемной тороидальной катушкой с ферромагнитным сердечником, конструктивно снабжено герметичным корпусом из немагнитного металла, который электрический соединен с основанием, приемная тороидальная катушка с ферромагнитным сердечником содержит не менее двух обмоток, одна из которых сигнальная, вторая компенсирующая, при этом к сигнальной обмотке подключен вход усилителя-преобразователя обратной связи, а к компенсирующей обмотке - выход усилителя-преобразователя обратной связи, на основании рядом с приемной тороидальной катушкой с ферромагнитным сердечником размещена приемная тороидальная катушка с неферромагнитным сердечником, и обе катушки установлены внутри корпуса с изолирующим зазором (жирным выделены существенные признаки изобретения, отличающие его от прототипа). Именно вышеуказанная совокупность признаков обеспечивает получение изобретением заявленного технического результата.
Изобретение в своих частных случаях выполнения характеризуется признаками, указанными в предыдущем абзаце, в совокупности со следующими признаками:
1) изолирующий зазор находится не над приемными тороидальными катушками, а рядом с ними в плоскости, параллельной окружностям, образованным тороидальными сердечниками данных катушек;
2) корпус устройства выполнен разборным.
Перечень графических чертежей, поясняющих сущность заявляемого изобретения:
Фиг. 1 - общий вид конструктивной схемы технического решения;
Фиг. 2 - электрическая схема обратной связи приемной катушки с ферромагнитным сердечником.
Устройство для регистрации характеристик электромагнитного поля с использованием тороидальных катушек включает в себя следующие элементы: корпус 1, генераторную катушку (условно не показана), приемную катушку с ферромагнитным сердечником 2, приемную катушку с неферромагнитным сердечником 3, основание 4, изолирующее кольцо 5, герметизирующее покрытие 6, усилитель-преобразователь обратной связи (условно не показан), генератор сигнала (условно не показан), блок измерительной аппаратуры (условно не показан).
Корпус 1 предлагаемого устройства выполнен в виде разборной полой трубы заданного диаметра, герметичным, из немагнитного металла.
Приемная катушка с ферромагнитным сердечником 2 соосно размещена на основании 4 с диэлектрическим зазором относительно корпуса 1 и на заданном расстоянии от генераторной катушки (условно не показана). Представлена тороидальной катушкой общеизвестной конструкции.
Приемная катушка с неферромагнитным сердечником 3 соосно размещена на основании 4 рядом с приемной катушкой с ферромагнитным сердечником 2, с диэлектрическим зазором относительно корпуса 1. Представлена тороидальной катушкой общеизвестной конструкции.
Основание 4 представлено в виде единой полой металлической трубы заданного диаметра из немагнитного хорошо проводящего металла. Закреплено известным образом внутри корпуса 1.
Изолирующее кольцо 5 выполнено замкнутым из керамики, установлено известным образом в корпусе 1 и конструктивно предназначено для исключения короткого замыкания электрических токов по корпусу 1 и основанию 4.
Герметизирующее покрытие 6 выполнено в виде замкнутого резинового кольца, конструктивно предназначено для герметизации основных узлов заявляемого изобретения внутри корпуса 1.
Заявляемое устройство работает следующим образом: посредством генераторной катушки и генератора сигналов (условно не показаны) в окружающей среде возбуждается переменное электрическое поле, проникающее на достаточную для исследования глубину. Затем блоком измерительной аппаратуры (условно не показан), посредством приемных катушек 2, 3 производят измерение электрического тока. При этом электрический ток в сигнальной обмотке Wc приемной катушки с ферромагнитным сердечником 2 (фиг. 2) пропорционален электрическому току, протекающему по основанию 4. Электрический ток в компенсирующей обмотке Wk приемной катушки с ферромагнитным сердечником 2 (фиг. 2), создаваемый усилителем-преобразователем обратной связи A1, равен по величине электрическому току в сигнальной обмотке Wc приемной катушки с ферромагнитным сердечником 2 и противофазен ему. Напряжение на выходе усилителя-преобразователя A1 будет пропорционально току, протекающему по основанию 4. За счет протекания двух одинаковых противофазных электрических токов в двух обмотках приемной катушки с ферромагнитным сердечником 2 ее влияние на падение напряжения на основании 4 минимизируется.
В свою очередь, наличие диэлектрического зазора и изолирующего кольца 5 исключает короткое замыкание электрического тока по корпусу 1 и основанию 4.