Способ измерения квадратурных компонент сигнала электромагнитного каротажа

284l96

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт, свидетельства №

Заявлено 30.т 1.1969 (№ 1344662/26-25) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 14.Х.1970. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 7.1.1971

Кл. 21g, 30/02

МПК G 01ч 3/18

УДК 550.837.6:622. .241 (088.8) Комитет ло делам изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

Ю. Л. Лидерман и К. Л. Санто

Опытно-конструкторское бюро геофизического приборостроения треста

«Бурмашремонт»

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КВАДРАТУРНЫХ КОМПОНЕНТ СИГНАЛА

ЭЛ ЕКТРОМАГН ИТНОГО КАРОТАЖА

Изобретение относится к способу измерения квадратурных компонент сигнала при каротаже скважин, в частности в устройствах для исследования скважин электромагнитными методамм.и. 5

Измерение квадратурных компонент сигнала при иссследовании нефтяных и газовых скважин индукционным методом позволяет получить дополнительную информацию о распределении участков среды с различной элект- 10 ропроводностью в неоднородных разрезах.

Активная и реактивная компоненты сигнала обладают различной глубинностью исследования.

При алгебраическом сложении активной и 15 реактивной компонент удается существенно линеаризировать зависимость вторичной э.д.с., наведенной B èçìåðèòåëüíîé линии индукционного зонда вихревыми токами окружающей среды, от удельной электропроводности среды. 20

При исследовании рудных скважин квадратурные компоненты сигнала несут информацию об удельной электропроводности и магнитной восприимчивости рудного тела.

Известен способ измерения квадратурных 25 компонент сигнала, при котором сигнал после необходимого усиления подают на два фазочувствительпых детектора, входящих в состав фазового детектирующего устройства, коммутирующие напряжения которых сдвинуты по 30 фазе на п/2. Два отдельных сигнала с выходов фазочувствительных детекторов, несущие информацию о квадратурных компонентах, передаются к регистраторам по отдельным проводникам кабеля.

Этот способ имеет недостаток, заключающийся в том, что дрейф нуля каждого фазочувствительного детектора сужает динамический диапазон измерения и накладывается на напряжение, медленно меняющееся по закону огибающей, Форма напряжения на выходе каждого фазочувствительного детектора одинакова (постоянный ток). Поэтому при применении известного способа измерений в устройствах для передачи информации к наземному прибору требуется выделять отдельный телеметрический канал для каждой квадратной компоненты. Без дополнительных преобразований невозможно уплотнение канала связи и применение одножильного кабеля.

B устройствах, реализующих предлагаемый способ, повышается точность и помехоустойчивость при измерении квадратурных компонент сигнала при каротаже скважин, а также упрощаются измерения.

Способ может быть также применен для существенного повышения точности измерения одной компоненты за счет внесения поправок по результатам измерения второй компоненты.

284196

В фазочувствительном детекторе осуществляется умножение колебаний сигнала и опорного напряжения.

В частотно-избирательной нагрузке детектора отфильтровываются высокочастотные и постоянная составляющие и выделяются четные и нечетные гармоники напряжения промежуточной частоты.

Перемножим выражения (1) и (2), исполь10 зуя при умножении и преобразовании выражения:

cos а cos 8 = — fcos (x+ 8) + cos (o: — ))

2

15 $1п х $1п," = — (со$ (x — ") — cos (а + 3)J

Для упрощения выкладок ограничимся сначала тремя первыми составляющими в выражении (1) .

Ток в цепи фазочувствительного детектора пропорционален выражению:

U,A(t)cos(c0pt +,) (l,(Ë „")co$ p,t+ l,(Л )(соя(а, +

25 + Я) + со$ (ао О)1+ 1а(Л)(соя(ао+ 22) +

+соя(а,— 2Q)t)+ . ) — (") (соя(2а,+

+ зо)+ cos

Зо + 2)t + qpJ + cos (И вЂ”;-о) — cos ((2ао — Q)t +

+,) — cos (Qt+ -. о)1+ - 1соз(22о+

+ 2Q)t. + ро)+ cos (2Qt — сро) +соя((2ао — 2Q)t+

35 + y,)+ cos (2И+,)I, Таким образом, в токе детектора имеются составляющие напряжения промежуточной частоты Q и его гармоники:

40 U,.4(>1,(a,y (соз(Ы+;.о) = соз(Ы+;,)) (3) (соя(2Ы вЂ” р,)+ cos(2Qt+;,)) (4)

45 (За) (4а) где 1„(Л р) — функция Бесселя первого рода и-oro порядка. 50

Сущность изобретения заключается в том, что коммутирующее напряжение для фазового детектирования, либо ток питания датчиков, либо сигнал модулируют по фазе гармоническим напряжением неизменной амплитуды промежуточной частоты, значительно более низкой, чем частота сигнала, но существенно превышающей максимальную частоту огибающей сигнала.

В частотно-избирательной нагрузке детектора выделяют четные и нечетные гармоники промежуточной частоты. Затем разделяют четные гармоники, амплитуда которых пропорциональна одной из компонент сигнала, и нечетные гармоники, амплитуда которых пропорциональна другой компоненте, и детектируют их.

Исходную фазу немодулированного коммутирующего опорного напряжения U, „ïðèмем равной нулю, тогда

U,„= U, cos а,t, где Уо и ао — амплитуда и частота немодулированного коммутирующего напряжения соответственно.

Обозначим модулирующее по фазе гармоническое напряжение промежуточной частоты

Q как U

U = CsinQt, где С вЂ” амплитуда напряжения частоты Q

Пусть модулируется по фазе коммутирующее напряжение. Фазомодулированное колебание U,„çàïèøåì в виде

U,„= icos (ао/+Л ря1п Ю)

Здесь Л<р=КС, где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Известно, что фазомодулированное колебание иожет быть представлено в виде:

1У,„= Ио1о(Ль) cos ао1 + Ц,1,(ЛД (соя (а, + Q) t— — cos(ао Q)tJ+Uplà(Л ) fcos(ао+2Q)t+

+ cos (u>p — 2Q)t) + ..... + U 1 Л. )(соз (а, +

+ nQ)t + (— 1)" cos (а, — nQ)tJ, (1) Упрощая выражения (3) и (4), приводим их к виду:

U,À(t)1,(Л ) sin -, sin Qt

UpÀ(t)1,(Ëq) cos;, cos 2Ы

А (t) cos (ot+Vo) . (2) Измеряются синфазная коммутирующему напряжению компонента А (t) sing. Обе компоненты сигнала сдвинуты по фазе одна относительно другой на—

Пусть сдвиг по фазе между сигналом и немодулированным коммутирующим напряжением равен rpo, а огибающая сигнала изменяется по закону A(t). В этом случае сигнал на входе фазочувствительного детектора может быть представлен в виде

Таким образом, амплитуда колебаний с частотой Q на частотно-избирательной нагрузке фазочувствительного детектора пролорциональна компоненте сигнала A(t) sin

Амплитуда низкочастотных колебаний с ча60 стотой 2Q пропорциональна компоненте сигнала А (t) соя о, синфазной по отношению к коммутирующему напряжению фазочувствительного детектора.

В общем случае результирующее напряже65 ние на нагрузке детектора, состоящее из чет284196

Предмет изобретения

Составитель Ю. И. Сериков

Корректор Л. Л. Евдонов! едактор Т. А. Рыбалова

Заказ 3647/13 Тираж 480 Подписное

11НИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сяпунова, 2 ных и нечетных гармоник частоты может быть представлено в форме:

UîÀ(t) sin y,II,(Лс") sin Qf + 1,(Лс") sin 3 о + .....+

+ 12л — 1(Л ) $1п (2П вЂ” 1)Qtl +

+ U,À(t) co s yîÐ ал(Лс:) cos 2 И + 1,(Ьр) co s 4И(+

+ "". + I,„(b, ) cos 2é Qt + .....J.

С ростом порядка и функция Бесселя

1„(Л р) быстро стремится к нулю, особенно при небольшом Лгр.

Это позволяет в некоторых случаях ограничиться разделением 1-й и 2-й гармоник частоты Q без учета З-й, 4-й и высших гармоник.

Для случая, когда модулируется по фазе сигнал либо ток датчика при немодулированном опорном напряжении, вывод аналогичен.

Функции разделения и детектирования четных и нечетных гармоник промежуточной частоты можно совместить, если эти гармоники подать на синхронные детекторы с опорными напряжениями частоты и и 22.

На выходе указанных детекторов благодаря тому, что они имеют нулевую чувствительность к гармоникам, четность которых не совпадает с четностью коммутирующих напряжений, паразитная квадратурная компонента отсутствует.

Способ измерения квадратурных компонент сигнала электромагнитного каротажа, заключающийся в том, что указанный сигнал заданной частоты перемножают с опорным напря10 жением той же частоты с заданным начальным фазовым сдвигом, и из сигнала произведения выделяют измерительный сигнал, соответствующий компоненте сигнала электромагнитного каротажа, совпадающий с фазой

15 опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и одновременной передачи двух компонент сигнала электромагнитного каротажа по линии связи, напряжение одного из сомножителей модули20 руют по фазе гармоническим напряжением промежуточной частоты, более низкой, чем частота сигнала, из сигнала произведения выделяют периодическое напряжение с четными и нечетными гармониками промежуточной ча25 стоты и разделяют четные и нечетные гармоники.