Устройство акустического каротажа скважин

 

Союз Советсккх

Соцкаписткческкх

Республик (11) 3 000978 (61) Дополнительное и авт. свкд-ву— (22) Заявлено 06. 05. 81 (21) 3285573/18-25 с присоединением заивик М— (23) Приоритет—

Опубликовано 28,02.83. Бюллетень Рй 8

Дата опублкнованкк описания 28,02.83 (54)М. Кл.

G 01 V 1/40

fIc14 0 0

СССР (Щ ДК,550,83 (088.8) во делеаю изобретений и втхрытий

E.È.Àâåðêo, В.Ç.Кокшаров, А.В.Михеев, И.п.

Ю.А.Нефедкин и Д.М.Тимошин (72) Авторы изобретения

Институт геологии и геофизики Сибирского о

{71) 3аявители и СибиРскаЯ геоФизическаЯ экспедициЯ УпРа р и полевой геофизики Министерства нефтяной промышленности (54) УСТРОЙСТВО АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН

Изобретение относится к геофизи= ческим приборам для разведки полезных ископаемых, в частности к устройствам для акустического каротажа скважин.

Известны устройства акустического каротажа скважин, содержащие блоки корреляционной обработки принятых сигналов для повышения помехозащищенности и разрешающей способности метода.

Известные устройства формируют корреляционную функцию сигнала либо из нескольких сдвинутых относительно друг друга простых акустических импульсов (сдвиг осуще твляется за счет распределенйого многоэлементного приемника) (1, либо из сложного частотно-модулированного сигнала 12 1 и 31..

Всем перечисленным устройствам присущи общие недостатки. Это, вопервых, малая амплитуда корреляционной функции и ее сравнительно боль.

Г шая.ширина, так как используются сигналы с малой базой, во-вторых-, clio)KHocTb получения необходимых вкус тических сигналов с заданными параметрами (использование многоэлементного зонда, формирование свип-сигна" ла), и, в-третьих, промоздкие схемы аналоговых корреляторов необходи" мость нескольких блоков усиления и умножения в (1 g, или присутствие в устройстве электромеханическйх и механических элементов как в (2 1 и 333

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является устройство для акустического каротажа скважин, использующее акустические сигналы, модулированные псевдослучайной последовательностью, и содержащее излучатель акустических колебаний, последовательно соединенный с формирователем импульсов воз3 10009 буждения, генератором периодической бинарной М-последовательности и генератором тактовых импульсов, выход которого через буферный блок связан с входом блока управления, приемник акустических колебаний, последовательно соединенный с усилителем и буферным блоком, блок управления базой сигнала, соединенный через Gyферный блок с генератором периодичес-$0 кой бинарной М-последовательности, и регистратор (4 1 .

Это устройство позволяет повысить разрешающую способность за счет повышения частоты зондирующих сигналов (до 200 кГц), и помехоустойчивость за счет увеличения энергии сигнала путем расширения его базы при помощи модуляции высокочастотной несущей бинарной псевдослучайной М-последо" 2@ вательностью. Используемая схема обработки сигналов - демодуляция с последующей согласованной фильтрацией по видеочастоте - предполагает в своей основе достаточно узкополосные сигналы. Так как в последнее время в акустическом каротаже наметилась твердая тенденция к снижению частоты зондирующих колебаний с одновременным расширением их спектра, то такие ЗО особенности прототипа, как высокая частота и узкополосность процесса следует отнести к его недостаткам.

Кроме этого, следует отметить, что предлагаемая в прототипе система ре- З гулирования базы сигнала не является эффективной, так как блок управления базой сигнала управляется сигналом с приемника при большом уровне помех.

Цель изобретения - повышение раз- 4в решающей способности и помехоустойчивости устройства акустического каротажа скважин.

78 4 генератором периодической бинарной

М-последовательности и регистратор, дополнительно введены аналого-цифровой преобразс ватель, арифметическое устройство, оперативное запоминающее устройство и буферное запоминающее устройство, при этом выход усилителя через буферный блок последовательно соединены с аналого-циф ровым преобразователем, арифметическим устройством, оперативным запоминающим устройством, буферным запоминающим устройством, и регистратором, выход оперативного запоминающего устройства соединен с входом блока управления базой сигнала и с вторым информационным входом арифметического устройства, управляющие входы. аналого-цифрового преобразователя, арифметического устройства, оперативного запоминающего устройства и буферного запоминающего устройства соединены с выходом блока управления, а второй управляющий вход арифметического устройства через буферный блок подключен к выходу генератора периодической бинарной

М-последовательности.

Преимущество данного устройства состоит в возможности использования широкополосных импульсных зондирующих сигналов при высокой помехозащищенности и разрешающей способности метода.

На фиг.1 приведена блок-схеяа устройства; на фиг.2 - представлены сигналы на выходах генератора тактовых импульсов; на фиг.) - сигнал генератора периодической бинарной М-последовательности; на фиг.й - сигнал излучателя; на фиг.5 - периодическая .бинарная М-последовательность и ее дискретная функция автокорреляции.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство акустического каротажа скважин, содержащее.излучатель акустических, колебаний, последовательно соединенный с формирователем импульсов возбуждения, генератором периодической бинарной

И-последовательности и генератором тактовых импульсов, выход которого через буферный блок связан с входом блока управления, приемник акустических колебаний последовательно связанный с усилителем и буферным блоком, блок управления базой сигнала, соединенный через буфеоный блок с

Устройство (фиг.1) содержит гене45 . ратор 1 тактовых импульсов, генератор.2 периодической бинарной И-последовательности, формирователь 3 импульсов возбуждения, излучатель 4, приемник 5, усилитель 6, буферный блок 7, служащий для формирования и передачи сигналов по каротажному кабелю между скважинным зондом и наземной аппаратурой, блок 8 управления, позволяющий синхронизировать работу всех элементов, блок 9 управления базой сигнала, аналого-цифровой преобразователь 10, арифметическоеуустройство 11, оперативное запоминающее устройство 12, 5 1000978 буферное запоминающее устройство 13, регистратор 14.

Устройство работает следующим образом.

Тактовый генератор t тактовых им- 5 пульсов формирует непрерывную после" довательность импульсов, частоты следования которых определяют частоты посылок зондирующих сигналов. Тактовые импульсы поступают на вход генератора 2 периодической бинарной

М-последовательности, на выходе которого фоомируется напряжение периодической бинарной И-последовательности с длительностью одиночного элемента, равной периоду следования тактовых импульсов. Число элементов в периоде, равное (2,-1), задают, исходя иэ необходимого числа накоплений. И-последовательность поступает на формирователь 3 импульсов возбуждения, который вырабатывает мощные электрические импульсы возбуждения излучателя 4 таким образом, чтобы фаза акустических импульсов на выходе излучателя была промодулирована напряжением М-последовательности. На фиг.4 приведены сигналы на выходе излучателя 4. Начальная фаза акустических импульсов принимает значения 0 или М, в зависимости от уровня модулирующего напряжения последовательности. Конкретный вид формирователя 3 импульсов возбуждения (фиг.1 ) определяется типом применяемого излучателя 4. Акустичес-3s кие сигналы преобразовываются прием1 ником 5 в электрические,. усиливаются усилителем б и поступают через буферный блок 7 на вход аналого-цифрового преобразователя l0. С выхода аналого- 4о цифрового преобразователя 10 цифровой код поступает на первый вход арифмет тического устройства 11. На второй вход его с выхода оперативного запоминающего устройства 12 поступают хранящиеся там коды сигналов предшествующих посылок. Результат с выхода арифметического устройства 11 .заносится на место считанного кода в ячейку оперативного запоминающего устройства l2.

Работа всех блоков синхрониэирует ся блоком 8 управления, который из синхроимпульсов, поступающих от скважинного зонда, в частности от гене55 ратора 1 тактовых импульсов, формирует импульсы запуска, записи, чтения и т.п. для аналого-цифрового пре6 образователя 10, арифметического устройства 11, оперативного запоминающего устройства 12 и буферного запоминающего устройства 13. Блок 8 управления управляет режимом работы арифметического устройства 11 посредством напряжения М-последовательности, подаваемой íà его управляющий вход из скважинного прибора через буферный блок 7. В зависимости от знака последовательности в каждом ее элементе, арифметическое устройство 11 вычисляет либо сумму, либо разность двух кодов, поступающих на его входы, та-., ким образом, в сумматоре происходит синхронная демодуляция принятого сигнала и сложение его с сигналами предшествующих посылок. Количество посылок, подвергающихся суммированию,.равно. числу элементов в модулирующей

И-последовательности. После окончания необходимых циклов суммирования результат из оперативного запоминающего устройства 12 перезаписывается в буферное запоминающее устройство 13, откуда выводится с необходимой скоростью на регистратор 14. Освобожден" ная же оперативная память опять используется для обработки сигналов.

Необходимая база сигнала (период М-по" следовательности) задается блоком 9 управления базой сигнала, входным сигналом для которого является результирующий сигнал с выхода опера" тивного запоминающего устройства 12.

Через буферный блок 7, блок 9 управления базой сигнала воздействует на генератор 2 периодической бинарной 6-последовательности, устанавливая необходимый ее период в зависимости от принятого им решения;

При использовании данного устройства возможно значительное уменьшение периода посылок зондирующих сигналов. Практически это время wwe| быть сведено к длительности полезного участка сигнала (который обычно составляет 5-10 мс при полной длительности сигнала порядка первых сотен миллисекунд). При известных способах каротажа при периодах посылок, меньших длительности сигнала одной посылки, происходит резкое ухудшение разрешающей способности метода, так как поле первых вступлений сигнала оказывается забитым последующими фазами сигналов от предыдущей посылки. Возможность уменьшения периода

7 10009 посыпок в данном устройстве без ухудшения разрешающей способности связана с такими корреляционными свойствами М-последовательностей, при которых функцию автокорреляции сигнала достаточно локализовать на временной оси.

На фиг„5 приведены периодическая

М-последовательность, состоящая из семи элементов, и ее нормированная 10 автокоррепяционная функция при дискретном сдвиге аргумента, кратном дли" тельности одного элемента. Исходя из характера автокорреляционной функции (наличие одного проямоугольного 15 выброса в пределах периода при нулевом сдвиге и постоянный уровень, обратно пропорциональный количеству элементов последовательности при других сдвигах), ее можно рассмат" N ривать как некоторую фильтрующую функцию (во временной области) для сигналов, возбуждаемых с помощью данного устройства. Во временном окне, определяемом главным выбросом, 25 после описанных операций обработки просуммируются участки сигналов с длительностью, равной одному такту (элементу) от начала посылки. Участки сигналов с длительностью большей зо одного такта, но приходящие в это же время ("хвосты" от предыдущих посылок) попадут в зону подавления, так как их суммарная величина будет определяться значениями функции автокорреляции при нулевом сдвиге. Таким образом, при нулевом сдвиге между аргументами автокорреляционной функ" ции модулирующей последовательности, результат будет представлять собой 4в сигнал, приходящий во время„ равное одному периоду посылк1 от начала посылки с амплитудой, увеличенной в

И раз, где М вЂ” число накоплений (число.элементов последовательности ). Ме-45 шающие колебания от предшествующих посылок сохранят исходный уровень, Таким образом, выбирая достаточной длину М-последовательности (число ее элементов) и сокращая период по- gg сылки зондирующих сигналов, можно обеспечить необходимое отношение сигнал/шум на выходе системы беэ ухудшения разрешающей способности метода и увеличения времени измерений, Предлагаемое устройство обладает тем преимуществом, что позволяет по78 8 высить помехоустойчивость аппаратуры акустического каротажа, используя. при этом обычные импульсные зондирующие сигналы,.широко применяющиеся на практике.

Расширение спектра частот излучателя при сохранении мощности иэлучениятребования в общем противоречивые.

Применение же данного устройства позволяет обеспечить необходимую энергию сигнала в заданной полосе частот без существенного увеличения времени измерения.

Выходная информация в данном уст ройстве представлена в обычном виде в виде волновых картин (в цифровом коде), которые можно использовать для дальнейшей обработки и интерпре тации.

Формула изобретения

Устройство акустического каротажа скважин, содержащее излучатель акустических колебаний, последовательно соединенный с формирователем импульсов возбуждения, генератором периодической бинарной М-последовательности и генератором тактовых импульсов, выход которого через буферный блок связан с входом блока управления, приемник акустических колебаний, последовательно связанный с усилителем и буферным блоком, блок управления базой сигнала, соединенный через буферный блок с генератором периодической бинарной М-последовательности, и регистратор, о тличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и помехоустойчивости устройства, в него дополнительно введены аналого-цифро вой преобразователь, арифметическое устройство, оперативное запоминающее устройство и буферное запоминающее устройство, при этом выход усилителя через буферный блок последовательно соединен с аналого-цифровым преобразователем, арифметическим устройством, оперативным запоминающим устройством, буферным запоминающим устройством .и регистратором, выход оперативного запоминающего устройства соединен с входом .блока управления базой сигнала и с вторым информационным входом арифметического устройства, управляющие входы аналого-цифрового преобразователя, арифметического устройства, оперативного запоминающего

9 1000978 10 устройства и буферного запоминающего 1. Авторское свидетельство СССР устройства соединены с выходом блока . У 210034, кл. Е 21 В 47/00, 1969. управления, а второй управляющий 2. Авторское свидетельство, СССР вход арифметического устройства че- У 374564, кл. 6 01 V 1/40, 1971. рез буферный блок подключен к выходу s. 3. Патент США h 3311875, генератора периодической бинарной . кл. 340-18, опублик. 1964.

И-последовательности. . 4. Авторское свидетельство СССР

Источники информации, . И 693309, кл. G 01 V 1/40, 1977 принятые во внимание при экспертизе (прототип) .

100097® фее.9

Составитель НЛуравлева

Редактор Е.Папп Техред И.Коштура Корректор t.Orap

Заказ 1381/50 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 ю

Филиал IlnrI "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4