Скважинное устройство для измерения электропроводности и магнитной восприимчивости горных пород
BOREHOLE DEVICE FOR MEASURING THE ELECTRICAL CONDUCTIVITY AND MAGNETIC SUSCEPTIBILITY OF ROCKS

Предлагаемое изобретение относится к геофизике и предназначено для измерения физических параметров горных пород, таких как электропроводность и магнитная восприимчивость. Предназначение данного устройства несколько отличается от общепринятого, в котором производится поиск аномальных значений электропроводности или магнитной восприимчивости. В данном случае производится поиск объектов на действующих горнорудных предприятиях, не обладающих ни электропроводностью, ни магнитными свойствами в отличие от вмещающих пород. Это характерно при поиске бериллов и изумрудов.
- Известно устройство для измерения магнитной восприимчивости и электропроводности горных пород [1]. Это устройство используется на железорудных месторождениях и не обладает требуемой чувствительностью.
- Известно устройство для измерения магнитной восприимчивости горных пород [2]. Данное устройство не предназначено для измерения электропроводности горных пород.
Наиболее близким техническим решением является устройство [3], содержащее два фазовращателя, два фазочувствительных детектора, зонд.
К недостаткам устройства следует отнести то, что для проведения всего комплекса измерений используется два скважинных прибора и, следовательно, две спускоподъемных операции. Кроме того, применение трехжильного кабеля не улучшает технические характеристики устройства.
Скважинное устройство для измерения электропроводности и магнитной восприимчивости горных пород, содержащее первую генераторную катушку, намотанную на ферритовом сердечнике, первую приемную катушку, намотанную на ферритовом сердечнике и расположенную на заданном расстоянии от генераторной катушки, задающий генератор, два фазочувствительных детектора, первый и второй фазовращатели, отличающееся тем, что в него дополнительно введены вторая генераторная и вторая приемная катушка, намотанные соответственно поверх первой генераторной и первой приемной катушек, два полосовых усилителя, первый и второй формирователи разнополярного тока, два переменных резистора, третий и четвертый фазовращатели, блок управления, управляющий первым, вторым, третьим и четвертым аналоговыми ключами, причем переменные резисторы последовательно соединены с генераторными катушками, а напряжения, снимаемые с переменных резисторов, через третий и четвертый фазовращатели подаются на входы первой и второй приемных катушек в противофазе, компенсируя первичное поле от генераторных катушек, выходы приемных катушек подключены к входам первого и второго полосовых усилителей, выходы которых соединены со входами первого и второго фазовращателей, их выходы соединены со входами первого и второго фазочувствительных детекторов, выходы которых через первый и второй аналоговые ключи соединены со входом фильтра низких частот и далее со входом аналого-цифрового преобразователя, на входы третьего и четвертого ключей и первого и второго фазочувствительных детекторов подаются напряжения частотой соответственно 300 Гц и 30 кГц с задающего генератора, выходы третьего и четвертого ключей подключены к входам первого и второго формирователей разнополярного тока, выходы которых подключены к входам первой и второй генераторных катушек.
На фиг. 1 изображена конструкция измерительных датчиков, а на фиг. 2 функциональная схема устройства.
1, 2 - первая и вторая генераторные катушки
3, 4 - первая и вторая приемные катушки
5, 6- переменные резисторы
7, 8 - третий и четвертый фазовращатели
9, 10 - первый и второй полосовые усилители
11 - первый фазовращатель
12 - первый фазочувствительный выпрямитель
13 - второй фазовращатель
14 - второй фазочувствительный выпрямитель
15 - первый и второй аналоговые ключи
16 - фильтр нижних частот
17 - блок управления
18 - первый формирователь разнополярного тока
19 - второй формирователь разнополярного тока
20 -третий и четвертый аналоговые ключи
21 - сигналы на вход АЦП
22 - сигнал от задающего генератора частотой 300 Гц
23 - сигнал от задающего генератора частотой 30-10 Гц
24 - сигнал синхронизации работы АЦП, блока передачи с блоком управления 17
Генераторные катушки 1, 2 намотаны на ферритовом сердечнике одна поверх другой. Приемные катушки 3, 4 также намотаны на ферритовом сердечнике, на заданном расстоянии от генераторных катушек 1,2. Переменные резисторы 5, 6 включены последовательно с намагничивающими катушками, а напряжение, снимаемое с них, через фазовращатели 7, 8 подается на приемные катушки, в противофазе компенсируя первичное поле от генераторных катушек. Скомпенсированное напряжение передается на входы полосовых усилителей 9, 10 и далее подается через фазовращатели 11, 13 на входы фазочувствительных детекторов 12, 14, выходные напряжения которых через два аналоговых ключа 15 поступают на вход фильтра нижних частот 16 и далее на вход аналого-цифрового преобразователя 21. Блок управления 17 поочередно подает сигналы на третий или четвертый ключи 20. При этом на выходах формирователей разнополярного тока 18, 19 поочередно появляются сигналы 300 Гц или 30 кГц, которые подаются на первую генераторную катушку 1 и вторую генераторную катушку 2. Кроме того блок управления 17 синхронно с управлением ключами 20 осуществляет управление аналоговыми ключами 15.
На входы ключей 20 подаются напряжения с задающего генератора. На вход 22 частота 300 Гц, на вход 23 частота 30 кГц. Блок управления 17 переключает ключи 15, через 40⋅10-3 с, что позволяет проводить измерения магнитной восприимчивости и электропроводности практически одновременно с приемлемой скоростью движения скважинного прибора при каротаже. Синхронизация работы аналого-цифрового преобразователя, установленного в блоке передачи, осуществляется путем подачи соответствующих сигналов с выхода блока 17. При отсутствии магнитных и электропроводящих объектов напряжения на выходах фазочувствительных детекторах и, соответственно, на выходе блока 16 будут равны нулю. Передача выходных сигналов АЦП на поверхность осуществляется известными методами по одножильному кабелю. По этому же кабелю подается напряжение питания скважинного прибора. Что касается количества витков генераторных и приемных катушек то в научной литературе очень мало сведений на эту тему. Наиболее полно об этом можно посмотреть в [3] списке заявки. Количество витков зависит от многих факторов это магнитная проницаемость сердечника, его и в целом катушки геометрические размеры, которые в свою очередь определяются диаметром скважинного прибора и диаметром исследуемой скважины. Это все решается автором конструкции прибора.
Действительно при подаче напряжения, как первую, так и на вторую генераторные катушки образуются сигналы на первой и второй приемных катушках. В каждом канале стоят полосовые усилители, что позволяет отличить сигнал 300 Гц от 30 кГц. Кроме того используется синхронное выпрямление позволяющее полностью исключить взаимное влияние каналов измерения магнитной восприимчивости и электропроводности среды.
Источники, используемые при составлении заявки.
1. Пономарев В.Н., Нехорошков В.Л., Астраханцев Ю.Г. и др. Устройство для измерения магнитной восприимчивости и электрической проводимости, а.с. №401944 А1. (СССР) 10.03.1973.
2. В.Н. Пономарев, Ю.Г. Астраханцев. Зонд для измерения магнитной восприимчивости горных пород, а.с. №1289214 (СССР).
3. А.К. Сараев, Ю.Ф. Бертяев, Н.Л. Попов, А.О. Терехов. Методические указания по применению электромагнитного каротажа с аппаратурой ЭМК - 2. СПб; ВИРГ - Рудгеофизика, 1993, 120 с.