УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИГНАЛОВ В СКВАЖИНЕ
DEVICE FOR MEASUREMENT OF NATURAL ELECTROMAGNETIC SIGNALS IN WELL

Изобретение относится к геофизике и применяется при исследовании скважин с целью определения нарушенных и трещиноватых зон.
К настоящему времени накоплен большой объем информации о динамике геофизических полей Земли и связи ее с изменением напряженно-деформированного состояния геологической среды, особенно для районов с активной тектоно-вулканической деятельностью. Однако такая информация не менее актуальна и в тектонически спокойных районах при наличии там важных стратегических объектов, таких как атомные электростанции, подземные хранилища отходов ядерного производства, шахты и рудники, различные шламоотстойники и т.д. Горные породы и рудные тела при трещинообразовании излучают электромагнитные волны в широком диапазоне частот. Природа этого явления связана с перемещением дислокаций, несущих электрические заряды. Установлено, что процесс формирования электромагнитного излучения (ЭМИ) в горных породах отражает динамику зарождения и развития их структурного разрушения. По мере перехода разрушения с низшего энергетического уровня на более высокий, возрастают параметры ЭМИ (амплитуда и частота импульсов). Так как скважина является чувствительным объемным деформометром и прямо отражает изменения напряженно-деформированного состояния геосреды в естественном залегании, то скважинные измерения дают значительно больше информации по сравнению с поверхностными исследованиями.
Известно устройство [1], содержащее антенну для приема электромагнитных сигналов, высокочастотный перестраиваемый усилитель, выпрямитель. К недостаткам устройства следует отнести то, что в широком диапазоне частот принимаемых сигналов, изменения коэффициента передачи измерительного блока за счет контура усилителя при переходе от нижних частот диапазона к высшим может увеличиваться до трех раз, что крайне нежелательно. Кроме того, для работы этого устройства требуется трехжильный каротажный кабель и дополнительные устройства для преобразования измеряемых сигналов в цифровую форму.
Известно устройство [2], содержащее ферритовые антенны для приема электромагнитных сигналов, три конденсатора и коммутатор конденсаторов. К недостаткам устройства следует отнести большую неравномерность добротности входных контуров в широком диапазоне частот, что также приводит к большой неравномерности коэффициента преобразования всего блока. Кроме того, производятся измерения только на трех частотах, что позволяет охватывать только небольшую часть измеряемого диапазона.
Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является устройство [3], содержащее в скважинном приборе ферритовую антенну, три конденсатора, коммутатор конденсаторов, составляющие параллельный колебательный контур, работающий поочередно на трех частотах. Три узкополосных сигнала также не отражают весь частотный диапазон измеряемых сигналов, составляющий около 100 кГц. Кроме того, изменения добротности контуров приводят к увеличению коэффициентов передачи устройства до трех раз.
Устройство для измерения естественных электромагнитных сигналов в скважинах, содержащее ферритовую антенну, первый коммутатор конденсаторов, три конденсатора, усилитель, выпрямитель, аналого-цифровой преобразователь, выходной блок, блок управления, отличающееся тем, что в него дополнительно введены пять конденсаторов, восемь резисторов разной величины, полосовой фильтр и второй аналоговый коммутатор. Резисторы одним концом соединены вместе и присоединены к ферритовой антенне, вторыми концами резисторы соединены со входами первого коммутатора, выходы которого подключены через второй коммутатор ко входу усилителя, а выход усилителя соединен со входом полосового фильтра.
На рис. 1 изображена функциональная схема устройства. Устройство содержит:
1 - ферритовую антенну;
2-9 - резисторы;
10-17 - конденсаторы
18 - первый коммутатор конденсаторов К1-К8
19 - второй аналоговый коммутатор К9-К16
20 - входной усилитель
21 - полосовой фильтр
22 - выпрямитель
23 - аналого-цифровой преобразователь
24 - регистр сдвига
25 - управляемый выходной каскад
26 - блок управления
27 - блок питания
28 - одножильный каротажный кабель
Устройство, изображенное на рис. 1 представляет собой приемник электромагнитных сигналов, работающий по принципу прямого усиления, поэтому вся нагрузка по полосе частот, добротности и коэффициенту усиления ложится на входные контуры, состоящие из ферритовой антенны 1, резисторов (2-9) и конденсаторов (10-17). Устройство работает с временным разделением каналов за 9 тактов. Для синхронизации работы устройства в первый такт на блок 25 подается сигнал, запрещающий передачу информации, так как после паузы в передаче информации включается первый частотный канал путем подключения к ферритовой антенне конденсатора 10 и резистора 2 при помощи первого коммутатора конденсаторов 18. Пройдя через второй аналоговый коммутатор 19, сигнал, принимаемый устройством на этой частоте, усиливается усилителем 20, проходит полосовой фильтр 21, преобразуется в сигнал постоянного тока при помощи выпрямителя 22, поступает на входы аналого-цифрового преобразователя 23, на регистр сдвига 24 для получения последовательного кода и далее на выходной каскад 25, соединенный с одножильным каротажным кабелем 28. Питание устройства 27 осуществляется по тому же одножильному кабелю 28. Во второй такт к ферритовой антенне подключаются соответственно конденсатор 11 и резистор 3, при этом устройство принимает сигналы уже на другой частоте. Аналогичным образом устройство работает и в другие такты посредством синхронной работы первого и второго коммутаторов.
На рис. 2 изображены частотная характеристика 37 полевого фильтра 21 устройства и полосы частот входного контура (29-36). Полоса рабочих частот устройства 40-120 кГц, при этом добротность приемного контура в зависимости от частоты приема может возрастать до трех раз, что приводит к сужению полосы принимаемых сигналов. Для стабилизации добротности контуров при изменении частоты приема в устройстве установлены резисторы различной величины, включаемые в каждый такт работы устройства последовательно с ферритовой антенной. Достигнутая таким образом невысокая добротность приемного контура и пересечения принимаемых частотных полос позволяет устройству принимать электромагнитные сигналы во всем рабочем диапазоне частот. При проведении исследований частота принимаемых естественных электромагнитных сигналов является наиболее информативным параметром.
Источники информации
1. Фадеев В.А. Аппаратура для регистрации естественного сейсмоакустического и электромагнитного излучения горных пород в скважинах. Сб. науч. тр. Геофизические методы исследования месторождений полезных ископаемых - Караганда, 1991, с. 45-48.
2. Астраханцев Ю.Г., Белоглазова Н.А., Троянов А.К. Устройство для исследования в скважинах динамического состояния горных пород. Патент РФ №2658592, GO1V 1/40, G01V 3/18, GO1V 11/00.
3. Астраханцев Ю.Г., Белоглазова Н.А., Троянов А.К. Устройство для проведения исследований динамического состояния горных пород в скважине. Патент РФ №2533334, GO1V 11/00, G01V 3/18, GO1V 1/40.