Устройство для акустического каротажа скважин

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) G 01 V 1/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3390264/18-25 (22) 01.02.82 (46) 07.01.84 Бюл. Р 1 (72) С.В.Анпенов, В.Г.Кашкетов и A.Ñ.CTåïàíîâ (71) Западно-Сибирское отделение

Всесоюзного научно-исследовательско го института геофизических методов разведки (53) 550.83 (088.8) (56) 1. Ивакин Б.Н. и др. Акустический метод исследования скважин.

N., "Недра", 1978, с. 152-156

2 ° Авторское свидетельство СССР

9 687432, кл. С 01 V 1/40, 1977.

3. Авторское свидетельство, СССР

М 379900, кл. Й 01 V 1/40, 1971 (прототип}. (54)(5T) УСТРОЯСТВО ДНЯ АКУСТИЧЕСКОГО KAPOTNKA CKBNKHH, содержащее скважинный прибор, соединенный каротажным кабелем с наземной па-, нелью, включающей в себя входной блок, блок синхронизации, кварцевый генератор с делителем частоты, два канала обработки временных параметров, блок определения интервального времени, два блока определения амплитудных параметров, блок определения коэффициента затухания, блок визуального контроля и фоторегистратор, при этом входной блок подключен. к каротажному кабелю, выходы входного .блока соединены с блоком синхронизации, с входами обоих каналов обработки временных параметров и с первыми входами блоков определения ампли-" тудных параметров, выход блока синхронизации соединен :с входом кварцевого генератора с делителем частоты, выход которого подключен к входам обоих каналов обработки временных параметров, вторые входы блоков определения амплитудных параметров подключены к выходам каналов обработки временных параметров соответственно, а выходы блоков определения амплитудных параметров подключены к входу блока определения коэффициента затухания и вместе с выходом последнего подключены к входу фоторегистратора, выходы каналов обработки временных параметров соединены с входом блока определения интегрального времени и вместе с выходом последнего подключены к входам.фо торегистратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расшире, -ния функциональных воэможностей устройства путем обеспечения выде. ления волн различных типов и повышения точности акустического каротажа, каждый из каналов обработки временных параметров содержит блок формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров, блок формирования сигналов вычи тания, блок формирования имитационных сигналов, блок выбора типа блокировки, блок вычитания, блок. формирования импульсов блокировки, блок управления распределителем периодов, блок формирования импульсов блокировки входного блока, блок формирования и рас,пределения трех окон, первый второй и третий блоки переноса, первый, :второй и третий блоки выработки приращений времени, блок ограничения приращений времени, блок выборки среднего приращения времени, блок суммирования, блок оцифровки выходного сигнала и цифроаналоговый пре ° образователь, а устройство дополнительно содержит блок определения спектральных характеристик .принятого сигнала, при этом вход ,блока формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров является входом канала

1065600 обработки временных параметров, выходы блока формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров соединены с входами блока формирования сигналов вычитания, блока формирова ния имитационных сигналов, блока формирования импульсов блокировки, блоКа управления. распределителем периодов и блока формирования .импульсов блокировки входного блока, выход блока формирования имнтациойных сигналон подключен к входу блока выбора типа блокировки, второй вход которого подключен к выходу блока суммирования, а выход соединен с входом блока вычитаt ния, к второму входу последнего подключен выход блока формнронания сигналон вычитания, а выход блока вычитания.соединен с вторым входом блока формирования импульсоВ блокировки, который соединен с. блоком управления распределителем периодов, первым входом блока суммирования, входом первого блока переноса и вторым входом блока формирования импульсов блокировки входного блока, выход которого соединен с вторым входом блока, выход блока управления распределителем периодов соединен с вторым входом блока формирования и распределения трех окон, первый вход которога соединен с входным блоком, а выходы подключены .к первому, втоИзобретение относится к геофизическим исследованиям нефтяных и газовых скважин акустическими методами, в частности решает задачу"автоматической регистрации кине- 5 матических и динамических параметров упругих колебаний, распространяющихся на различных базах акустического зонда скважинного прибора. I

Известны устройСтва аКустиЧЕС- 19 кого каротажа, в которых для авто-, матической регистрации параметров упругих волн используют дискриминатор для выделения информационных сигналон по отношению амплитуд . сигнал/шум 1 .

Однако измерения производят при движении прибора в скнажине, чем обусловливается высокий уровень шумовых сигналов, а присутствие газа в растворе или породе даже н незна. чительных количествах (до 2%), а также интерналы.сильной глинизации обуслонливают сильное затухание инрому и третьему блокам переноса, при этом первый блок переноса соединен с вторым, второй - с третьим, а выход третьего подключен к второму входу соответствующего блока определения амплитудных параметров выходы каждого из блоков переноса подключены к первым входам блоков выработки приращений времени, нторые и третьи входы которых соединены с выходом входного блока и выходом третьего блока переноса соответственно, а выходы первого, второго и третьего блоков выработяи приращений времени подключены к входам блока выборки среднего приращения времени, четвертый вход которого соединен с выходом блока ограничения приращения времени, вход последнего соединен с выходом третьего блока переноса н входом блока опредЕления спектральных характеристик принятого сигнала, выход блока выборки среднего приращения времени соединен с вторым входом блока суммирования, выход последнего подключен к блоку оцифровки выходного сйгнала, выход которого подключен к цифроаналогоному реоб раэователю, выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым, входом блока определения интервального времени, выход блока определения спектральных характеристик .принятого сигнала подключен к фоторегистратору. формационных сигналов, особенно продольных (головных) волн. При измерениях на таких участках скважин, представляющих наибольший геоЛоги-. ческий. интерес, наблюдаются сраба" тывания вычислителей временных параметров t, и t на различные фазы информационного сигнала (пропус" ки фаз), шумы,.что приводит к недопустим м искажениям результатов измерений tq u tg и соответственно g t. Регистрация амплитудных параметр в осуществляется во вре менном окне фиксированной длитель-. ности, вырабатываемом селектором амплитудной панели, начало которого жестко привязывается к моменту срабатывания дискриминатора временного блока, следовательно, сбои и срабатывании дискриминатора временного блока приводят к искажениям и амплитудных параметров. Кроме того, выбор фиксированной длительности селекторных окон мало обоснован

1065800 иэ-за широкого диапазона изменения частот и широкополосности спектра каждого из типов волн принимаемого сигнала. Пороговый принцип выделения информационного сигнала рассчитан преимущественно на измерение . 5 временных и амплитудных параметров продольных (головных) волн, в то время как исключительно ценная дополнительная геологическая информация может быть получена при изме- 30 ренин параметров и других типов волн.

Известно также устройство для акустического каротажа, содержащее скважинный прибор с излучателем и приемниками, связанный каротажным кабелем с наземным блоком, содержащим компенсирующий одновибратор, Фантастрои, расширитель импульсов; логическую схему 2И-ИЛИ, разрядный одновибратор, логическую . схему И, зарядно-разрядную схему, усилитель, триггер каналов и одновибратор строба.

В этом устройстве реализуется алгоритм

tC kt% М to где t и t< - времена прихода сигна1 лов на меньшей и большей базах зонда, время прохождения сигнала по раствору

К = Lg/L — берется, как отношение баз зонда (2 .

Однако такую взаимосвязь можно установить только для определенного литологически однородного интервала скважины, фактически же как коэффициент К, так и са зависят. от целого ряда Факторов: угла sin, 40

Ч®/ V (где Vg, Vp - скорости продольных волн в жидкости и породе фактических соотношений между диаметрами скважины и прибора условия центрирования прибора и особенно 45 от положения прибора относительно скоростных границ разреза, каверны и т.д. тщательные исследования показывают,.что никакие соотношения между временами прихода однотипных 50 волн на разных базах зонда или раэнотипных на одной базе зоида не могут быть практически использованы для выделения этих волн. Так, напри- мер, при среднетеоретическом соотношении между скоростями продольных и поперечных волн У 1,7 практически даже для сравнительно небольшого литографически неоднородного интервала скважины диапазон изменения соотношений скоростей 60 составляет = (1,4-2,0)Vg . Аналогично очень bwpox диапазон изменения соотношений между временами прихода однотипных волн на различных базах зонда. 65

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для акустического каротажа скважин, содержащее скважинный прибор, соединенный каротажным кабе лем с наземной панелью, включающей в себя входной блок, блок синхронизации, кварцевый генератор с делителем частоты, два канала обработ ки временных параннэтров, блок определения интервального времени, два блока определения амплитудных параметров, блок определения коэффициента затухания, блок визуального контроля и фоторегистратор, при этом входной блок подключен к каротажному кабелю, выходы входного блока соединены с блоком синхро« ниэации., с входами обоих каналов обработки временных параметров и с первыми входами блоков определения амплитудных параметров, выход блока синхронизации соединен с входом кварцевого генератора с делителем частоты, выход которого подключен к входам обоих каналов обработки временных параметров, вторые входы блоков определения амплитудных параметров подключены к выходам каналов обработки временных параметров соответственно, а выходы блоков определения амплитудных параметров подключены к входу блока определения коэффициента затухания и вместе с stkходом последнего подключены к входу

Фоторегистратора, выходы. каналов обработки временных параметров соединены с входом блока определения интервального времени вместе с выходом последнего подключены к вхо.дам фоторегистратора (3), Недостаток известного устройства заключается в том, что, поскольку длительности периодов в пакете колебаний не являются величинами постоянными и зависят от номера фазы и акустических свойств среды, а величина приращения интервального времени зависит от того, на сколько Фаз произошел перескок, оно не учитывает воэможности срабатывания аппаратуры на шумовые сигналы. Длительность периода может превышать

1ОО мкс, ошибка достигать нескольких десятков микросекунд, а требуемая точность измерения составляет

3 мкс..

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства акустического каротажа пу,тем обеспечения выделения различ-. ных типов волн и повышение точности акустического каротажа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для акустического каротажа скважин, содержащем скважинный прибор, соединенный каротажным кабелем с наземной па1065800

35 келью, включающей в себя входной блок, блок синхронизации, кварцевый генератор с делителем частоты два канала обработки временных параметров, блок определения интервального времени, два блока опре- 5 деления амплитудных параметров, блок определения коэффициента затухания, блок визуального контроля и фоторегистратор, при этом входной блок подключен к каротажно-. му кабелю, выходы входного блока соединены с блоком синхронизации, с входами обоих каналов обработки временных параметров и с первыми входами блоков определения ампли- 15 тудных параметров, выход блока синхронизации соединен с входом кварцевого генератора с делителем частоты, выход которого подключен к входам обоих каналов обработки 20 временных параметров, вторые входы блоков определения амплитудных параметров подключены к выходам каналов обработки временных параметров соответственно, а выходы блоков определения амплитудных параметров подключены к входу блока определения коэффициента затухания и вместе с выходом последнего подключены к входу фоторегистратора, выходы каналов обработки временных параметров соединены с входом блока определения интервального времени и вместе с выходом последнего подключены к входам фоторегистратора, каждый из каналов обработки временных параметров содержит блок формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров, блок формирования сигналов вычитания, блок формирова- 40 ния имитационных сигналов, блок выбора. типа блокировки, блок вычитания, блок формирования импульсов блокировки, блок управления распределителем периодов, блок формирования импульсов блокировки входного блока, блок формирования и распределения трех окон, первый, второй и третий блоки переноса, первый, второй и третий блоки выработки приращений времени, блок ограничения.приращений времени, блок выборки среднего приращения времени, блок суммирования, блок оцифровки выходного сигнала и цифроаналоговый преобразователь, а устройство дополнительно содержит блок определения спектральных характеристик принятого сигнала, при этом вход блока формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров .60 является входом канала обработки вре.менных параметров, выходы блока формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров соединены с входами блока формирования сигналов вычитания, блока формирования имитационных сигналов, блока формирования импульсов блокировки, блока управления распределителем периодов и блока формирования импульсов блокировки входного блока, выход блока формирования имитационных сигналов подключен к входу блока выбора типа блокировки, второй вход которого подключен к выходу блока суммирования, а выход соединен с входом блока вычитания, к второму входу последнего подключен выход блока формирования сигналов вычитания, а выход блока вычитания соединен с вторым входом блоха формирования импульсов блокировки, который соединен с блоком управления распределителем периодов, первым входом блока суммирования, входом первого блока переноса и вторым входом блока формирования импульсов блокировки входного блока, выход которого соединен с вторым входом входного блока, выход блока управления распределителем перибдов соединен с вторым входом блока формирования и распределения трех окон, первый вход которого соединен с входным блоком, а выходы подключены к первому, второму и третьему блокам переноса, при этом первый блок переноса соединен с вторым, второй с третьим, а выход третьего подключен к второму входу соответствующего блока определения амплитудных параметров, выходы каждого из блоков переноса подключены к первым входам блоков выработки приращений времени, вторые и третьи входы которых соединены с выходом входного блока и выходом третьего блока переноса соответственно, а выходы первого, второго и третьего блоков выработки приращений времени подключены к входам блока выборки среднего приращения времени, четвертый вход которого соединен с выходом блока ограничения приращения времени, вход последнего соединен с выходом третьего блока переноса и входом блока определения спектральных характеристик принятого сигнала, выход блока выборки среднего приращения времени соединен с вторым входом блока суммирования, выход последнего подключен к блоку оцифровки выходного сигнала, выход которого подключен к цифроаналоговому преобразователю, выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом блока определения интервального времени, выход блока определения спектральных характеристик принятого сигнала подключен к фоторегистратору.

Время (t<) распространения упругих колебаний в данном цикле

1065800 измерений для любых выбранных для измерения параметров типов волн (P S L и т.д. на каждой из баэ акустического зонда s отдельности определяют как сумму (t„ = с"„ w 5 сп) длительности времени (tz) импульса следящей блокировки данного цикла измерений, которнй вырабатывают равным разности (tn

t+- ) длительности времени (t„ „) распространения упругих колебаний 10 ,в предыдущем цикле измерений и

,импульса смещения i, длительность которого определяют исходя из рассчетной ширины доверительного окна, и импульса суммирования (3 t„) 15 данного цикла измерений, длительность времени которого выбирают как среднее, наиболее вероятное приращение времени между двумя соседни ми циклами измерений в пределах 20 задаваемой ширины доверительного .окна (ь ) из трех приращений (8 t, ), которые вырабатывают по трем первым фактическим фазам (пе- риодам Т; ) выбранного для измерения параметров типа волн информационного сигнала

Алгоритм измерения t4 u tq s предлагаемом устройстве аналогичен алгоритму измерения Ь t прототипа, а именно

= 1 10 мкс, т.е. расчетная ширина доверительного окна может быть ограничена временем, равным 2 3 с

21,2 мкс.

Учитывая градиентность (нечет.кость) границ раздела пластов, гра диентность нарастания плотности с глубиной, реальные линейные размеры излучателей и приемника в направле нии движения прибора, фактические значения Э,»а ниже и фактическую ширину доверительного окна можно несколько уменьшить.

Средняя длительность периода наиболее высокочастотной части акус-. тического сигнала головных волн для высокочастотных скважинных приборов составляет 40 мкс, а для низкочастотных — 100 мкс, поэтому . ширину доверительного окна в обоих случаях можно ограничить длтельностью 20 мкс при стандартной частоте запуска излучателей 12,5 ц.

В этом случае ширина донертительного окна (20 мкс) не превышает периода колебаний (40 мкс) наиболее высокочастотной части акусти,ческого сигнала.

В случае работы с низкочастотными скважинными приборами типа где St» = ". 8(,„, »= (» (» »-< tS(» 4>., +д1„, 35

Й».ь1»,13@|.»- алгоритм измерения .at прототипа.

Расчетную ширину доверительного окна в -предлагаемом устройстве определяют согласно формуле 40 где V<- скорость каротажа, à — частота запуска каждого из 45 излучателей акустического зонда в отдельности, З — перемещение прибора в скважине между двумя соседними циклами измерений на одной и той же базе зонда, Мю(» Чж- минимальная скорость распространения акустического сигнала в скважиие,за которую принимается скорость распространения сигнала по буровому раствору (жидкости). заполняющему ствол скважи« ны, i Чр „jj»-- максимально возможная (пластовая) скорость распростра- 60 нения сигнала в скважине.

При стандартной частоте возбуждения одноименных излучений 12,5 Гц и скорости каротажа 1000 м/ч перемещение прибора в скважине между дву-65 мя соседними циклами измерениЯ сос тавляет 0,022 м. Принимая иэлучате. ли и приемник акустического зонда за точечные элементы и беря критические условия измерения — переход элементов акустического зонда с пласта(Ун = 7000 м/c),í каверну (c Vg, = 1600 м/с}, получают максимально возможное изменение времени (tq и tg ) распространения упругих колебаний для каждой иэ баз акустического зонда в отдельности между двумя соседними циклами измерений

AKH с частотой запуска одноименных излучателей 6,25 Гц длительность импульса ь и ширины доверительного. окна необходимо Удноить, т. е. взять

20 .мкс и 2 = 40 мкс, однако вместо изменения и ширины доверительного окна целесообразнее перевести скважинные приборы на стандартную частоту запуска одноименных излучателей. 12,5 Гц /или разноименных 25 Гц).

Ra. максимальной базе акустического зонда AKH (Ь = 5 м) весь вол-, новой процесс заканчивается через

5,5 мс после возбуждения излучателя, поэтому интервал времени,40 мс между. срабатываниями разноименных излучателей является более чем достаточным для исключения взаимного влияния каналов. Прн работе на частоте 6,25 Гц практически невозможно проводить регистрацию акустических параметрон в аналоговой форме (современная аппаратура АКП) из-эа практически невозможного ниэуаль9 1065800 10 мого наблюдения эа. нолновыми карти- щее влияние которых учитывается про. нами яа экране электронного осцил- тотипом вычитанием иэ результатов лографа и резонансной раскачки Ьли- сравнениями„иМп < целого числа усков гальванометров фоторегистра- редяенных периодов l(T K. — (где g— у,где тора. целое, число), которые по длительносчастоту запуска излучателей мож- 5 ти могут существенно отличаться от

-но повысить в 2-4 раза, т.е.сокра- длительностей фактических периотить интервал времени,между сраба- дов) . тываниями разноименных излучателей Прототипом предусматривается до 20 — 10 мс, за счет чего можно, лишь повышение точности измерения соответственно, уменьшить в 2-4 ра- 10 интервального времени (6с) головэа длительность времени импульса ь ных (P) волн без обеспечения достаили ширины доверительного окна 2 с точной точности измерения t u t и т.е. еще больше повысить точность В предлагаемом устройстве за измерения (прослеживания) временных счет повышения точности измерения параметрон t„ и t,,a следователь- . 15 (прослеживания) времени (t и и } но, и всех остальных параметров распространения упругих колебаний акустического каротажа или повысить на каждой иэ баэ акустического скорость проведения акустического зонда в отдельности обеспечинаеткаротажа. ся точность измерения и возможность расчетная ширина доверительного 0 измерения и регистрации в аналогоокна предлагаемого устройства в вой форме любыХ акустических пара2 раза меньше расчетной ширины до- метров (временных, амплитудных, верительного окна прототипа, так спектральных) для любых типов волн как изменение интервального време- (, 5, L и т.д.), так как точки (ht tg - tq) складывается 5,ность измерения люб" акустических из изменений времени t„ и tq межI параметров для любых типов волн ду днумя соседними циклами изме- полностью определяется точностью йэрений, т.е. с помощью формулы мерения (прослеживания} временных (1) определяют не максимально ноэ- параметров t и с

2 можное изменение интервального вре- ИзмеРение интервального времени мени 8 htg а максимально воэмож30 д tу - tg производят извест-. ное изменение времени 6ьЛ. распрост- HI onoooeoM,, при этом измерение ранения упругих колебаний на каж- всех временных параметров t t

Л ° У дой из баз акустического зонда в и д t производят не по абсолютотдельности между двумя соседними ной величине, а лишь в диапазонах циклами измерений. поэтому при стан- 35 их изменения, т.е. измерение tq u дартяых условиях измерения (ук производят не от синхроимпУльсов

1000 м/ч, F = 12,5 Гц) ширину (изнестные способи},, а от задних доверительного окна для выработки фронтов компенсационных, импульсов (случай прототипа) необходимо С«И t l КРатных 50 мкс, с дианазоувеличить до 40 мкс,что в ряде слу- 40 нами фиксиРованной Установки 0 чаев может превысить фактические дли- 4950 мкс, пр»том величину ском— тельяости периодов акустических пенсированяого сигнала д сигналов и перевести к неизбежным определяют из соотношения А t

7 1 слоям н работе аппаратуры. t K7" tK к

8 устройстве выработка прира- 45 Переход с измеРения паРаметРов щений времени 8 4 по трем первым одних типов волн на измерения па-фактическим фазам (периодам Т ) для Раметров других типов производят каждой из баэ акустического зонда перестановкой импульсов блокировв отдельности между двумя соседни- ки с первых вступлений одних тими циклами измерений,выборка из них пон волн на пеРвое вступление другиХ среднего, наиболее вероятного, при50 ращения времени(И ) обеспечивают ис- Иэмерение амплитудных параметров, д)для каждо из баз акустиключение искажающего влияния на ре- (A и A )для каж и зультаты измерения временных (t ческого зонда в отдельности п р етров, а следователь- водят но временных окнах, начало ти проиэно, и интервального времени (gt которых совмещают с моментами оконt ), шумовых сигналон помех и чания измерения временных параметширокополосности спектра акустичес- рон t и 4 (известный ких сигналов (не учитываемых прото- длительности временных б м ных окон ерут

), раничение приращений не фиксированными (известные сповремени (IIt> ) в пределах ширины 60 собы), а следящими, которые вырабадоверительного окна (+ ) обеспе- тынают равными сумме длительностей чивает исключение возможного пропус- первых трех или в ф или двух атактических ка фаэ или срабатывания вычисли- периодов акустическ телей t u t на аэ еских сигналов.

Л. и на различные фазы Выработанные следящие временные информапионных сигналов (искажаю- $5 окна дополнительно о используют для

1065800

12 измерения спектральных характеристик акустических сигналов, при этом измеряют просто длительности времейи суммы трех или двух первых периодов.

Необходимость выбора временных окон, равных трем или двум фактическим периодам, для измерения амплитудных и спектральных параметров диктуется конкретными условиями измерений, например разрешенностью волновой картины по типам волн (степенью интерференции волн) и т.д.

Помимо измерения в режиме следящей блокировки способ предусматривает измерение амплитудных параметров и спектров волн в режиме фиксированной блокировки, например, амплитуд и спектров головных волн по колонке, амплитуд и спектров гидроволн.

На фиг. 1 показано устройство для акустического каротажа скважин," на фиг. 2 — временные диаграмму его работы.

Скважинный прибор 1, содержит два излучателя 2 и 3 упругих колебаний с блоком 4 запуска, а . приемник 5 с усилителем б соединен с наземной измерительной панелью каротажным кабелем 7.

Панель содержит входной блок 8, блок 9 синхронизации работы всего устройства (блок командосигналов), блок 10 кварцевого высокостабильного генератора микросекундных счетных импульсов и делителя частоты на 50, два канала

11 и 12 обработки временных параметров; каждый из которых содержит блок 13 формирования импульсов » калибровки и компенсации временных параметров, блок 14 формирования сигналов вычитания, блок 15 формирования имитационных сигналов ,.блок 16 выбора типа блокировкй, блок 17 вычитания(1, И -1-й цикл измерения), блок 18 формирования импульсов блокировки(1„ М

L-й цикл измерения), блок 19 управления распределителем периодов, блок 20 Формирования импульсов блокировки входного блока 8.

Система блоков формирования сигналов суммирования 3 » содержит блок

21 формирования и распределения трех окон, соответствующих по длительности трем первым периодам акустических сигналов, поступивших после окончания блокировочного импульса1л, первый, второй и третий бло% ки 22 — 24 переноса иэ цикла в цикл измерения с заданным фиксированным смещением в сторону синхроимпульсов сформированных окон, первый, второй и третий блоки 25-27 выработки приращений времени 3tq меж50

65 вторым входом блока 21 формирования и распределения трех окон, первый вход которого соединен с входом блока 8, а выходы подключены к первому 22, второму 23 и третьему 24 блокам переноса, при этом первый блок 22 переноса соединен с вторым

23, а второй 23 — с третьим 24, выходы каждого иэ блоков переноса

22. — 24 подключены к первым входам первого, второго я третьего блоков

25 — 27 выработки приращений времени соответственно, вторые и третьи входы которых соединены с выходом входного блока 8 и выходом третьего блока 24 переноса соответственно, а выхбды первого, второго и третьего блоков 25-27 выработки ду двумя соседними циклами измере-. ний по трем первым фазам (периодам) акустических сигналов, блок 28 ограничения приращения времени в пределах 2 и блок 29 выборки среднеro, наиболее вероятно, приращения времени бал между двумя соседними циклами измерений.

Кроме того, в каждом канале обработки временных параметров имеет10 ся блок 30 суммирования (tz t> 1Ь tz), % блок 31 оцифрогки выходного сигнала и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 32, при этом вход блока 13 формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров является входом канала 11 обработки временных параметров, выходы блока

13 формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров соединены с входами блока 14 формирования сигналов вычитания, блока 15 формирования имитационных сигналов, блока 18 формирования имйульсов блокировки, блока 19 управления распределителей периодов и блока 20 формирования импульсов блокировки входного блока 8; выход блока 15 формирования имитационных сигналов подключен к входу блока

1б выбора типа блокировки, второй

ЗО вход которого подключен к выходу г блока 30 суммирования, а выход соединен с входом блока 17 вычитания, к второму входу блока 17 вычитания подключен выход блока 14 фломнрова35 ния сигналов вычитания, а выход блока 17 вычитания соединен с вторым входом блока 18 формирования импульсов блокировки, который соединен с блоком 19 управления

4р распределителем периодов, первым входом блока 30 суммирования, входом первого блока 22 переноса и вторым входом блока 20 формирования импульсов блокировки вход45 ного блока 8, выход блока 20 соединен с вторым входом входного блока

8, выход блока 19 управления распределителем периодов соединен с

13

14 приращений времени подключены к входам блока 29 выборки среднего приращения времени, четвертый вход которого соединен с выходом блока

28 ограничения приращения времени, вход последнего соединен с выходом третьего блока 24 переноса.

Выход блока 29 выборки среднего приращения времени соединен с вторыи входом блока 30 суммирования, выход последнего подключен .к блоку

31 оцифровки выходного сигнала, выход которого соединен с ЦАП 32, выход ЦАП 32 является одним иэ выходов канала 11 обработки временных параметров и подключен к блоку 33 определения интервального времени, к второму входу которого подключен выход канала 12 обработки временных параметров. Входы каналов 11 и 12 обработки временных параметров соединены с входным блоком 8 и блока

10 кварцевого генератора с делителем частоты, вход которого соединен с .блоком 9 синхронизации, последний по входу соединен с входным блоком 8, à по выхоту - с каротажным кабелем. Вторые выходы каналов ll и 12 подключены к входам первого и второго блоков 34 и 35 определения амплитудных параметров (А» и А соответственно, вторые входи последних соедннены с входным блоком 8, а выходы подключены к входу блока 36 определения коэффициента затухания и вместе с выходом последнего соединены с выходом блока

37 определения спектральных характеристик принятого сигнала. Кроме того, устройство содержит блок 38 визуального контроля и фоторегистратор 39, входы которого соеди-. нены с выходами обоих каналов 11 и 12, блоком 33 определения интервального времени и выходами блоков 34 и 35 определения амплитудных параметров, блока 36 определения коэффициента затухания и блока 37 спектральных характеристик принятого сигнала.

Устройство работает следующим образам.

В каждом цикле измерений излучатели поочередно генерируют в окружающую скважннный прибор 1 среду .импульсы упругих колебаний, которые возбуждают в окружающем скважинный прибор 1 пространстве серии разнообразных волн, воспринимаемых приемником 5. Электрические колебания с выхода последнего, пройдя через усилитель 6, поступают по каротажному кабелю 7 в наземную измерительную панель.

Во входном блоке 8 синхроимпульсы, соответствующие моментам срабатывания излучателей 2 и 3, и сигналы с приемниками 5 распределяются по отдельным каналам(линиям), синхроимпульсы первого канала

СИ(1»), синхроимпульсы второго канала — СИ(t>), "СИГНАЛ". Синхроимпульсы обоих каналов нормализуют5 ся по длительности и амплитуде и поступают в блок 9 синхронизации, а сигнал через фильтр поступает в блоки 34 и 35 определения амплитудных параметров и, дополнитель-!

О но через пороговое устройство (дисириминатор) в виде серии прямоуголь ных импульсов, соответствующих положительным полупериодам сигнала, поступающего после окончания блокировочного импульсами в блок 21 формирования и распределения трех окон по каналам. Блок 9 синхронизации пропускает на выход нормализованные синхроимпульсы и вырабатывает дополнительные командоимпульсы управления работой всего устройства.

Синхроимпульсы каждого из каналов в блоке 10 запускают кварцевый генератор высокостабильных микросекундных счетных импульсов с делителем частоты на 50 в интервале времени разрешения, равном примерно половине интервала времени между синхроимпульсами разных каналов

Далее в каждом из каналов 50-и микЗО росекундные импульсы поступают на два последовательно соединенные кольцевые счетчики блока 13 с двумя выходными Й5 -триггерами, на выходе которых с помощью программных пере35 ключателей устанавливают импульсы

1 калибровки и компенсации временных параметров 4g и t.g в диапазоне

0-4950 мкс с кратностью установки

50 мкс. Задними фронтами импульсов

4g,1„или в случае установки 1к = 0 синхроимпульсами данного канала запускают одновременно одиовибратор блока 14 и одновибратор. имитационного сигналами ».» блока 15, кото ый

45 через блок 16 выбора типа блокировки совместно с q поступает на схему вычитания блока 17, на выходе которой формируется сигнал1и»- . Эти сигналы поступают в блок 18 и оцифровываются во входном счетчике мик росекундными счетными импульсами, поступающими с блока 10 при каждом прохождении одноименных синхроимпульсов, например СИ(4») для первого канала. При каждом прохождении

55 разноименных синхроимпульсов, например CH (t ) для,первого канала, происходит сдвиг кода с параллельных выходов входного счетчика через схевь» совпадения на параллельные

60 входы выходного счетчика с последующей установкой входного счетчика в нулевое состояние. Расцифровку (вычитание) сигнала с выходного счет чика осуществляют теми же счетными импульсами после окончания компен1065800

16 сационных импульсов 1», поступающими с блока 13, или одноименными синхроимпульсами при t» =О. На выходе блока 18 установлен RS -триггер, который вырабатывает прямоугольные импульсы, длительности которых определяются временем расшифровки (вычитания) сигнала с выходного счетчика, который одновременно устанавливает входной счетчик в нулевое положение по окончании расшифровки. Таким образом, на выходе R5 -триггера блока 18 формируется прямоугольный импульс блокировки 1 =1„ данного цикла измерения, жестко привязанный или к заднему фронту компенсационного импульса », или к одноименному синхроимпульсу прн t» = 0.

Специфика. работы блока .13 калибровки и компенсации состоит

- в том, что при 1» = 0 на выходе блока 18 вырабатываются полные импульсы блокировки =1„1-, при. и вязанные к одноименным синхроимпульсам, а при 1» = 0 — только нескомпенсированная часть импульсов блокировки1„,=1п, -М»>привязанные к задним фронтам ймпульса

t», при этом задние фронты импульсов t> и 4 „ совмещены во време« ни. Такая сйстема позволяет понизить разрядно ст ь счетчи ко в блока

18. В блоке 20 производят суммирование импульсов 1g от блока 13 и импульсов блокировки от блока 18, т.е. в любом случае на его выходе формируют полный импульс блокировки,,,= C, привязанный к синхроимпульсф. Временные диаграммы работы устройства (фиг. 2 ) показаны .для случая й» О.

Разрешение работы распределителя блока 21 и всех последующих блоков формирования 3 к поступает с .триггера разрешения блока 19 при наличии кода на выходном счетчике блока 18. Распределитель представляет собой трехразрядный кольцевой счетчик, на вход которого по- дают импульсы дискриминатора от входного блока 8, а на выходах получают три импульса, равных по длительности трем первым периодам акустического сигнала после прохождения импульса блокировки.

Распределенные окна (периоды) поступают в блоки 22 — 24 переноса, которые устроены и работают аналогично блоку 18. Отличие в работе этих блоков лишь в том, что сигналы на вычитание подают по последовательной цепочке: в блок 22 от заднего фронта импульса блокировки t«h áëoêà 18, в блок 23 от заднего фронта выходного импульса блока 22 и в блок 24,от заднего

Если в (в-1) -м цикле окна T j выработаны правильно, а в Vt-M цикле для некоторого окна дис.криминатор сработан на шумовой сигнал, предшествующий иíформационному, xo8t для данного окна вырабатывается заниженным(<, Н) фронта выходного импульса блока 23, т.е. все перенесенные периоды из предыдущего в данный цикл измерения смещены в сторону синхроимпульсов на величину относительно их прежнего положения °

11еренесенные периоды предыдущего цикла измерения и импульсы дискриминатора данного цикла измерения поступают в блоки 25-27 выt0 работки приращений времени Р .по трем первым фазам (периодам) информационных сигналов между двумя соседними циклами измерений. Каждый из блоков 25 — 27 выработкид состоит из реверсивного счетчика, логических элементов, триггера управления и выходного R5 -триггера.

Схема собрана так, что если в окие

Т импульс дискриминатора отсутствует, то в счетчике счетными импульсами оцифровывают весь период, а.задним фронтом периода счетчик устанавливакт в нулевое состояние, при этом St< не вырабатывают. Если же импульс дискриминатора в данном окне присутствует, то в счетчике оцифровываются интервал времени между передними фронтами перенесенного периода и импульса дискриминатора данного цикла, одновременно последним запускается триггер блокировки сброса счетчика в нулевое состояние.

Команду вычитания на счетчик и на срабатывание выходного R5 -триг35 гера подают по окончании импульсов блокировки сброса счетчиков в нулевое состояние после полного прохождения всех трех окон (периодов) одновременно на все три блока выра-

40 ботки 81, поэтому начало всех выработанных 3t; совмещены во времени.

Рассмотрим некоторые частные случаи вь1работки 3 t„;

Если н (й -11-м цикле измерений окна Т и tl-м цикле измерений импульсы дискриминатора выработаны йравильно, т.е. по неискаженным сигналам (фиг. 2), то независимо от спектра сигнала соотношения длительностей периодов) все значения одинаково нормальные (8 <; =Н) и эа истинное приращение31дможно . взять любое из них, при этом если время между циклами не изменяет55,, 1а „= - „= 0, Ып

»й ЬЧ, »н.,= t, т.е. цикл полностью повторяется.

1065800

5

t5

3tï выборки блок 29

61» в любОй пОСледовательности

Выбор ка по пунктам

2 )Н Н,О Н

Н

S4Ä- н

Н,(Н,0

)Н

> Н М„-2 (4 О, 5 7ср) ) Н Н

Если в (n "1) -м цикле какое-то из окон 7< выработано неправильно на шумовой сигнал, предшествующий информационному, или в tl -м цикле произошел перескок срабатывания дискриминатора через фазу информационного сигнала на шумовой сигнал, то61; для данного окна вырабатывается эавиаенным.

Отсюда следует, что иэ трех возможных выработанных значений Д наиболее достоверным является

81; — среднее, максимальное значение которого не йревыщает 2 равное примерно половине длительности усредненного периода высокочастотных акустических сигналов 0,5Тср)

Выработанные приращения 51; поступают в .блок 29 выборки среднего

5tz, управляемый блоком 28 ограНичения. Схема выборки собрана на логических элементах И, ИЛИ и с одновибратором.

В таблице приведена истинность выборкиИ

Выборку по пунктам 1-3 произ водят по первой схеме 2-2-2И-3 .ИЛИ, где на схемы И Stq подаются комбинациями 1-2, 1-3, 2-3. Если первая

cxeMaSt не вырабатывает (пункты 4, и 5 ) то параллельно ей работает ! вторая схема 3 ИЛИ-И, в которой на схему ИЛИ падают все три И, а схема И блоКируется одновибратором в случае выработки 84 первой схемой и не блокируется в случае отсутствия81я на выходе первой схемы.

Сигнал Ltd с первой или второй схемы через схему ИЛИ подают на схему совпадения И, на второй вход которой подают сигнал ограничения 2, совмещенный передним фронтом с выработанными приращениями И . Поэто- му в случае выработки Ь| Н первой схемой по пункту 6 или второй схемой по пункту 5 на выходе схемы. совпадения. получают сигнал ограни25

4S

65 чення St a = 2 i 6 =27cp . Иэ таблицы видно, что вероятность выборки .нормального эначения61 логической схемой очень высокая (пункты

1-4), тде для выборки нормального значения31„ достаточно присутствие хотя бы одного нормального8 из трех значений вырабатываемых St

Комбинации вырабатываемых St по пунктам 5 и 6 мало вероятны, но даже и в этом случае не происходит сбоя (пропуск фаз или выработки по шумовым сигналам) в работе следящей системы выработки временных параметров. В блоке 30 (схема

ИЛИ ) смешивают сигналы блокировки блока 19 и приращениями схемы выборки блока 29, т.е. на выходе блока. 30 получают сигнал измеряемого параметра tl,= t„ > 8 t„. Однако

М выходные импульсь| t„и 8 t> этого ч блока разнесены во времени, поэтому они дополнительно поступают на оцифровку в блоке 31, а затем на

ЦАП 32 и фоторегистратор 39.

Фунуционально связанная схема

"Фиксированная следящая блокировка" включает в себя блоки 14-18- и 30 и работает следующим образом, При включении одновибратора блока, 15 его имитационные импульсы (tq . проходят через смеситель (ИЛИ) блока 16 в блок 17, запускают одновибратор блокировки блока 16, предотвращающего прохождение импульсов с блока 30 в блок 17. При выключении одновибратора блока 15 одновременно сенсорно выключается одновибратор блока 16 и импульсы с блока 30 проходят в блок 17 вычитания и на оцифровку в блок 18, при этом если выключение одновибратора блока 15 произошло даже в момент прохождения имитационного импульса, то этот импульс не прерывается а продолжается импульсом с блока 30, что предотвращает сбои в работе следящих систем устройства при пере-. ключении устройства из режима фик-, сированной блокировки в режим следящей блокировки.

Таким образом, работа устройства по измерению времен tq u tg распространения упругих колебаний на каждой из баз акустического зонда в отдельности состоит в следующем: выработка импульса блокировки1„ данного цикла измерения, равйого по длительности измеренному времени распространения в предыдущем цикле измерения,и перенесенного за вычетом в данный цикл измерения; выборка наиболее вероятного приращения времени81д данного цйкла измерений из трех вырабатываемых приращений81; по трем первым фазам (периодаь ), перенесенным со смещением 9 в сторону,синхроимпульсов

1065800 йз предыдущего в данный цикл измерения и импульсов дискриминатора данного цикла измерения, и, наконец, выработка истинных значений времен еа и tg распространения сигнала на каждой иэ баэ акустического зонда в отдельности иэ соотношения . tn „ stn °

Импульс блокировки 1 „, поступаю% щий с выхода схемы перейоса блока

18, одновременно. является импульсом блокировки во входном блоке 8, данного цикла измерения, импульсом суммирования t„ t"„ t 8 t> в блоке 30 данного цикла измерения и, поступая как суммарный сигнал t> t„ t Stq 35 через блок 16 и схему вычитания 7 блок 17 на оцифровку во входном счетчике блока 18 сигналом выработки блокировки и я = t<-", следующего цикла измерения. 20

Вхождение устройства в режим измерения происходит после нескольких ,:циклов срабатывания одноименных из лучателей или поступления одноимен.ных синхроимпульсов, например СИ (t ) 25 для первого канала. В исходном состоянии все счетчики устанавливаются в нулевое состояние и разрешается оцифровка сигнала только во входном счетчике блока 18.

При поступлении первого синхроимпульса СИ (t<) во входном счетчике блока 18 оцифровывается сигнал tя „-с, поступающий с блоков 14-16. При поступлении следующего за ним синхроимпульса СИ (t ) код со входного ,счетчика сдвигается в выходной счетчик,.а входной. счетчик устанавливается в нулевое состояние. При поступлении второго синхроимпульса СИ (t ) снова происходит оцифровка сигнала 40 во входном счетчике блока 18, рас-, цифровка сигнала c его выходного счетчика и выработка первого блокировочного импульса tÄ i срабатывание формирователя и Распределителя rre- 45 риодов блока 21 и оцифровка их во входных счетчиках блоков 22-24 °

Следующий синхроимпульс СИ (t ) сдвигает все коды с входных в выход —. ные счетчики (блоки 18, 22, 23 и 24).

Начиная с третьего синхроимпульса СИ (t ) все устройство входит в режим измерений, при этом можно выключить одновибратор блока 15 . и перейти с режима фиксированной блокировки в режим следящей блокиРовки. Время вхождения устройства в режим измерения при стандартной частоте запуска одноименных излучателей

12,5 Гц составляет 80 ° 3 = 240 мс, т.е. примерно 0,3 с. 60 Каналы 11 и 12 цифровой обработки времен t и ty распространения упругих колебаний на каждой из баэ акустического зонда устроены и работают совершенно одинаково, раз 65 личие состоит лишь в подаче сигналов управления с блока 9 синхрониэации так, чтобы канал 11 произво;дил обработку времени 1 распространения сигнала на меньшей базе зонда, а канал 12 — на большей базе зонда.

Контроль эа работой устройства и его настройку на измерение и регистрацию параметров осуществляют по электронному осциллографу с помощью блока 38 зизуального контро-. ля, обеспечивающего синхронизацию осциллографа и формирование необходимых контрольных сигналов.

Регистрация параметров осуществляется следующим образом.

Установку масштабов регистрации временных параметров 1„ и 1 в каждом из каналов осуществляют подключением выходных сигналов блока 13 непосредственно на вход блока 31 оцифровки. Устанавливая с помощью программных переключателей различные значения длительностей импульсов1» и(,», фиксируют необходимые отклонения бликов гальванометров фоторегистратора 39 в каналах 11 и 12, а отклонение бликов гальванометров в канале регистрации интервального времени устанавливают пропорционально разности длительностей импульсов

t»< - й» . Аналогично устанавливают . масштаб регистрации спектральных характеристик °

Установку масштабов регистрации амплитудных сигналов осушествляют от имитаторов акустических сигналов.

Настройку устройства на регистрацию параметров осуществляют при неподвижном приборе в скважине н интервалах с пониженным затуханием акустического сигнала. При этом регулируют уровни прохождения син- хроимпульсов и сигналов, обеспечивая четкое срабатывание схемы синхронизации, регулируют .амплитуду сигнала на выходе фильтра, обеспечивая четкое срабатывание порогового устройства (дискриминатора).

Необходимость такой регулировки вызывается тем, что синхроимпульсы и сигналы со скважинного прибора в наземную панель поступают по каротажйому кабелю, поэтому уровни и характер поступающих в наземную панель синхроимпульсов и сигналов зависят не только от сигналов, вырабатываемых скважинным прибором, но и от электрических характеристик кабеля (сопротивления, емкости, индуктивйости, качества изоляции). В каждом из каналов устанавливают необходимую (Расчетную) и длительность .импульса смещения с (блок 14) и импульса ограничения

22

2. (блок 28) и включают фиксированную блокировку — имитационный одновибратор блока 15. Визуально по электронному осциллографу, устанавливают задние фронты имитационных сигналов на первые вступления выбранных для измерения параметров типов волн, например, поперечных (5) и после вхождения устройства в режим измерения (0,3 с) выключают одновибратор имитацйоннЬro .сигнала блока 13. убедившись, что произошел захват установленных фаз сигналов (импульсы следящей блокировки располагаются перед выбранными фазами), начинают Про- (5 движение прибора по стволу скважи-! ны и регистрацию акустических параметров. Перевод yстройства на регистрацию параметров других типов волн производят. при остановке прибора 20 в скважине, переводе задних фронтов имитационных импульсов на первые вступления этих волн, переводе устройства в автоматический режим прослеживания и регистрации .пара- . метров при движении прибора в скважине.

Оптимальную длительность компенсационных импульсов t< и tgq выбирают такой, чтобы они были примерно на 50 мкс меньше минимально возможного времени t» и t распространения данного типа волн на каждой иэ баз зонда в исследуемом интервале скважины, которые в большинстве случаев можно предварительно рассчитать или определить по имеющемуся фактическому материалу. Величину скомпенсированного сигнала в канале регистрации интервального времени

5t = = с устанавливают из соотно- 40 шенин gt< г - tt, например, если при регистрации параметров поперечных (S) волн на базах зонда 4 и 5 м величина компенсационных сигналов

ting и сКг равна соответственно 1300 45 и 1450 мкс, то величина скомпенсированного сигнала в канале b t сос.тавляет 150 мкс, что также несколько меньше минимально возможного значения интервального времени .А t (порядка 180 мкс).

Предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью для разнообразных типов волн в режиме следящей блокировки регистрировать время распространения акустических сигналов на меньшей (tq ) и большей (tg) базах зонда, а следовательно, и интервальное время b С -t4, частотные спектры принимаемых сигналов, как длительности времени 60 сумьы первых трех или двух периодов выбранных для измерения параметров сигналов, амплитудные параметры сигналов А,, А, (,=0 " /д по известной методике, при этом в блоки амплитудной обработки сигналы подаются с фильтра входного блока 8, а следящие временные окна Х (-- Ò + Т + Tg от блока 24 переноса или Е г = (+Г от блока 23, что является более обоснованным, чем выбор фиксированной длительности селекторных окон в известных устройствах акустического каротажа.

В режиме фиксированной блокировки (одновибратор блока 15 при регистрации остается постоянно включенным, следящая блокировка выключена) регистрируют амплитудные параметры и частотные спектры волн по обсадной колонне и гидроволн, для которых времена tq и постоянны.

Техническое преимущество изобретения прежде всего состоит в его универсальности и комплектяости, так как оно обеспечивает с помощью одного иэ устройств обработки информации и одного иэ регистрирующих устройств с высокой точностью регистрировать разнообразные параметры разных типов волн. Так как каждый иэ типов волн выделяется и регистрируется независимо от других, устройство обладает высокой разрешающей способностью по их выделению с достаточно широким динамическим диапазощ м. Автоматическая регистрация искомых параметров непосредственно на скважине производится со скоростью 800

1200 м/ч. Кроме того, время на получение однотипного материала сокращается в сотни раз, качество материала выше, нет потерь информации из-эа дискретности срабатывания аппаратуры, высокая разрешающая способность обеспечивает возможность расширения (или выбора) комплекса акустических измерений в зависимости от конкретных геологических условий или целенаправленности геофизических работ, своевремен- ность получаемого материала, возможность быстрой оценки его качества и геологической информативности резкое сокращение аппаратурных затрат, а следовательно, и времени на проведение измерений и задержек скважины, более широкие возможности при проведении этих измерений. Все это приведет к сокращению времени и средств при исследованиях скважин и повышению эффективности геологоразведочных и эксплуатационных работе

Уробел дискромииа кЮ уфиции - Ййр)

&ж рпРка ритир. и 9 .

BHHHIIH Заказ 11037/47

Тиразк 71,6, Подписное

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