RU2187131C2 - Procedure testing equipment of electromagnetic logging and device for its implementation - Google Patents

Abstract

FIELD: industrial geophysics. SUBSTANCE: conductive ring is placed on axis of probe in position corresponding to zero value of measured phase difference between e m f induced in measurement coils of probe, then ring is moved through certain distances, value of specified phase difference is measured after each move, measured values are compared with rated values and comparison results are used to evaluate characteristic of tested equipment. Device for implementation of procedure has conductive ring and capacitor. Ring is made of high-resistance wire. Connector used to connect ring to testing plant to measure complex resistance of ring is placed in series in electric circuit of ring. Ring is fitted with mechanism securing precise setting of ring in required position. EFFECT: raised accuracy of test of equipment of electromagnetic logging. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к промысловой геофизике, а именно к способам и устройствам, предназначенным для поверки аппаратуры электромагнитного каротажа. The invention relates to field geophysics, and in particular to methods and devices for calibrating electromagnetic logging equipment.

Известен способ поверки аппаратуры индукционного каротажа [1], при котором проводящие кольца перемещают вдоль всей длины зонда, снимают кривые зависимости величины выходного сигнала от положения проводящих колец относительно катушек зонда, интегрируют полученные кривые, нормируют полученные в результате интегрирования величины, сравнивают нормированные величины с номинальными значениями дифференциальной радиальной характеристики проверяемой аппаратуры соответствующими радиусам, равным радиусам проводящих колец, по результатам сравнения определяют качество проверяемой аппаратуры. There is a known method of verification of induction logging equipment [1], in which the conductive rings are moved along the entire length of the probe, the curves of the dependence of the output signal on the position of the conductive rings relative to the probe coils are taken, the obtained curves are integrated, the values obtained as a result of integration are normalized, normalized values are compared with nominal the values of the differential radial characteristics of the tested equipment corresponding to the radii equal to the radii of the conducting rings, according to the results with avneniya determine the quality of the tested apparatus.

Недостатком данного способа является то, что он применим только для поверки аппаратуры низкочастотного индукционного каротажа, которая характеризуется дифференциальной радиальной характеристикой, не зависящей от удельного электрического сопротивления окружающей среды, и не применим к аппаратуре высокочастотного электромагнитного каротажа. The disadvantage of this method is that it is applicable only for verification of low-frequency induction logging equipment, which is characterized by a differential radial characteristic independent of the electrical resistivity of the environment, and is not applicable to high-frequency electromagnetic logging equipment.

Известно устройство [2] поверки аппаратуры электромагнитного каротажа, состоящее из проводящего кольца и включенного в его цепь конденсатора. A known device [2] calibration of electromagnetic logging equipment, consisting of a conductive ring and a capacitor included in its circuit.

Недостатком данного способа является большая погрешность определения параметров устройства (активного и реактивного сопротивлений цепи кольца), приводящая к низкому качеству поверки. The disadvantage of this method is the large error in determining the parameters of the device (active and reactive resistances of the circuit of the ring), leading to low quality verification.

Задача, решаемая изобретением, - создание способа и устройства, позволяющих обеспечить поверку аппаратуры электромагнитного каротажа с высоким качеством. The problem solved by the invention is the creation of a method and device that allows for the verification of electromagnetic logging equipment with high quality.

Решение задачи обеспечивается изготовлением кольца из провода кольцом удельного электрического сопротивления, измерением активного и реактивного сопротивлений цепи кольца на рабочей частоте с помощью разъема, включенного в электрическую цепь кольца, перемещением этого кольца вдоль оси электромагнитного зонда на определенные расстояния, измерением в каждом положении кольца значений разности фаз между ЭДС наведенными в измирительных катушках зонда, и сравнением их с номинальными значениями разности фаз. The solution to the problem is provided by manufacturing a ring of wire from a ring of electrical resistivity, measuring the active and reactive resistances of the ring circuit at the operating frequency using a connector included in the electrical circuit of the ring, moving this ring along the axis of the electromagnetic probe for certain distances, measuring the difference values in each position of the ring phases between the EMF induced in the measuring coils of the probe, and comparing them with the nominal values of the phase difference.

Аппаратура электромагнитного каротажа предназначена для определения электрических характеристик горных пород в скважинах с помощью трехкатушечных электромагнитных зондов. С помощью генераторной катушки зонда в окружающей среде возбуждают высокочастотное электромагнитное поле, амплитуда и фаза которого зависят от электрических характеристик среды. С помощью двух измерительных катушек зонда измеряют относительные характеристики этого поля, например разность фаз между ЭДС, наведенными в измерительных катушках. Эта разность фаз однозначно связана с электрическими характеристиками среды, например с удельным электрическим сопротивлением, диэлектрической проницаемостью и другими характеристиками в достаточно большом диапазоне их изменения. Electromagnetic logging equipment is designed to determine the electrical characteristics of rocks in wells using three-coil electromagnetic probes. Using a probe generator coil, a high-frequency electromagnetic field is excited in the environment, the amplitude and phase of which depend on the electrical characteristics of the medium. Using two measuring coils of the probe, the relative characteristics of this field are measured, for example, the phase difference between the EMF induced in the measuring coils. This phase difference is uniquely associated with the electrical characteristics of the medium, for example, electrical resistivity, permittivity and other characteristics in a fairly wide range of their variation.

Целью поверки является создание физической модели, которая может обеспечить такие же сигналы в измерительных катушках, как и однородная среда с заданными значениями электрических характеристик. Физическая модель включает способ поверки и поверочное устройство. The purpose of verification is to create a physical model that can provide the same signals in the measuring coils as a homogeneous medium with given values of electrical characteristics. The physical model includes a verification method and a verification device.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном способе поверки аппаратуры электромагнитного каротажа, предусматривающем установку проводящего кольца на оси зонда и перемещение кольца, кольцо устанавливают в положение, соответствующее нулевому значению измеряемой разности фаз между ЭДС, наведенными в измерительных катушках зонда, перемещают кольцо на определенные расстояния, измеряют значение указанной разности фаз после каждого перемещения, сопостовляют измеренные значения с номинальными значениями и по результатом сопоставления определяют качество поверяемой аппаратуры. The essence of the invention lies in the fact that in the known method of calibrating electromagnetic logging equipment, which involves installing a conductive ring on the axis of the probe and moving the ring, the ring is set to the position corresponding to the zero value of the measured phase difference between the EMF induced in the measuring coils of the probe, the ring is moved to certain distances, measure the value of the indicated phase difference after each movement, compare the measured values with the nominal values and according to the result compared The equations determine the quality of the equipment being verified.

В известном устройстве для поверки аппаратуры электромагнитного каротажа, содержащем проводящее кольцо и конденсатор, это кольцо выполняют из провода высокого удельного электрического сопротивления, в электрическую цепь этого кольца включают последовательно разъем, с помощью которого кольцо может быть подключено к поверочной установке для измерения комплексного сопротивления кольца. В рабочем положении разъем закорачивают замыкателем. Кроме того, кольцо снабжено механизмом, обеспечивающим точную установку кольца в нужном положении. In the known device for checking electromagnetic logging equipment containing a conductive ring and a capacitor, this ring is made of a wire of high electrical resistivity, a connector is connected in series to the electrical circuit of this ring, with which the ring can be connected to a calibration setup for measuring the complex resistance of the ring. In the operating position, the connector is shorted with a contactor. In addition, the ring is equipped with a mechanism that ensures accurate installation of the ring in the desired position.

Схема метрологической поверки электромагнитного зонда с помощью кольца приведена на фиг. 1. Здесь L₁ и L₂ - расстояния от измерительных катушек И₁ и И₂ до генераторной катушки Г, b - радиус кольца, Z - расстояние от плоскости кольца до измерительной катушки И₁, R₀, R₁ и R₂ - расстояния от генераторной Г и измерительных И₁ и И₂ катушек до провода кольца соответственно. Рабочая частота зонда - f. Ток в генераторной катушке изменяется по закону I = I₀•e^-iωt, где ω = 2πf. Комплексное сопротивление цепи кольца на рабочей частоте R+iX. Активное сопротивление R складывается из потерь в проводе, кольца и в конденсаторе, включенном последовательно в электрическую цепь кольца. Реактивное сопротивление X = -ωL+l/ωC, С - емкость конденсатора, L - индуктивность кольца. В этом случае ЭДС, наводимая j-й измерительной катушке, равна [2]

где М=I•S•n;
S - площадь одного витка;
n - число витков генераторной катушки;
j=1, 2;
k = ω/c;
с - электродинамическая постоянная, равная примерно 3•10⁸ м/с;
M_j - момент j-й измерительной катушки;
μ- магнитная проницаемость воздуха, равная примерно μ₀ = 4π•10^-7 Гн/м.
При измерении, например, величины разности фаз Δφ между ЭДС ε₁ и ε₂, наведенными в измерительных катушках И₁ и И₂, ее значение рассчитывают по формуле:
Δφ = φ₁-φ₂,
где φ_j = -arctg(Reε_j/Imε_j).
Основные источники погрешности определения номинальных значений Δφ
неточность установки кольца в требуемое положение;
погрешность определения активного и реактивного сопротивлений цепи кольца.The metrological calibration diagram of the electromagnetic probe using the ring is shown in FIG. 1. Here L ₁ and L ₂ are the distances from the measuring coils And ₁ and And ₂ to the generator coil G, b is the radius of the ring, Z is the distance from the plane of the ring to the measuring coil And ₁ , R ₀ , R ₁ and R ₂ are the distances from generator G and measuring I ₁ and ₂ coils to ring wire, respectively. The operating frequency of the probe is f. The current in the generator coil changes according to the law I = I ₀ • e ^-iωt , where ω = 2πf. The complex resistance of the ring circuit at the operating frequency R + iX. The active resistance R is the sum of the losses in the wire, the ring and in the capacitor, connected in series in the electrical circuit of the ring. The reactance X = -ωL + l / ωC, C is the capacitance of the capacitor, L is the inductance of the ring. In this case, the EMF induced by the j-th measuring coil is [2]

where M = I • S • n;
S is the area of one turn;
n is the number of turns of the generator coil;
j = 1, 2;
k = ω / c;
s is the electrodynamic constant equal to about 3 • 10 ⁸ m / s;
M _j is the moment of the jth measuring coil;
μ is the magnetic permeability of air, which is approximately μ ₀ = 4π • 10 ^-7 GN / m.
When measuring, for example, the phase difference Δφ between the EMF ε ₁ and ε ₂ induced in the measuring coils And ₁ and And ₂ , its value is calculated by the formula:
Δφ = φ ₁ -φ ₂ ,
where φ _j = -arctg (Reε _j / Imε _j ).
The main sources of error in determining the nominal values of Δφ
inaccuracy of setting the ring in the required position;
the error in determining the active and reactive resistances of the ring circuit.

Для снижения неточности установки кольца, его сначала устанавливают в начальную точку, в которой измеряемая разность фаз равна нулю. Такая точка существует, если выполнено условие b<L₁L₂/(L₁+L₂). На фиг. 2 приведен пример зависимости разности фаз Δφ, измеряемой зондом, от положения кольца Z/L₁. В точке Z/L₁=0 расположен центр генераторной катушки Г, в точке Z/L₁=1 - центр измерительной катушки И₁, в точке Z/L₁=0,8 - центр измерительной катушки И₂. Рабочая область находится в интервале 0,8 <Z/L₁<0,9.To reduce the inaccuracy of the installation of the ring, it is first installed at the starting point at which the measured phase difference is zero. Such a point exists if the condition b <L ₁ L ₂ / (L ₁ + L ₂ ) is fulfilled. In FIG. Figure 2 shows an example of the dependence of the phase difference Δφ measured by the probe on the position of the ring Z / L ₁ . At the point Z / L ₁ = 0, the center of the generator coil G is located, at the point Z / L ₁ = 1 is the center of the measuring coil And ₁ , at the point Z / L ₁ = 0,8 is the center of the measuring coil And ₂ . The work area is in the range of 0.8 <Z / L ₁ <0.9.

Погрешность определения активного и реактивного сопротивлений цепи кольца обусловлена тем, что их значения измеряют до изготовления или в процессе изготовления кольца на фиксированных частотах (100 Гц, 1 кГц, 1 МГц и т. д.). В результаты измерений вносят поправки, учитывающие частотную зависимость этих величин. Эту зависимость рассчитывают для каждого элемента цепи, так как погрешность прямого измерения этой зависимости весьма велика. Как показывает анализ, суммарные погрешности определения значений активного и реактивного сопротивлений цепи кольца превышают 2-3%. The error in determining the active and reactive resistances of a ring circuit is due to the fact that their values are measured prior to fabrication or during ring fabrication at fixed frequencies (100 Hz, 1 kHz, 1 MHz, etc.). The measurement results are amended taking into account the frequency dependence of these values. This dependence is calculated for each element of the chain, since the error in direct measurement of this dependence is very large. As the analysis shows, the total errors in determining the values of the active and reactive resistances of the ring circuit exceed 2-3%.

Для снижения этих погрешностей активное и реактивное сопротивления цепи кольца необходимо измерять после изготовления кольца на рабочей частоте зонда. Для этой цели в цепь кольца включен разъем, с помощью которого кольцо подключают к поверочной установке. При такой процедуре удается снизить указанные погрешности в 3-4 раза. To reduce these errors, the active and reactance of the ring circuit must be measured after the ring is manufactured at the operating frequency of the probe. For this purpose, a connector is included in the ring circuit with which the ring is connected to a calibration unit. With this procedure, it is possible to reduce these errors by 3-4 times.

Для повышения точности установки кольца относительно катушек зонда его снабжают специальным механизмом. Один из вариантов такого механизма изображен на фиг. 3. To increase the accuracy of the installation of the ring relative to the probe coils, it is equipped with a special mechanism. One embodiment of such a mechanism is depicted in FIG. 3.

Кольцо 7 выполнено из манганинового провода и закреплено на изоляционном диске 4. Кольцо имеет два разрыва. В одном расположен конденсатор 8, в другом - измерительный разъем 6. При помощи болтов 5 диск с кольцом может быть соединен с фланцем 3, который в свою очередь при помощи подвижного резьбового соединения укреплен на втулке 2. В свою очередь втулка 2 при помощи болтов 5 крепится на корпусе зонда 1. Для точной установки кольца вдоль оси зонда производят вращение диска 4, вследствие чего фланец 3 (и, следовательно, диск 4 с закрепленным на нем кольцом 7) будет перемещаться по резьбе вдоль закрепленной на корпусе втулки 2. Такая конструкция обеспечивает относительное перемещение кольца с погрешностью не более 0.05 мм. Начальное положение, в котором Δφ = 0, также определяется с погрешностью не более 0,05 мм. Ring 7 is made of manganin wire and mounted on an insulating disk 4. The ring has two breaks. In one, there is a capacitor 8, in the other - a measuring connector 6. Using bolts 5, the disk with the ring can be connected to the flange 3, which, in turn, is mounted on the sleeve 2 with a movable threaded connection. In turn, the sleeve 2 with the bolts 5 mounted on the probe body 1. For accurate installation of the ring along the probe axis, the disk 4 is rotated, as a result of which the flange 3 (and, therefore, the disk 4 with the ring 7 attached to it) will move along the thread along the sleeve fixed on the body 2. This design provides about relative movement of the ring with an error of not more than 0.05 mm. The initial position in which Δφ = 0 is also determined with an error of not more than 0.05 mm.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1242885, М.кл. G 01 V 3/18, БИ 25, 1986.Sources of information
1. Copyright certificate of the USSR 1242885, M.cl. G 01 V 3/18, BI 25, 1986.

2. Антонов Ю.Н., Жмаев С.С. Имитатор электропроводности среды для аппаратуры электромагнитного каротажа. М. , 1985. - Деп. ВИНИТИ, 18.01.1985, 513-85. 2. Antonov Yu.N., Zhmaev S.S. Conductivity simulator for electromagnetic logging equipment. M., 1985. - Dep. VINITI, 01/18/1985, 513-85.

Claims (2)

1. Способ поверки аппаратуры электромагнитного каротажа, включающий установку проводящего кольца на оси зонда, перемещение кольца, отличающийся тем, что кольцо устанавливают в положение, соответствующее нулевому значению измеряемой разности фаз между ЭДС, наведенными в измерительных катушках зонда, при перемещении кольца на определенные расстояния измеряют значение указанной разности фаз после каждого перемещения, сопоставляют измеренные значения с номинальными и по результатам сопоставления определяют качество поверяемой аппаратуры. 1. The method of calibration of electromagnetic logging equipment, including installing a conductive ring on the axis of the probe, moving the ring, characterized in that the ring is set to a position corresponding to the zero value of the measured phase difference between the EMF induced in the measuring coils of the probe, when the ring is moved over certain distances, the value of the indicated phase difference after each movement, the measured values are compared with the nominal values and, according to the results of the comparison, determine the quality of the device being verified ry. 2. Устройство для поверки аппаратуры электромагнитного каротажа, содержащее проводящее кольцо и конденсатор, отличающееся тем, что кольцо выполняют из провода высокого удельного электрического сопротивления, в электрическую цепь кольца включен разъем, с помощью которого кольцо может быть подключено к поверочной установке для измерения комплексного сопротивления кольца на рабочей частоте, а кольцо снабжено механизмом, обеспечивающим точную установку кольца в нужном положении. 2. A device for checking electromagnetic logging equipment containing a conductive ring and a capacitor, characterized in that the ring is made of a wire of high electrical resistivity, a connector is included in the electrical circuit of the ring, with which the ring can be connected to a calibration setup for measuring the complex resistance of the ring at the operating frequency, and the ring is equipped with a mechanism that ensures accurate installation of the ring in the desired position.

Images