Файл: Даев Д.С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин.pdf

систем или с помощью применения более сложных специальных схем с относительно низкой добротностью, но малым коэффициен­ том шума. Второй способ предпочтительнее, так как с ростом добротности резонансных контуров возрастает крутизна фазовой характеристики. Это приводит к ошибкам измерений при изме­ нении параметров контуров с температурой, при уходах частоты генератора и гетеродина. В связи с этим целесообразно исполь­ зование схем с невысокой добротностью резонансных контуров или вообще без резонансных систем, а также применение кварцевой стабилизации частоты генератора и гетеродина.

Таким образом, измерительная схема аппаратуры ВДК пред­ ставляет собой двухканальную фазонзмерителы-іую систему [34] и включает в себя усилители высокой частоты, преобразователи частоты, общий гетеродин, усилители промежуточной частоты, усилители-ограничители, фазоизмерительный блок и блок форми­ рования сигнала для передачи его на поверхность, включающий усилитель мощности и амплитудный детектор.

Устройство аппаратуры волнового диэлектрического каротажа

Первые образцы аппаратуры ВДК разработаны С. Б. Денисовым в Центральном геофизическом тресте МГ РСФСР и Центральной геофизической экспедиции МНП. Эта аппаратура состоит из сква­ жинного прибора, наземной панели и источника питания. Питание скважинного снаряда осуществляется либо постоянным током (вариант на трехжилыгом бронированном кабеле), либо перемен­ ным током частотой 300 Гц (вариант па одножильном кабеле). Питание генератора либо общее, либо от автономного батарей­ ного источника. Ниже, в качестве примера, дано описание прибора с питанием постоянным током. Скважинный прибор имеет следую­ щие характеристики: 1) измеряемый параметр sin (Дср/2); 2) диа­ пазон измеряемых значений разности фаз 0—180°; 3) минималь­ ный сигнал на входе прибора 3,5 мкВ, максимальный— 150 мкВ, что соответствует 0,05—2,5 ед. прямого поля при установленных параметрах генератора; 4) зонд трехэлементный И0,25И0,75Г, предусмотрена возможность изменения длины и базы зонда; 5) питание измерительной части схемы постоянным током 550 мА, при напряжении 150—220 В в зависимости от длины кабеля; питание генератора — с поверхности или от батарейного автоном­ ного источника; 6) выходной ток постоянный 0,3—3 мА; 7) ком­ мутация цепей калибровки постоянным током, напряжение сраба­ тывания ±100 В; 8) кабель трехжплыіый бронированный; 9) длина 3500 мм, диаметр 95 мм; 10) масса 55 кг; 11) температура окру­ жающей среды — до +90°, давление до 400 кг/см2.

Блок-схема аппаратуры ВДК приведена па рис. 65. Генератор­ ный блок состоит из задающего генератора 2, генераторной ка­ тушки 5, усилителя напряжения 3, усилителя мощности 4, источ­ ника питания 1. С целью повышения стабильности частоты в гене-

10* И7

раторе установлен кварцевый резонатор. Приемно-измерительное устройство представляет собой двухканальную фазопзмерительиую систему с преобразованием частоты и включает в себя усилители высокой частоты 8, смесители 9, гетеродин 10 с каскадами умно­ жения частоты И, усилители 12, ограничители-формирователи 18, фазоизмерптелыіый блок 14, усилитель мощности 15, линейный амплитудный детектор 16 н блоки автоматики 17 и 18.

ЕНЕКЕЬОМ

5

Рис. 65. Блок-схема аппаратуры волнового диэлектрического каротажа

Измерительные катушки зонда 6 и 7 подключены к симметрич­ ным входным трансформаторам. Вторичные обмотки входных трансформаторов настроены в резонанс на рабочую частоту 60 или 43 МГц и подключены к входам усилителей высокой частоты 8. Усилители высокой частоты двухкаскадные и собраны па лампах с малым эквивалентным сопротивлением шумов. Благодаря ис­ пользованию этих усилителей, аппаратура ВДК позволяет произ­ водить измерения напряжений, начиная с 3,5—4 мкВ. Напряжение шумов, пересчитанное ко входу, 0,5 мкВ, добротности резонансных контуров, используемых в этих усилителях, не превосходят 10.

Каскады смесителя 9 собраны на пентодах. Измеряемые на­ пряжения поступают на первые сетки, а напряжение гетеродина — на третьи. Частота гетеродина 10, стабилизированная кварцем, в 4 раза меньше частоты, поступающей с каскадов умножения частоты 11 на соответствующие сетки смесителей. Использование двухсеточных смесителей и умножения частоты гетеродина позво­ лило практически полностью исключить взаимное влияние каналов через цепь общего гетеродина.

В анодных цепях смесителей включены резонансные контуры, настроенные на промежуточную частоту 200 кГц. С выхода сме­ сительных каскадов напряжения промежуточной частоты посту­ пают на трехкаскадные широкополосные резистивные усилители 12. Использование резистивных усилителей позволило повысить фазо­ вую стабильность схемы. Для расширения динамического диапа­ зона усилителей и облегчения режима работы следующих каскадов

148

в усилители введена АРУ. Ограничители-формирователи 13 пред­ ставляют собой усилители-ограничители, собранные по схеме с катодной связью, нагруженные па фильтры нижних частот. На выходе ограничителей 13 получаем постоянные по амплитуде сину­ соидальные напряжения частотой 200 кГц.

Использование АРУ в усилителях промежуточной частоты и усилителей-ограничителей позволило расширить динамический диа­ пазон прибора до 37 дБ. При этом динамическом диапазоне дополнительный фазовый сдвиг между каналами не превышает 3°.

Фазоизмерительиым блоком 14 измеряют векторную разность двух сигналов. При условии постоянства по амплитуде входных напряжений на выходе блока получаем напряжение, несущее ин­ формацию о фазовом сдвиге между сигналами в измерительных катушках зонда. Это напряжение усиливается усилителем мощ­ ности 15 и детектируется линейным амплитудным детектором 16. На поверхность к регистратору каротажной станции 20 подается постоянное напряжение

где k —-коэффициент передачи каскадов 14, 15, 16.

Поскольку усилители-формирователи обеспечивают постоянство выходного напряжения при входных напряжениях не ниже опре­ деленного уровня (в описываемой аппаратуре 2—2,5 В), в случае снижения входных сигналов ниже этой величины возможны ошибки в измерениях. Для выделения и исключения таких участ­ ков на диаграммах в приборе предусмотрен блок 17, который автоматически разрывает измерительную цепь после детектора 16, если напряжение на входе хотя бы одного из каналов падает ниже заданного уровня, и включает цепь, если сигнал превосходит этот уровень. Блок 17 управляется напряжениями АРУ усили­ телей 12.

Питание приемно-измерительной схемы прибора осуществляется с поверхности источником постоянного тока 19.

Конструкция прибора. Скважинный снаряд состоит из разбор­ ного корпуса, головки прибора, хвостовика, генераторного и приемно-измерительного электронных блоков.

Прочный корпус собран из стальных охранных кожухов гене­ ратора и приемника и стеклотекстолитового корпуса зонда. От­ дельные части корпуса соединяются между собой посредством переходников с резиновыми уплотнительными кольцами. Последо­ вательность отдельных частей корпуса сверху вниз: стальной кожух приемно-измерительного блока, прочный корпус зонда, стальной кожух генератора. В нижней части кожух генератора закрывается резьбовой пробкой с резиновым герметизирующим уплотнением. Катушки зонда заключены в электростатические экраны. С элек­ тронной схемой они соединены двухпроводными линиями, заклю­ ченными в медные трубки.

149

Как отмечалось выше, общее питание генератора и измери­ тельного капала можно осуществить от общего источника. В этом случае должны быть приняты специальные меры для ликвидации антенного эффекта проводов питания, проходящих между генера­ тором II приемником. Специально проведенные исследования пока­ зали, что наиболее эффективным способом устранения помех от этих проводников является установка в каждый провод фильтровпробок, настроенных на рабочую частоту. На рис-. 67 показаны результаты измерении прибором, имеющим автономное питание генератора, и прибором с общим питанием. Из приведенных мате­ риалов видно, что применение фильтров-пробок полностью устра­ няет антенный эффект.

Эталонирование аппаратуры ВДК и калибровка в процессе ре­ гистрации. Переход от напряжения на выходе прибора к измеряе­ мой величине sin(A<p/2) осуществляется следующим образом. Из выражения (6.5) следует, что зависимость между выходным на­ пряжением и sin (Дср/2) носит линейный характер. Следовательно, для перехода к значениям sin(Дер 2) достаточно иметь две точки эталонировочного графика. В качестве первой точки используется сигнал в воздухе. Прибор настраивается так, чтобы Дср0 = 0. Вторую точку получаем исходя из следующих соображений. Напряжение

выходе ограничителей (2П0), умноженной на аппаратурный коэф­ фициент к. Это напряжение заранее известно. Оно определяется при настройке и является одной из характеристик прибора. Зная величину напряжения для масштабной единицы, легко построить масштабную шкалу. В процессе работы производится определение величины напряжения, соответствующего sin(Дср/2) =0,5. Это осу­ ществляется следующим образом. С помощью блока коммута­ ции 18 производится поочередное закорачивание входов фазоизмерительной схемы. В результате получаем два значения напряжения- Uim и и 2т- При нормальной работе прибора Uim = U2,n и каждое напряжение соответствует точке на масштабной шкале sin (Дср/2) =0,5, а сумма U]m + U2m дает значение масштабной еди­ ницы. В случае, если И\тф 0 2т и Дфо=Н= 0, можно построить мас­ штабную шкалу, учтя конкретные значения эталонировочных заме­

ров [40].

Данный способ калибровки является одновременно средством контроля за работой аппаратуры.

Масштаб записи подбирается путем установки соответствующей

Переход от измеренных значений sin (Дср/2) к изучаемому пара­ метру в производится с помощью специальных палеток. При

150