Устройство для импедансного акустического каротажа

 

Изобретение относится к устройствам акустического.каротажа скважин и предназначено для использования в геофизических исследованиях. Целью изобретения является повьшзение чувствительности ,и точностиjизмерений импеданса горных пород путем повышения добротности зонда и снижения его рабочей частоты. Цель достигается тем, что зонд снабжен высокодобротным вибратором продольных колебаний в виде стержня.Вибратор коаксиально размещен в защитной цилиндрической оболочке и механически связан с последней при помощи дискового акустического трансформатора. Акустическич трансформатор преобразует продольные механические направжения стержневого вибратора в радиальные колебания защитной цилиндрической оболочки с последующим переизлучением их в окружающую среду. Использование кодобротного вибратора снижает импеданс собственных потерь и повышает чувствительность импедансных измерений . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

SU» 1405002 А1 (50 4 G 01 V 1/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA СЕ(» --, „

t с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4105220/31-25 (22) 19.05.86 (46) 23.06.88, Бюл. М 23 (71) Институт геофизики им,С.И.Субботина и Всесоюзный науЧно-исследовательский институт ядерной геофизики и геохимии (72) В.М,Гуцалюк, В.Н.Крутин, А.П.Осадчий и О.В,Мазлин (53) 550.83(088.8) (56) Патент США II 3883841, кл. 340-15.5А, опублик. 1975.

Патент США У 2868311, кл.181-59 опублик.1959. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПЕДАНСНОГО

АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА (57) Изобретение относится к устройствам акустического.каротажа скважин и предназначено для использования в геофизических исследованиях. Целью

Изобретения является повьппение чувст" вительно сти, и точности измерений импеданса горных пород путем повышения добротности зонда и снижения его рабочей частоты. Цель достигается тем, что зонд снабжен высокодобротным вибратором продольных колебаний в виде стержня. Вибратор коаксиально размещен в защитной цилиндрической оболочке и механически связан с последней при помощи дискового акустического трансформатора. Акустический трансформатор преобразует,продольные механические направжения стержневого вибратора в радиальные колебания защитной цилиндрической оболочки с последующим переизлучением их в окружающую среду, Использование высокодобротного вибратора снижает импеданс собственных потерь и повышает чувствительность импедансных измерений. 3 ил.

1405002

Изобретение относится к устройствам акустического каротажа скважин и предназначено для использования в геофизических исследованиях.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений импеданса горных пород путем повышения добротности зонда и снижения его рабочей частоты. 10

На фиг. 1 схематически показано предлагаемое устройство; на фиг.2— блок-схема реализации блока возбуждения и преобразования колебаний; на фиг.3 — блок-схема второй реализации 15 укаэанного блока.

Устройство состоит (фиг.l) из скважинного акустического зонда 1, возбуждающего преобразователя 2, приемного преобразователя 3, цилиндричес- 20 кой оболочки 4, высокодобротного вибратора 5 продольных колебаний,дискового акустического трансформатора б, акустических ловушек 7, блока 8 возбуждения и преобразования, .центрирую- 25 щего устройства 9, каротажного кабеля 10 и наземной контрольно-регистрирующей панели 11.

На фиг.2 приведен первый вариант выполнения блока 8 возбуждения и пре- 30 образования колебаний. Блок 8 содержит предварительный усилитель 12, фазовый корректор 13, фильтр 14, управляемый усилитель 15, выходной усилитель 16, измерительный преобразователь 17 амплитуды и частоты выходного сигнала, линейный усилитель 18, детектор 19, сравнивающее устройство 20, источник 21 опорного сигнала.

На фиг.З приведен второй вариант выполнения блока 8 возбуждения и пре" образования колебаний, который содержит генератор 22 импульсов, фильтр 23, измерительный преобразователь 24 собственной частоты и логарифмического декремента затухания колебаний, В первом варианте выполнения блока 8 возбуждения и преобразования колебаний приемный преобразователь 3 и возбуждающий преобразователь 2 включен в кольцо самовозбуждения, состоящее из предваригельного усилителя 12, фазового корректора 13,фильтра 14, управляемого усилителя 15 и

55 выходного усилителя 16, Кроме того, приемный преобразователь 3 подклю-чен через линейный усилитель 18 и детектор 19 к одному иэ входов сравнивающего устройства 20, к второму входу которого подключен источник 21 сигнала. Выход сравнивающего устройства подключен к управляющему входу управляемого усилителя 15.

Устройство при первом варианте выполнения блока возбуждения и регистрации колебаний работает следующим образом, Высокодобротный вибратор 5 продольных колебаний, включенный посредством возбуждающего 2 и приемного,З преобразователей в кольцо самовозбуждения, совершает гармонические авто; колебания на одной иэ резонансных частот продольных колебаний, которая выбирается фильтром 14.

Соблюдение баланса фаэ в кольце самовозбуждения устанавливается фаэовым корректором 13. Для устранения погрешности, обусловленной нестабильностью коэффициента усиления в кольце самовозбуждения, введена автоматическая стабилизация амплитуды автоколебаний, задаваемая источником 21 опорного сигнала. При отклонении амплитуды автоколебаний от заданной появляется сигнал рассогласования на выходе сравнивающего устройства 20, который астатически регулирует коэффициент усиления управляемого усилителя 15.

Таким образом, при постоянной амплитуде резонансных автоколебаний высокодобротного вибратора 5 продольных колебаний амплитуда возбуждения на возбуждающем преобразователе 2 пропорциональна механическому импедансу высокодобротного вибратора 5 продольных колебаний, который на частоте резонанса часто активен и равен сумме импеданса потерь Z и импеданса излучения Z упругих волн цилиндрической оболочкой 4, Это излучение происходит благодаря тому, что при колебаниях стержня возникающие механические напряжения сжатия дисковым акустическим трансформатором 6 превращаются в радиальные колебания оболочки 4, излучающей, в свою очередь, через промывочную жидкость упругие волны в окружающую скважину среду, Импеданс излучения Z обусловлен отводом упругих волн от поверхности оболочки 4, Чем выше исходная добротность стержня, тем меньше собственный импеданс потерь 7, а следовательно, и выше чувствитель1405002

30

50

55 ность системы, поэтому стержень изготавливается .из высодобротного материала, например из дюралюминия, Из объема, ограниченного оболочкой 4, для этой же цели откачивается воздух, Для уменьшения отвода колебательной энергии по корпусу зонд 1 снабжается акустическими ловушками 7, которые представляют собой комбинацию фланцев и проточек, размещенных на краях корпуса зонда. Цилиндрическая оболочка 4 для уменьшения потерь энергии также изготовлена из .высокодобротного материала.

Снижение собственного импеданса потерь Z, колебательной системы повышает чувствительность импедансных измерений. Практически удалось достичь добротности стержня порядка 6000, что во столько же раз увеличивает чув ствительность измерений, Это дает возможность снизить частоту колебаний и несмотря на уменьшение импеданса излучения Z упругих волн в массив горных пород со снижением частоты обеспечить приемлемую чувствительность измерений.

Снижение частоты конструктивно осуществляется удлинением высокодобротного вибратора 5 продольных колеба ний, что может быть осуществлено без осложняющих обстоятельств, так как его длина не лимитируется, Разрешающая способность измерений по глубине при удлинении стержня не ухудшается, так как она определяется длиной излучающей поверхности оболочки 4, которая не связана с длиной стержня, Снижение частоты приводит к увеличению глубины исследований по радиусу и к уменьшению влияния перекосов .скважинного акустического зонда,его смещений от оси скважины и неровностей ее стенок. Это повышает точность измерения импеданса горных пород, Во втором варианте исполнения блока 8 генератор 22 импульсов возбуждает затухающие колебания высокодобротного вибратора 5 продольных колебаний. Измерительный преобразователь 24 собственной частоты и логарифмического декремента затухания колебаний, подключенный через фильтр 23, осуществляет преобразование процесса колебаний в сигналы, соответствующие собственной частоте и логарифмическому декременту затухания колебаний, которые передаются по каротажному кабелю 10 в наземную контрольно-регистрирующую панель .11.

Фильтр 23 обеспечивает выделение затухающих колебаний лишь одной собственной моды высокодобротного вибратора 5 продольных колебаний.

Логарифмический декремент d затуха» ния колебаний связан с добротностью

Q вибратора 5 зависимостью

II

Я

Добротность Q обратно пропорциональна импедансу (Х +Е), поэтому регистрация логарифмического декремента затухания колебаний позволяет также измерить импеданс горных пород.

Первый вариант измерения импеданса более предпочтительный, так как второй, учитывая высокую добротность резонатора, требует значительное время на установление колебаний и, следовательно, меньшую скорость проведения каротажа.

Положительный эффект изобретения заключается в повышении чувствительности и точности измерения импеданса горных пород, Формула изобретения

Устройство для импедансного акустического каротажа, содержащее скважинный акустический зонд, состоящий из возбуждающего и приемного преобразователей, помещенных в цилиндрическую оболочку и подключенных к блоку возбуждения и преобразования колеба ний, наземную контрольно-регистрирующую панель, подключенную через каротажный кабель к блоку возбуждения и преобразования колебаний о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с цельЮ повышения чувствительности и точности измерений импеданса горных пород путем повышения добротности зонда и снижения его рабочей частоты, зонд снабжен высокодобротным вибратором продольных колебаний в виде стержня, коаксиально размещенного в цилиндрической оболочке, причем середина стержня механически связана с цилиндрической оболочкой дисковым акустическим трансформатором.

1405002

4tka.f

Редактор В.Бугренкова

Заказ 3101/51

Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 . 1

У и

Составитель Н.Гусева

Техред А.Кравчук Корректор О.Кравцова