RU2578774C1 - Device for detecting electromagnetic field characteristics using toroidal coils - Google Patents

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to the field of geophysical research in oil wells, namely to a device for studying the electrical properties of the rock (reservoir) surrounding a borehole, the method of electromagnetic logging. Invented device comprises a base in the form of a non-magnetic conductive metal tube arranged coaxially with it a receiving coil with a ferromagnetic toroidal core and is provided with a sealed enclosure of a nonmagnetic metal which is electrically connected to the substrate. Receiving toroidal coil with a ferromagnetic core comprises at least two windings, one signal, the second - compensating. Winding connected to the signal input of the amplifier-converter feedback to the compensating coil - amplifier output converter feedback. On a base near the reception toroidal coil with a ferromagnetic core a receiving toroidal coil with a non-ferromagnetic core is placed. Both coils are mounted inside the housing with an insulating gap.

EFFECT: increase of measurement accuracy while simplifying the construction.

3 cl, 2 dwg

Description

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.A device for recording the characteristics of an electromagnetic field using toroidal coils (hereinafter referred to as the invention, technical solution) relates to the field of geophysical research in oil and gas wells, namely, devices for studying the electrical properties of rocks (reservoirs) surrounding a well by probes (downhole emitters) by electromagnetic logging.

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:Currently, a number of analog devices are known from the prior art, the closest to the invention of which (prototype) is a device for measuring lateral resistivity and specific propagation resistance according to RF patent No. 2398112 (priority date: 04/01/2004). The disadvantages of the prototype include the following:

- 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;- a limited frequency range due to the use of receiving toroidal coils only with ferromagnetic cores or only with non-ferromagnetic cores; in the first case, the frequency range will be limited from above due to an increase in losses in the ferromagnetic cores of the coils and a decrease in the magnetic permeability at high frequencies, in the second case, the frequency range will be limited from below, since at low frequencies the induction coupling between the internal conductive base and the winding on a toroidal non-ferromagnetic the core of the coil will be weak;

- внешнее давление непосредственно воздействует на сердечники генераторных и приемных катушек, что приводит к появлению дополнительной погрешности измерения из-за искажения сигналов;- external pressure directly affects the cores of the generator and receiving coils, which leads to the appearance of an additional measurement error due to signal distortion;

- 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.- the technological complexity of mounting the generator and receiving coils and their low maintainability due to the fact that the winding of the core and windings must be performed in a small volume of grooves of an integral pipe.

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.The technical goal (task) of the claimed invention is to eliminate the above drawbacks, and its technical result is the creation of a device for electromagnetic well logging, which provides more accurate measurement of the desired values and values, while simplifying the design, which positively affects the installation and maintainability of the device.

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.This object is achieved in that the inventive device, containing a base in the form of a non-magnetic conductive metal pipe with a receiving toroidal coil with a ferromagnetic core coaxially located on it, is structurally equipped with a sealed housing of non-magnetic metal, which is electrically connected to the base, the receiving toroidal coil with a ferromagnetic core contains at least two windings, one of which is signal, the second is compensating, while the amplifier input is connected to the signal winding feedback converter, and to the compensating winding - the output of the feedback amplifier-converter, on the base next to the receiving toroidal coil with a ferromagnetic core there is a receiving toroidal coil with a non-ferromagnetic core, and both coils are installed inside the housing with an insulating gap (significant features are highlighted in bold inventions that distinguish it from the prototype). It is the above set of features that provides the invention with the claimed technical result.

Изобретение в своих частных случаях выполнения характеризуется признаками, указанными в предыдущем абзаце, в совокупности со следующими признаками:The invention in its particular cases of execution is characterized by the features specified in the previous paragraph, in conjunction with the following features:

1) изолирующий зазор находится не над приемными тороидальными катушками, а рядом с ними в плоскости, параллельной окружностям, образованным тороидальными сердечниками данных катушек;1) the insulating gap is not located above the receiving toroidal coils, but next to them in a plane parallel to the circles formed by the toroidal cores of these coils;

2) корпус устройства выполнен разборным.2) the housing of the device is made collapsible.

Перечень графических чертежей, поясняющих сущность заявляемого изобретения:The list of graphic drawings explaining the essence of the claimed invention:

Фиг. 1 - общий вид конструктивной схемы технического решения;FIG. 1 - a General view of the structural scheme of a technical solution;

Фиг. 2 - электрическая схема обратной связи приемной катушки с ферромагнитным сердечником.FIG. 2 is a feedback circuit of a receiving coil with a ferromagnetic core.

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).The device for recording the characteristics of the electromagnetic field using toroidal coils includes the following elements: housing 1, a generator coil (not shown conventionally), a receiving coil with a ferromagnetic core 2, a receiving coil with a non-ferromagnetic core 3, base 4, insulating ring 5, sealing coating 6, a feedback amplifier-converter (not shown conditionally), a signal generator (not shown conditionally), a measuring instrument unit (not shown conditionally).

Корпус 1 предлагаемого устройства выполнен в виде разборной полой трубы заданного диаметра, герметичным, из немагнитного металла.The housing 1 of the proposed device is made in the form of a collapsible hollow pipe of a given diameter, sealed, non-magnetic metal.

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.A receiving coil with a ferromagnetic core 2 is coaxially placed on the base 4 with a dielectric gap relative to the housing 1 and at a predetermined distance from the generating coil (not shown conventionally). It is represented by a toroidal coil of a well-known design.

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.A receiving coil with a non-ferromagnetic core 3 is coaxially placed on the base 4 next to a receiving coil with a ferromagnetic core 2, with a dielectric gap relative to the housing 1. It is represented by a toroidal coil of a well-known design.

Основание 4 представлено в виде единой полой металлической трубы заданного диаметра из немагнитного хорошо проводящего металла. Закреплено известным образом внутри корпуса 1.The base 4 is presented in the form of a single hollow metal pipe of a given diameter of non-magnetic well-conducting metal. Fixed in a known manner inside the housing 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.The insulating ring 5 is made closed from ceramics, is installed in a known manner in the housing 1 and is structurally designed to exclude short circuits of electric currents along the housing 1 and the base 4.

Герметизирующее покрытие 6 выполнено в виде замкнутого резинового кольца, конструктивно предназначено для герметизации основных узлов заявляемого изобретения внутри корпуса 1.The sealing coating 6 is made in the form of a closed rubber ring, structurally designed to seal the main components of the claimed invention inside the housing 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.The inventive device operates as follows: by means of a generator coil and a signal generator (not shown conventionally), an alternating electric field is excited in the environment, penetrating to a depth sufficient for the study. Then, a block of measuring equipment (not conventionally shown), by means of receiving coils 2, 3, measure the electric current. In this case, the electric current in the signal winding Wc of the receiving coil with a ferromagnetic core 2 (Fig. 2) is proportional to the electric current flowing along the base 4. The electric current in the compensating winding Wk of the receiving coil with a ferromagnetic core 2 (Fig. 2) created by the converter amplifier feedback A1 is equal in magnitude to the electric current in the signal winding Wc of the receiving coil with the ferromagnetic core 2 and out of phase. The voltage at the output of the amplifier-converter A1 will be proportional to the current flowing along the base 4. Due to the flow of two identical antiphase electric currents in two windings of the receiving coil with a ferromagnetic core 2, its effect on the voltage drop on the base 4 is minimized.

В свою очередь, наличие диэлектрического зазора и изолирующего кольца 5 исключает короткое замыкание электрического тока по корпусу 1 и основанию 4.In turn, the presence of a dielectric gap and an insulating ring 5 eliminates a short circuit of electric current through the housing 1 and the base 4.

Claims (3)

1. Устройство для регистрации характеристик электромагнитного поля с использованием тороидальных катушек, содержащее основание с соосно расположенной на нем приемной тороидальной катушкой с ферромагнитным сердечником, отличающееся тем, что 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.1. A device for recording the characteristics of the electromagnetic field using toroidal coils, containing a base with a coaxially located receiving toroidal coil with a ferromagnetic core, characterized in that it is equipped with a sealed housing of non-magnetic metal, which is electrically connected to the base, a receiving toroidal coil with a ferromagnetic core contains at least two windings, one of which is signal, the second is compensating, while the amplifier input is connected to the signal winding feedback converter, and to the compensating winding, the feedback amplifier-converter output, on the base, next to the receiving toroidal coil with a ferromagnetic core, there is a receiving toroidal coil with a non-ferromagnetic core and both coils are installed inside the housing with an insulating gap. 2. Устройство для регистрации характеристик электромагнитного поля с использованием тороидальных катушек по п. 1, отличающееся тем, что изолирующий зазор находится не над приемными тороидальными катушками, а рядом с ними в плоскости, параллельной окружностям, образованным тороидальными сердечниками данных катушек.2. A device for recording the characteristics of an electromagnetic field using toroidal coils according to claim 1, characterized in that the insulating gap is not located above the receiving toroidal coils, but next to them in a plane parallel to the circles formed by the toroidal cores of these coils. 3. Устройство для регистрации характеристик электромагнитного поля с использованием тороидальных катушек по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен разборным. 3. A device for recording the characteristics of an electromagnetic field using toroidal coils according to claim 1, characterized in that the housing is collapsible.

Images