Устройство для акустического каротажа

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА, содержащее скважинный прибор, состоящий из трехэлементного акустического зонда длиной не менее 3 м, содержащего пре.образователи - два излучателя и приемник, и блока электроники, включающего формирователь, коммутатор, два генератора токовых импульсов и усилитель мощности, выход которого и вход формирователя подключены к геофизическому кабелю, выход формирователя соединен с входом коммутатора к первому и второму выходам последнего подключены генераторы токовых импульсов, выходы которых соединены с излучателями, и соединенный со скважинным прибором геофизическим кабелем наземный пульт, . содержащий блок измерения интервального времени, подключеиньй на выходе блока управления , вход которого соединен с геофизичес сим кабелем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения интервального времени и расширения функциональных возможностей устройства, в скважинном приборе между преобразователями трехэлементного зонда введены дополнительно акустические преобразователи , генератор токовых импульсов , блок синхронизации, три предварительных усилителя, аналоговый мультиплексор, каждый из трех вхо§ дов которого через предварительный усилитель соединен с соответствующим (Л приемником, выход мультиплексора подс ключен к первому входу усилителя мощности, вход управления мультиплексора соединен с третьим выходом коммутатора, четвертый выход послед ,него через третий генератор токовых импульсов подключен к третьему излучателю, вторые выходы каждого . генератора токовых импульсов подклю4 чены к входам блока синхронизации, ч выход которого соединен свторым ю входом усилителя мощности, а наземньм пульт выполнен в виде логического блока, мультиплексора, сумматора , блок вычитания, трех регистров хранения значений интервального времени трехэлементного зонда, компенсационного четырехэлементного зонда и трехэлементной системы компенсационного зонда, расположенной подобно трехэлементному зонду, входы которых через мультиплексор подключены к выходу блока измерения ин

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 0 01 V }/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3595321/18-25 (22) 24.05.83 (46) 07.10.84. Бюл. )"- 37 (72) Д.В.Белоконь, А.Ф Девятов, В.О.Цирульников, В.И.Соболев, A.À.Øèðÿåâ и П.Д.Резник (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических методов исследований, испытаний и контроля нефтегазоразведочных скважин (53) 550.83 (088.8) (56) 1. Ивакин Б,Н., Карус Е.В.

Кузнецов О.Л. Акустические методы исследования скважин. M. "Heppa"

1978, с. 149.

2. Аппаратура низкочастотного акустического каротажа AKH-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации АХБ 431.521.005ТО, Киев. КОЭЗГП, 1981 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА, содержащее скважинный прибор, состоящий из трехэлементного акустического зонда длиной не менее 3 м, содержащего преобразователи — два излучателя и приемник, и блока электроники, включающего формирователь, коммутатор, два генератора токовых импульсов и усилитель мощности, выход которого и вход формирователя подключены к геофизическому кабелю, выход формирователя соединен с входом коммутатора„ к первому и второму выходам последнего подключены генераторы токовых импульсов, выходы которых соединены с излучателями, и соединенный со скважинным прибором геофизическим кабелем наземный пульт; содержащий

У блок измерения интервального времени, подключенный на выходе блока управления, вход которого соединен с геофизическим кабелем, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения т очности и змер ения и нт ервал ьного времени и расширения функциональных возможностей устройства, в скважинном приборе между преобразователями трехэлементного зонда введены дополнительно акустические преобразователи, генератор токовых импульсов, блок синхронизации, три предварительных усилителя, аналоговый мультиплексор, каждый из трех входов которого через предварительный усилитель соединен с соответствующим приемником, выход мультиплексора подключен к первому входу усилителя мощности, вход управления мультиплексора соединен с третьим выходом коммутатора, четвертый выход последнего через третий генератор токовых импульсов подключен к третьему излучателю, вторые выходы каждого генератора токовых импульсов подключены к входам блока синхронизации, выход которого соединен с вторым входом усилителя мощности, а наземный пульт выполнен в виде логического блока, мультиплексора, сумматора, блок вычитания, трех регистров хранения значений интервального времени трехэлементного зонда, компенсационного четырехэлементного зонда и трехэлементной системы компенсационного зонда, расположенной подобно трехэлементному зонду, входы которых через мультиплексор подключены к выходу блока измерения ин1117479 тервального времени, выходы регистров компенсационных зондов соединены с входами блока вычитания, подключенного к одному из входов сумматора, к второму входу которого подключен

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин акустическими методами.

Известна аппаратура акустического каротажа на головных преломленных волнах с дифференциальной трехэлементной измерительной системой скважинного прибора. При этом наибольшее распространение получили акустические зонды длиной 1,5-2 м, при помощи которых осуществляется измерение кинематических параметров продольных волн с требуемой для комплексной интерпретации точностью Ц .

Встречаются породы с радиальными градиентами скоростей в околоскважинном пространстве, при исследовании которых акустическими зондами длиной 1,5-2 м в регистрируемое интервальное время вносится недопустимо большая ошибка.

В последнее время все более широкое применение находит волновой каротаж, при котором регистрируются все типы волн, возникающие при импульсном возбуждении акустических колебаний в скважине.

При этом устойчивое разделение

l типов волн и измерение их кинематических и динамических параметров возможно для всех реально встречаемых размеров скважин только при длине акустических зондов не менее

3 м. Кроме того, использование таких зондов позволяет в породах с радиальными градиентами скоростей получить интервальное время по ненарушенной части массива.

Наиболее близкой по технической сути является серийно выпускаемая аппаратура акустического каротажа

AKH-1 скважинный прибор которой содержит трехэлементный акустический зонд состоящий иэ преобразоватеУ лей - двух излучателей и приемника и регистр трехэлементного зонда, а вход управления мультиплексора соединен с выходом логического блока, подключенного к второму выходу блока управления. блока электроники, содержащего формирователь, коммутатор, два генератора токовых импульсов и усилитель мощности, выход которого и вход

5 формирователя подключены к геофизическому кабелю, выход формирователя соединен с входом коммутатора, к первому и второму выходу последнего подключены генераторы токовых импульсов, выходы которых соединены с излучателями, и соединенный со скважинным прибором гео 1 изическим кабелем наземный пульту содержащий блок измерения интервального време15 ни,,подключенный на выходе блока управления, вход которого соединен с геофизическим кабелем (2j .

В комплект скважинного прибора

AKH-1 входят два зонда большой дли— ны с формулой ПЗ ОИ11.0И2 и

П4,0И11.ОИ2 и зонд П1.5И10.5И2, где П вЂ” электроакустический преобразователь-приемник, И 1, И2 -и злучатели .

Зонды большой длины используют— ся для получения разрешенной волновой картины и данных для сейсморазведки, зонд с длиной 1,5 м предна-. значен для качественной регистрации интервального времени в необсаженных с неградиентными породами. Для получения необходимого объема информации измерения осуществляются за два спуско-подъема (в один— большим зондом, в другой — зондом с длиной 1,S м), что увеличивает время задалживания скважины, растет стоимость работ.

Однако при измерении интервального времени трехэлементными зондами, несмотря на применение центрирующих устройств, иеется погрешна ть, связанная с перекосом приборов в скважине.

Существует способ устранения этой

45 погрешности за счет использования з I встречной системы наблюдений ° Разновидностью такой системы является компенсационный четырехэлементный зонд, представляющий собой наб,ор из двух трехэлементных зондов, и позволяющий в десятки раз уменьшить относительную погрешность измерения интервального времени.

Но использование этой системы в зондах с большой длиной затруднительно, так как в этом случае только зондовая часть скважинного прибора будет иметь длину 5-8 м, что конструктивно трудно выполнить: не будет обеспечена необходимая .жесткость прибора и прочность на излом при спусKо-подъемных операциях, . кроме того, невозможны транспортиров" ,ка в собранном .виде и компенсирование приборами других геофизических методов.

Цел ь и з обретения — повышение точности измерения интервального вр емени при проведении исследований большими зондами (длиной не менее 3 м) и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для акустического каротажа, . содержащее скважинный прибор, состоящий из трехэлементного акустического зонда длиной не менее

3 м, содержащего преобразователи два излучателя и приемник, и блок электроники, включающего формирова-. тель, коммутатор, два генератора, токовых импульсов и усилитель мощности, выход которого и вход формирователя подключены к геофизическому кабелю, выход формирователя соединен с входом коммутатора, к.первому и второму выходам последнего подключены генераторы токовых импульсов, выходы которых соединены с излучатеЛями и соединенный со скважинным" прибором ° геофизическим кабелем наземный пульт, содержащий блок измерения интервального времени, подключенный на выходе блока управления, вход которого соединен с геофизическим кабелем, в скважинном приборе между преобразователями трехэлементного зонда введены дополнительно акустические преобразователи, генератор токовых импульсов, блок синхронизации, три предварительных усилителя, аналоговый мультиплексор, каждый из трех входов которого через предВ ос нову устр ойст ва положен с пособ определения интервального времени при использовании трехэлементного зонда с длиной не менее 3 м, 40 заключающийся в том, что одновременно с ним (за один цикл) производят измерение компенсационным четырехэлементным зондом и вычисляют значение интервального времени в каждой

45 точке измерений с учетом поправки, определяемой по формуле

1 а 1 где С вЂ” значение интервального вре мени, полученного при использовании компенсационного зонда, Ь вЂ” значение интервального вре мени, полученного при из-, мерении трехэлементной системой компенсационного зонда, расположенной подобно трехэлементному.

55

l17479 4 варительный усилитель соединен с соответствующим приемником, выход мультиплексора подключен к первому входу усилителя мощностИ, вход управления мультиплексора соединен .с третьим выходом коммутатора, четвертый выход последнего через третий генератор токовых импульсов подключен к третьему излучателю, вторые выходы каждого из трех генераторов токовых импульсов подключены-к входам блока синхронизации, выход которого соединен с вторым входом усилителя, мощности, а наземный пульт выполнен в виде логического блока, мультиплексора, сумматора, блока вычитания, трех регистров хранения значений интервального времени трехэлементного зонда, компенсационного четырехэлементного зонда и трехэлементной системы компенсационного зонда, расположенный подобно трехэлементному зонду, входы которых через мультиплексор подключены .к

25 выходу блока измерения интервального времени, выходы регистров компенса-. ционных зондов соединены с входами блока вычитания, подключенного к одному из входов сумматора, к второму входу которого подключен регистр трехэлементного зонда, а вход управления мульт иплекс ор а соединен с выходом логического блока подключенного к второму выходу блока управления . чателей 9 и 10 трехэлементного боль-.

moro зонда и излучателей !0 и 11 комНа фиг. 1 приведена блок-схема устройства для акустического каротажа, на фи r . .2 — пример к омпо но вки зонда скважинного прибора.

Устройство состоит из скважикного прибора 1 и наземного пульта 2, соединенных между с.обой геофизическим кабелем 3.

Скважинный прибор 1 содержит формирователь 4, коммутатор 5, генераторы 6-8 токовых импульсов, излучатели 9-11, приемники 12-14, предварительные усилители 15-17, аналоговый мультиплексор 18, блок 19 синхро низации, усилитель 20 мощности.

В состав наземного пульта 2 вхо, дят блок 21 управления, .блок 22 измерения интервального времени, логический блок 23, мультиплексор 24, регистр 25 хранения интервального времени компенсационного зонда, регистр 26 хранения интервального времени трехэлементной системы компенсационного зонда, расположенной подобно трехэлементному зонду, регистр

27 хранения интервального времени трехэлементного зонда, блок 28 вычитания и сумматор 29.

Большой зонд (фиг.?) составляют преобразователи-излучатели 9 (И1) и 10 (И2) и приемник 14 (П3), компенсационный зонд состоит из приемников 12 (П1) и 13 (П ), образующих базу зонда, и излучателей 10 (И ) и 11 (И ), причем приемники 12 (П„) и 13 (П ) и излучатель 11 (И3) представляютт собой трехэлемент ную сис— т ему р ас положенную подобно тр ехэлементному большому зонду.

Формирователь 4 скважинного прибора i предназначен для формирования из напряжения сети питания сигналов запуска в определенной последовательности генераторов 6-8 токовых импульсов. Распределение сигна— лов запуска по каналам управления генераторами 6-8 токовых импульсов и формирование команд управления аналоговым мультиплексором 18 осуществляется коммутатором 5.

Генераторы 6-8 токовых импульсов предназначены для возбуждения излупенсационного зонда.

Аналоговый мультиплексор 18 по управляющим командам с коммутатора

5 осуществляет подключение к входу

f0

f5

30 .35

45 0

55 усилителя 20 мощности каналов приема, образованных приемниками 12 — 14 и соот вет ст вен но предварит елькыми усилителями 15-17.

Преобразование волны давления, поступающей на пьезоэлектрический приемник, в электрический сигнал,. усиление этого сигнала по мощности и передача в линию связи осуществляются в каналах приема, выходным элементом которых является усилитель

20 мощности. Кроме того, по второму входу усилителя 20 с блока 19 синхронизации также передается на наземных пульт 2 код признака канала каждого из зондов.

В блоке 21 управления наземного пульта 2 происходит декодирование кода признака канала и формирование импульсов синхронизации. Логический блок 23 в соответствии с выходными си гнал ами бло ка 21 управления по программе управляет работой блока 22 измерения интервального времени, мультиплексора 24, регистров 25-27, блока 28 вычитания и сумматора 29.

Мультиплексор 24 предназначен для подключения по командам логического блока 23 выхода блока 22 измерения интервального времени к входу одного из регистров 25, 26 или 27.

В регистрах 25-27 хранятся в цифровом коде на время вычислений (один цикл) соответственно значения интервального времени компенсационного зонда L t<,òðåõýëåìåíòíîé системы компенсационного зонда, располо- женной подобно трехэлемектному зонду — gtf и трехэлементного большого зонда th, В блоке 28 вычитания осуществляется вычисление поправки по формуле (1), Сумматор 29 предназначен для по— лучения уточненного значения интервального времени трехэлемектного большого зонда с учетом пдй авки на расцентровку (перекос) зонда в скважине.

Устройство работает циклически.

Один цикл измерений состоит из шести тактов. Например, é и 2-й такт — измерение времени по ближнему и дальнему каналу трехэлементного зонда, вычисление значения интервального времени в данном цикле и его хранение в регистре 27. При этом срабатывают излучатели 10 (И ) 1117479 (2) 30 где g t — значение интервального

3 времени второй (нижней) трехэлементной системы компенсационного зонда.

Текущее значение интервального 35 времени 5t< записывается через мультиплексор 24 в регистр 25 после чего осуществляется вычисление поправки 5 в блоке 28 вычитания и выдача на регистрирующий канал 40 пульта с выхода сумматора 29 уточненного значения интервального времени большого зонда.

Начинается другой цикл вычисле45 ний и т.д.

Рассмотрим работу устройства на примере 1-ro и 2-ro такта вычислений.

При подаче питания на скважинный прибор 1 в установившемся режиме в формирователе 4 вырабатываются с при. 50 вязкой к нулю питающего переменного напряжения сети последовательно через 20 мс управляющие сигналы, которые поступают на вход коммутатора 5.

Коммутатор 5 выполнен < таким образом, что при работе трехэлементного большого зонда (И1, И2, П3) импульсом с второго выхода коммутатора и 9 (H1), а прием ведется на приемник 14 (П ) (фиг.2) .

3-й и 4-й такт — измерение времени по ближнему и дальнему каналам трехэлементной системы компенсацион- 5 ного зонда, расположенной подюбно большому трехэлементному зонду (И"1, П>, П ) .

При измерении времени распространения упругих волн по ближнему каналу включен приемник 13 (П2), по дальнему — 12 (П1). Излучатель

11 (И ) при этом срабатывает дважды.

Результат измерений †.текущее значение интервального времени д — 15

1 переписывается в регистр 26 и одновременно остается в запоминающем устройстве блока 22 измерения интервального времени.

5-й и 6-й такт — измерение време- 20 ни по ближнему и дальнему каналу второй трехэлементной системы компенсационного зонда (И2, П1, П2) и вычисление в блоке 22 текущего значения интервального времени компенсационного четырехэлементного зонда по формуле

+ д з

ЕК= 2

5 запускается генератор 7 токовых импульсов. Происходит возбуждение излучателя 10.

Одновременно с третьего выхода коммутатора 5 на аналоговый мультиплексор 8 поступает сигнал разрушения прохождения с приемника 14 (П ) на вход усилителя 20 мощности информационного сигнала.

При этом каналы приемников 11 и

12 отключены.

По командам с генератора 7 токовых импульсов в блоке 19 синхронизации формируется времяимпульсный код признака передаваемого канала, несущий также информацию о моменте возбуждения излучателя 10, который через усилитель 20 мощности передается по линии связи на наземный пульт 2. Через время 11 (зависящее от длины зонда и характеристик исследуемых пород) на вход усилителя 20 мощности с приемника 14 поступает через предварительный усилитель

17 информационный сигнал ближнего канала. После усиления по мощности этот сигнал передается по линии связи (кабель) на наземный пульт 2.

В блоке 21 управления наземного пульта 2 происходит выделение из времяимпульеного кода признака канаI ла импульса момента возбуждения и фиксация прихода первых вступлений; продольных волн, после чего из них формируются импульсы синхронизации, которые поступают на блок 22 измерения интервального времени и логический блок 23.

В блоке 22 по импульсам синхронизации осуществляется измерение времени t прохождения продольных волн от излучателя 10 (И2) до приемника

14 (П ).

В следующем такте происходит измерение времени прохождения волн по дальнейшему каналу большого зонда

При этом к входу усилителя 20 мощности скважинного прибора 1 остается подключенным канал приемника

14, а генератором 6 токовых импульсов возбуждается излучатель 9 дальнего канала трехэлементного боль. шого зонда. Блоком 19 синхронизации формируются времяимпульсный код признака этого канала.

В блоке 21 управления пульта 2 так же, как и в предыдущем случае,.

1117479 осуществляется из йремяимпульс ного кода выделение признака канала и момента возбуждения излучателя 9 скважннного прибора 1.

Сформированные при этом импульсы синхронизации поступают на блок 22 для измере. ия времени и вычисления интервального времейи по формуле — (3)

После окончания вычисления интервального времени Lt2 логический блок 23 дает разрешение на прохождение информации в виде цифрового кода с выхода блока 22 измерения интер— вального времени на регистр 27.

Вычисленное значение интервального времени h,t2 с выхода блока 22 переписывается на регистр 27.

Аналогично происходит измерение интервального времени g tI трехэлементной системы компенсационного четырехэлементного зонда, расположенной подобно большому зонду— (приемники 13 (II2), 12 (П,1) и излучатель 11 (И ). Только при этом возбуждается излучатель 11 скважинного прибора 1, а поочередно через

20 мс подключаются к входу усилителя 20 мощности каналы приемников 13 и 12. Кроме того, в блоке 19 синхронизации уже формируется код признака ближнего и дальнего канала этой трехэлементной системы компенсационного четырехэлементного зонда.

При измерении интервального.времени gt второй трехэлементной систе1 мы компенсационного зонда (И2, II

П ) дважды ч ер е з 20 мс срабатывает излучатель 10 скважинного прибора 1, переключаются каналы приемников 12

5 и 13 и формируется в блоке 19 синхронизации времяимпульсный код признака ближнего и дальнего каналов этой сист:емы.

Процесс измерения значений интервального времени трехэлементных систем компенсационного зонда и д t3, а также вычисление зна— чения интервального времени компечсационного четырехэлементного зонда и поправки соответственно

Y. по формулам (2) и -(1) уже описан ранее.

Работа устройства в следующих циклах измерений аналогична вышеописанной. Использование конструктивно встроенного в трехэлементный большой зонд компенсационного четырехэлемент. ного зонда позволяет создать устрой г ство акустического каротажа, в котой ром сочетаются преимущества больших и малых акустических зондов, т.е. за один спуско †подъ осуществляют"ся запись полного акустического сиг-.

ЗО нала с хорошим разреШением по типам волн, измерение интервального времени трехэлементным большим зондом с учетом поправки на перекос прибора в скважине, а также измерение с повышенной точностью интервального времени компенсационным зондом малой длины.

1 l 17479

flZ Il1

l13 И3

И1

1Ч 1.1

13 12

Фиг.2

Составитель Н.Журавлева

Техред А.Кикемеэей Корректор О.Тигор

Редактор Е.Папп

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

Заказ 7186/25 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5