Акустический профилемер подземных полостей, заполненных жидкостью

 

Использование: в области акустических исследований полостей при изучении подземных хранилищ, заполненных водой, рассолами , нефтью и другими жидкостями. Сущность изобретения: Скважинный зонд профилемера содержит схемные устройства , формирующие для передачи в наземную регистрирующую аппаратуру цуг напряжений типа меандр, число перепадов которого соответствует расстоянию от сканирующего излучателя до отражающей стенки полости, в масштабе базы крлибратора, а его длительность - времени пробега ультразвуковым импульсом указанного расстояния . На зонде укреплен калибратор, расстояние между излучателем и приемником которого можно подтралевать с помощью микрометронной гайки-фиксатора. Помехоустойчивость устройства повышена за счет применения полосового фильтра s наземной аппаратуре и понижения частоты информационного сигнала, передаваемого по кабелю. 1 з.п. ф-лы,.4 ил, ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ Ч ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 V 1/40

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4745644/25 (22) 03.10,89 (46) 07.01,93. Бюл. ¹ 1 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Института геофизики имени

С,И.Субботина (72) В,М.Гуцалюк, В.А.Сакун, В.Ф,Кролик и

Н.Н.Пекарь (56) Авторское свидетельство СССР

N 317782, кл. G 01 V 1/40, 1972;

Авторское свидетельство СССР

¹172507,,кл,,G 01 V1/40,,1965. (54) АКУСТИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЕМЕР ПОДЗЕМНЫХ ПОЛОСТЕЙ, ЗАПОЛНЕННЫХ

ЖИДКОСТЬЮ (57) Использование: в области акустических исследований полостей при изучении подземных хранилищ, заполненных водой, рассолами, нефтью и другими жидкостями.

Предлагаемое изобретение относится к области акустических исследований подземных полостей, в частности для исследования подземных хранилищ, заполненных водой, рассолами, нефтью, нефтепродуктами, сжиженными газами и другими жидкостями на этапах их строительства и эксплуатации.

Известные устройства для акустических измерений дальности в воде эхо-методом основаны на определении интервального времени ти распространения упругих колебаний между моментами излучения и npinема ультразвукового импульса. По известной скорости распространения ультразвуковых колебаний в среде Ч, рассчитывают расстояние L от излучателя до

„„5M 1786458 А1

Сущность изобретения: Скважинный зонд профилемера содержит схемные устройства, формирующие для передачи в наземную регистрирующую аппаратуру цуг напряжений типа "меандр", число перепадов которого соответствует расстоянию от сканирующего излучателя до отражающей стенки полости, в масштабе базы колибратора, а его длительность — времени пробега ультразвуковым импульсом указанного расстояния. На зонде укреплен калибратор, расстояние между излучателем и приемником которого можно подтралевать с помощью микрометронной гайки-фиксатора, Помехоустойчивость устройства повышена за счет применения полосового фильтра s наземной аппаратуре и понижения частоты информационного сигнала, передаваемого по кабелю. 1 з.п. ф-лы,.4 ил, отражающей стенки, При этом используется зависимость

L = 1/2V t

Коэффициент 1/2 учитывает пробе ультразвуковым импульсом двойного рас стояния. Путем последовательного скани

poB3HMfl в Горизонтальной плоскости дискретного смещения точки наблюдения по глубине получают набор сечений, по которым определяют форму и объем контролируемой полости.

Погрешность получаемых результатов зависит от точки определения L, а следовательно от ошибок, допускаемых при измерении t и взятого значения V, которое, в общем случае, отличается от реального (ис1 186458

20 тинного), Если измерение временного инервала t< с высокой точностью, при использовании современных технических средств, осуществить достаточно легко, то выбрать значение скорости ультразвуковых колебаний в жидкости, с приемлемой точностью не представляется возможным. Скорость ультразвуковых колебаний в жидкости зависит от целого ряда факторов, включая температуру, давление и плотность среды. По этой причине в указанных устройствах скорость ультразвука в жидкости, заполняющей полость определяется nQ времени tg прохождения ультразвуковым импульсом фиксированного расстояния 1к между двумя акустическими преобразователями (или отражателями), При этом скорость ультразвуковых колебаний в жидкости, заполняющей полость определяется из соотношения

4 полости производится ее измерение (режим

"калибровка"), Для чего измеряют время пробега колебаний на фиксированном (калиброванном) расстоянии, По положению отметки от калибратора относительно масштабных колец, которые создаются путем подсвечивания масштабных меток времени производится коррекция развертки по длительности. По такой схеме выполнен ряд устройств аналогичного назначения, Так например, известен скважинный гидролокатор, содержащий скважинный снаряд с калибровочным устройством, опускаемый на каротажном кабеле, наземную аппаратуру сусилителями импульсов, блоком развертки дальности и индикатор кругового обзора на электронно-лучевой трубке с регистратором.

В качестве прототипа заявляемого устройства выбран скважинный геолокатор для

V=

1к (2) Подставив полученное значение в. (1), находим

/2 к и t K (3) Указанный алгоритм решения задачи определения расстояния до отражающей стенки исследуемой полости используется в известных устройствах, предназначенных для этой цели, Импульсное зондирование стенок осуществляется путем излучения и приема отраженных от стенок ультразвуковых сигналов электроакустическим преобразователем, находящимся в скважин ном зонде, Здесь же находится блок азимутал ьной и ривязки и ряд других вспомогательных устройств, Регистрация отраженных сигналов производится путем фотографирования с экрана электронно-лучевой трубки (индикатора кругового обзора), находящейся. в наземной части аппаратуры, Многократные измерения временных интервалов путем сканирования ультразвуковым лучом в горизонтальном сечении позволяют определить полную конфигурацию полости на глубине расположения акустического преобразователя скважинного прибора, Последовательная фиксация размеров горизонтальных сечений на различных глубинах позволяет оценить форму и определить объем полости.

Так как скорость распространения ультразвуковых колебаний на разных горизонтах йепОстоянна,""то. в каждом сечении определения конфигурации подземных кагистратор и самописец с дисковой диаграммой, и скважинный снаряд, опускаемый на каротажном кабеле и включающий блок уплотнения, блок преобразования, блок управления, генератор ультразвуковых колебаний, коммутационное устройство, усилители, при этом в скважинном снаряде электроакустический преобразователь закреплен неподвижно относительно корпуса, а круговой обзор осуществлен с помощью наклонного вращающегося отражателя, связанйого через многозубцовую

35 магнитную муфту с двигателем обзора, на оси которого размещен чувствительный Элемент системы азимутальной привязки, при40 нимающий через дифференциал направление вращения отражателя и передающий сигнал рассогласования на слФдящую систему, Кроме того скважинйый

45 снаряд снабжен калибровочным устройством, включающим, например, акустически полупрозрачный отражатель, располом енный на фиксированном расстоянии под дном снаряда, и систему поворота отра жа50 теля s момент калибровки, Указанное устройство обладает следующими недостатками; а) В известном устройстве производится формйрование и передача на повбрх55 ность временного интервала t< в вйде прямоугольного импульса длительностью порядка 60 мксек. Изменение фронтов этого импульса вызванное наложением шумов при передаче его по каротажному кабелк на поверхность, в процессе измерения (при исмер, содержащий наземную регистрирующую аппаратуру, включающую усилители импульсов, индикатор обзора, блок развер25 тки дальности и записи масштаба, фоторе1786458

50 пользовании порогового устройства) приводит к погрешности, значение которой может достичь нескольких микросекунд, Аналогичная величина погрешности может быть обусловлена и изменением индуктивности кабеля при его размотке с барабана подъемника; б) Погрешность измерения ск полностью входит в погрешность измерения дальности за счет операции деления t /tK, при этом следует отметить, что в большинстве случаев t, » т,. То же самое происходит и при калибровке развертки когда по малому интервалу tK устанавливается развертка с длительностью значительно большей, чем эта величина; в) при измерении скорости ультразвуковых колебаний в жидкости, заполняющей полость, требуется повторная калибровка масштабной сетки блока разверки. Так как этот момент не известен, то необходимо производить калибровку в каждом цикле измерения (в каждом сечении). Это увеличивает общее время получения профилограмм, усложняет работу оператора и может привести к ошибкам; г) Недостаточная точность известных устройств при определении скорости ультразвуковых импульсов в жидкости, значительно усложняет задачу определения горизонта раздела двух жидких сред в исследуемой полости и требует в большинстве случаев использования. вычислительной техники; д) В известном устройстве используется калибратор с фиксированным расстоянием между акустическим преобразователем и отражающей площадкой. В процессе эксплуатации может произойти изменение этого расстояния, что приведет к появлению систематической, трудно обнаруживаемой ошибки. Недостаточно и метрологическое обеспечение при эталонировке — проверяется интервал времени прохождения ультразвуковым импульсом фиксированного калиброванного расстояния. Так как вре- 45 менной интервал одиночный и короткий, то его измерение с высокой точностью требует дорогостоящей аппаратуры и высокой квалификации оператора. Возникающая при этом погрешность войдет в последующее измерение дальности. Можно проводить эталонировку путем использования соосно расположенных труб разного диаметра, одна из которых внутренняя, короче внешней.

Поверхность трубы меньшего диаметра им- 55 митирует размер исследуемой скважины, а большего диаметра — стенку каверны, при этом возникают трудности для каждого номинального размера скважины необходимо отдельное эталон ирово4ное устройство, Линейные размеры скважины эталонировочного устройства должны быть выдержаны с высокой точностью, аналогичные требования предъявляются и к центрированию скважинного прибора в процессе эталонировки. Расцентровка, нарушение соосности или цилиндричности труб приводят к систематическим ошибкам при проведении измерений.

Указанные недостатки метрологического обеспечения известных устройств затрудняют получение сопоставимых результатов при разных условиях исследований и использования разных образцов и отдельных экземпляров аппаратуры; е) Техническая сложность указанных устройств; ж) Трудоемкость обработки данных, затрудняющая получение экспресс-информации.

-Цель изобретения — повышение точности, оперативности и упрощения устройст-. ва. Для достижения указанных целей электронная схема известного скважинного зонда дополнительно содержит: первый и второй формирователи, триггер разрешения, схему окна разрешения, схему задержки, ждущего мультивибратора, схему окна управления, триггер-делитель, схему "И", при этом акустический преобразователь подключен на вход усилителя отражейных сигналов, а выход последнего соединен со входом первого формирователя, выход первого формирователя через схему окна управления подключен на установочный вход триггера разрешения, акустический приемник калибратора соединен со входом усилителя сигналов калибратора, выход последнего подключен на вход второго формирователя, выход второго формирователя через схему окна разрешения соединен с блоком возбуждения излучателя калибратора, а выход последнего подключен к акустическому излучателю калибратора, одновременно выход второго формирователя соединен с управляющим входом триггера-делителя, прямой выход триггера-делителя подключен на вход второго блока уплотнения, вход ждущего мультивибратора соединен с блоком управления, а выход с управляющим входом схемы окна управления, прямой выход триггера разрешения подключен на управляющий вход схемы окна разрешения, а его инверсный выход подключен на один из входов схемы "И", второй вход которой соединен с инверсным выходом триггера-делителя, выход схемы "И" подключен на управляющий вход триггера-делителя, установочный вход которого соединен с

1786458

7 8 блоком управления, вход схемы задержки сигналов, схема задержки 5, триггер paspeтакже соединен с блоком управления, а вы- шения 6; блок возбуждения 7 зондирующего ход схемы задержки одновременно подклю- сигнала, схема "И" 8, схема окна разрешечен на управляющие входы ния 9, блок возбуждения 10 излучателя катриггйра-делителя и триггера разрешения, либратора, триггер-делитель 11, второй на входы блока возбуждения излучателя ка- 5 формирователь 12, усилитель 13 сигналов либратора и блока возбуждения зондирую- калибратора, блок управления 14, калибращего сигнала, выход последнего соединен с тор 15, акустический излучатель 16 калибраакустическим преобразователем. тора, акустический приемник 17

С целью повышения помехоустойчиво- калибратора, акустический преобразЬвасти наземная регистрирующая аппаратура 10 тель 18, вращающийся отражатель 19, атодополнительно содержит фильтр,.третий и рой блок уплотнения 20, датчик угла 21, четвертый формирователи, счетчики даль- устройство сканирования 22 и привязки к ности и времени с индикаторами,.второе магнитному меридиану.. окно разрешения, эталонный генератор, . Акустический преобразователь 18 подпри этом вход фильтра подключен к выходу 15 ключен на вход усилителя 4 отраженных 6игусилителя, а выход фильтра одновременно налов, а выход последнего соединен со соединен с входами третьего и четвертого входом первого формирователя 3, выход формирователей, выход третьего формиро- первого формирователя 3 через схему окна вателя подключен на вход счетчика дально- управления 2 подключен на установочНый сти с индикатором, выход четвертого 20 вход триггера разрешения 6, Акустический формирователя соединен с управляю@им приемник 17 калибратора соединен со вховходом второго окна разрешения и одно- домусилителя 13 сигналов калибратора, вывременно с блоком развертки дальности и ход последнего подключен на вход второго масштабных меток и с индикатором круго- формирователя 12. Выход второго формирового обзора, .эталонный гейератор через. 25 вателя 12 через схему окна разрешенная 9 второеокноразрешения подключен на вход соединен с блоком 10 возбуждения излучасчетчика времени с индикатором.. теля калибратора, а выход последнего г1одС целью упрощения эталонировки,"аку- :: ключен к акустическому излучателю 16 . стический приемник калибратора закреп-, калибратора, Выход второго формирователен на дйсковом основании соединяемь1м с 30 ля 12 одновременно соединен с управляю.. защитным кожухом микрометрической щим входом триггера- делителя 11. Прямой резьбой, а сам диск удерживается фикСато-, . выход триггера-делителя 11 подключен на ром выполненным в виде цилиндрической. вход второго: блока уплотнения 20. Вход гайки. .: - -: ; .: . : .- "::.". ждущего. мультивибратора 1, соединен с

Проведенные патентные исследования 35 блоком управления 14, а выход с управляю и анализ технических решений позволяют щим входом схемы окна управления 2. Прясделать вывод, что совокупность существен- мой выход — три rrера разрешения 6, Hblx признаков заявляемого устройства яв- " подклачен на управляющий вход схемы .окляется новой...:. . ..;. ":.::,:,-:. . - на разрешения 9, а его инверсный выход

Указанные отличия являются суЩест- 40 подключен на один из входов схемы "И 8, венными, поскольку они вместе с известны-, второй вход которой соединен с инверсным ми, составляют новую совокупность выходом трйггера-делителя 11. Biixop dxeпризнаков, обеспечивающих при использо- мы "И* 8, подключен на упМвляющий вход вании изобретения .Достижейие "положи- триггера -делителя 11; вход схемы задержки тельйогi) эффекта. : 45 5 соединен с блоком управления 14, а . ее

На фиг.1 приведена структурная схема выход одйовремейно через замкнутые кон:и редложен ного устройства скважинного такты "а", "б" подключен на управляющие зонда; на фиг,2 прмведейа" структурная схе- входы триггера-делителя 11-и триггера рвзма предложенйого устройства наземной ре- решения, а также на входы блока возбуждегистрйрующей аппаратуры; на фиг.3 50 ния излучателя калибратора 10 и бл ка . приведены эпюры напряжений электрон- возбуждения зонДирующего сигнала 7. Цыной схемы а) скважинного зонда; б) назем- . ход блока возбужденйя зондирующего сИгной регистрирующей аппаратуры; на фиг.4 нала 7 соединен с акустическим схематически показана конструкция узла преобразователем t8. Установочный вход калибратора с регулируемым расстоянием 55 триггера-делителя 11, подключен кблокуупмежду:преобразователями. .: .. - -: равления 14. Устройство сканирования 2 и

На фиг.1 показаны, ждущий мультивиб-. привязки к магнитному меридиану, соедиратор 1, Схема окна управления 2, первый нено с врйщающимся отражателем 19 и с формирователь 3, усилитель 4 отраженных датчиком угла 21. Датчик угла 21 соединен

1786458

10

N 1y, V N !к

2Ч 2 (4) и. д- 15 Искомое расстояние от сканирующего прего образователя до стенки исследуемой полои- сти равно чйслу пробегов ультразвуковым ой импульсом фиксированйого расстояния и- между двумя преобразователями деленноа 20 му на два. Операция деления импульсной ен последовательности легко осуществляется при помощи делителя на два. Полученные ь- после деления сигнальг типа "меандр" подку аются по кабелю на поверхность в устройстка 25 во йзмерения дальности и времени. При о- . помощй счетчика подсчитывается число пес- репадов этого напряжения и пбмученная го сумма в масштабе 4 равна искомой дальною- сти L. Одновременно этот же сигнал использ- 30 зуется для формирования временного ти промежутка, который, как уже отмечалось; с у- небольшой погрешностью равен t». Числене- ное значение его длительности ойределяетор ся при помощи аналогичного счетчика, на

32 35 который подаются в течении указанного и- времени стандартные импульсы от эталоно- ного генератора. Так как необходимо опрепи делить время прохождейия сигнала от ки сканирующего излучателя до стенки равное е- 40 t,/2, то частоту стандартных импульсов с

6, периодом Т перед подачей на счетчик делят у- на два. Суммарное число стандартных импульсов; зарегистрированное счетчиком, до численно равное времени tg/2 в масштабе е- 45 времени Т. Очевидно, можно взять частоту а- стандартных сигналов в два раза ниже и у получить тот же результат, у- Эксплуатация предложенного устройсто- ва происходит следующим образом, Скважду 50 жинный зонд:-.- подсоединяется к я каротажному кабелю и опускается в скважия ну на требуемую глубину. Включается питаа- ние. Импульсы синхронизации от блока о- управления 14 подаются: на установочный

55 вход триггера-делителя.11, на вход схемы задержки 5, на вход ждущего мультивибратора 1 и второй блок уплотнения 20. Задержанный импульс с выхода схемы задержки

5, через замкнугые клеммы "а" и "б" подаетсо вторым блоком уплотнения 20, К последнему подключен и блок управления 14. К выходу второго блока уплотнения 20 подключен каротажный кабель.

На фиг.2 показаны: первый блок уплотнения 23, усилитель 24, фильтр 25, третий формирователь 26, четвертый формирователь 27, счетчик дальности 28, счетчик времени 29, индикатор 30 счетчика дальности, индикатор 31 счетчика времени, второе окно разрешения 32, эталонный генератор 33, блок развертки 34 дальности и масштабных меток, индикатор 35 кругового обзора, следящая система 36 азимутальной привязк

На вход первого блока уплотнения 23 по ключен каротажный кабель, а выход перво блока уплотнения 23, одновременно соед нен со следящей системой азимутальн привязки 36 и с усилителем 24, Выход ус лителя 24 подключен на вход фильтра 25, выход последнего одновременно соедин со входами третьего формирователя 26 четвертого формирователя 27. Выход трет его формирователя 26 подключен к счетчи дальности 28 с индикатором 30 счетчи дальности. Выход счетчика дальности 28 с единен с блоком развертки дальности и ма штабных меток 34. Выход четверто формирователя 27 одновременно подкл чен на управляющий вход второго окна ра решения 32, на блок развертки 34дальнос и масштабных меток, на индикатор 35 кр гового обзора, На вход второго окна разр шения 32 подключен эталонный генерат

33, а выход второго окна разрешения соединен со счетчиком времени 29; с инд катаром 31 счетчика времени. Выход перв

ro блока уплотнения 23 подключен к це обнуления счетчиков, к блоку разверт дальности и масштабных меток 34 и к сл дящей системе азимутальной привязки 3 последняя соединяется с индикатором кр гового обзора 35.

Алгоритм определения расстояния стенки полости и значения скорости проб га ультразвукового импульса в жидкости, з ложенный в функциональную схем устройства заключается в следующем. Ос ществляется формирование импульсной и следовательности сигналов интервал ме которыми равен времени t< прохождени ультразвуком фиксированного расстояни

iK между двумя преобразователями, уст новленными в жидкости, заполняющей и лость:

Так как начало цикла импульсной последовательности совпадает с моментом посылки зондирующего сигнала, а конец с приходом отраженного от стенки полости сигнала, то в течение этого времени сформируется N интервалов tK. Следовательно и

N lx

= Ь с точностью до одного интерV вала tK. Подставив полученное зна ение t < в ранее приведенное выражение (1), находим

1786458

12 ся на управляющий вход триггера-делителя

11 и опрокидывает его, тем самым формируя первый положительный перепад на его выходе, задержанный импульс одновременно подается в блок возбуждения 7 зондирующего сигнала и запускает его. Происходит посылка зондирующего импульса в исследу. емую полость. Одновременно стандартный импульс с выхода схемы задержки 5 подается в блок возбуждения 10 излучателя калибратора и вызывает его срабатывание.

Акустический излучатель 16 калибратора возбуждает ультразвуковой импульс, распространяющийся в камере калибратора 15; при этом момент его излучения совпадает с посылкой зондирующего сигнала. Импульс: схемы задержки 5, одновременно подается на триггер разрешения 6 и взво-дит его. 1ем самым открывается схема окна разрешения 9, Ультразвуковой ймпульс, прошедший расстояние l<, попадает на акустический.приемник 17 калибратора и преобразуется последним в электрический . сигнал, который усиливается усилителем 13 сигналов калибратора. Усиленный сигнал преобразуется (формируется) вторым формичрователем 12 в стандартный сигнал (по длительности и амплитуде); который через открытую схему окна разрешения 9 поступает на повторный запуск блока акустического излучателя 10 калибратора, Одновременно стандартный импульс второго формирователя 12 поступает на вход триггера-делителя 11 и опрокидйвает его, Происходит процесс формирования импульсной последовательности пмеандран интервал между которыми равен времени t< и одновременно указанная последователь" ность делится на два триггером-делителем

11. Выходной сигнал триггера-делителя 11 в виде напряжения типа нмеандри через второй блок уплотнения 20 подается по кабелю в наземную регистрирующую аппаратуру, В момент прихода отраженного ультразвукового импульса на акустический йреобразователь 18 вознйкает электрический сигнал.

После его усилеййя а усилителе отраженных сигналов 4, укаэанный сигнал формируется в первом формирователе 3 в стандартный сигнал. Через открытую схему окна управления 2, стандартный сигнал опрокидывает триггер разрешения 6 и тем самым закрывает схему окна разрешения 9. Происходит прекращений повторного запуска блока . йкустическогго излучателя калибратора 10; прекращается формирование импульсной последовательности, и тем самым прекращается формирование имеандра". Назначен ие ждущего мул ьтиви братора 1 исключить опрокидывание триггера раарешения 6 за счет паразитного импульса, возникающего в момент излучения зондиру ощего сигнала, Это достигается следующим образом. В момент подачи синхронизирующего импульса на вход схемы задержки 5

5 этим же импульсом запускается ждущий мультивибратор 1, его выходной сигнал Закрывает схему окйа управления 2. Так как длительность выходного сигнала ждущего мультивибратора 1 выбирается большей

10 суммарного времени задержки и длительности зондирующего сигнала, то тем самьцм исключается срабатывание триггера разрешения 6.

Как отмечалось ранее, при проведении

15 измерений выполняется условие!» «L и т «Ъ, следовательно формирование пмеандра" необходимо выполнить с соблюдением условия по измерению дапьностИ и времени с погрешНостью, не превышающей

20 величины масштабных единиц I„и Ь. Предложейной схемой эта задача реализуется.

Так как начало нмеандран совпадает с импульсом запуска, то счетчик дальности дЬлжей срабатывать по положительному

25 перепаду, совпадающим с четными импульсами калибратора. Если зондирующий сигнал пришел после четного импульса калибратора, то положительный перепад, совпадающий с четным импульсом будет

30 просуммировагн счетчиком, а следующий импульс калибратора — нечетный сформированный от этого четного импульса перебросит выход триггера-делителя в нуль, Йри этом погрешность измерения дальности

35 оказьгвается со знаком плюс, но не 6ohee значения 4, а времени при измерении длительности "меандра", по заднему фронту последнего импульса имеет значение — мийус, но не более t<. Приход зондирующего м40 пульса после нечетного приводит к следующему: в момент опрокйдьывания триггера разрешения 6 с учетам потенциала инверсного выхода триггера-делителя 11, к кочторым подключены выходы схемы нИи — 8, на

45 выходе этой схемы появится импульс, кОторый и перебросит прямой выход триггфраделителя 11 на высокий потенциал и тот положительный перепад будет зафиксйрован счетчиком дальности, Импульс кали ра50 тора от предыдущего запуска установит триггер-делитель в нуль. Цикл закончен. Из мерение дальности и времени выполня тся стой же погрешностью, что и в предыдущем случае, при этом знак погрешности миНус, как при измерении дальности, так и врймени. Как уже отмечалось, перед началом ц икпа измерения импульс синхронизации от блока управления 14, поданный на установочный вход триггера-делителя 11 обеспе13

1786458 чивает формирование "меандра" с положительного перепада.

Устройство сканирования 22 и привязки к магнитному меридиану обеспечивает при помощи вращающегося отражателя 19 сканирование ультразвуковыми импульсами в горизонтальном сечении отражающих границ исследуемой полости. Информация об угловом положении вращающегося отражателя. относительно магнитного меридиана, через датчик угла 21 и второй блок уплотнения 20 по кабелю подается в наземную регистрирующую аппаратуру, на первый блок уплотнения 23, а с его выхода на следящую систему аэимутальной привязки 36. Двигатель следящей системы соответственно поворачивает на требуемый угол отклоняющую катушку индикатора кругового обзора 35, тем самым обеспечивается отображение процесса сканирования на экране электронно-лучевой трубки, На первый блок уплотнения 23 с блока управления скважинного зонда 14 в каждом цикле измерения приходит импульс синхронизации. Этим импульсом производится обнуление счетчиков 28, 29 дальности и времени и дается разрешение на запуск блока развертки 34 дальности и масштабных меток. Сигнал типа "меандр" с первого блока уплотнения 23 поступает на усилитель 24, Усиленный сигнал с выхода усилителя 24 подается на полосовой фильтр 25, а после него одновременно на третий 26 и четвертый 27.формирователи. Третий формирователь 26 восстанавливает "меандр" и при этом увеличивает крутизну фронтов.

Сигнал с выхода формирователя 26 подается на счетчик дальности 28, где производится суммирование числа положительных перепадов "меандра", Полученное значение соответствует измеренной дальности в масштабе 1, которое высвечивается на табло индикатора дальности 30. Четвертый формирователь 27 преобразует сигнал типа

"меандр" в прямоугольный импульс с длительностью равной длине "меандра". Передний фронт этого импульса, после его дифференцирования поступает в блок развертки дальности и масштабных меток 34 и производит запуск развертки. Задний фронт прямоугольного импульса после дифференцирования поступает в индикатор 35 кругового обзора для отметки положения отражающей границы. Одновременно прямоугольный импульс с выхода четвертого формирователя 27 подается на второе окно разрешения 32 и открывает его. Стандартные импульсы от эталонного генератора 33 с периодом 2Т подаются через второе окно разрешения 32 на счетчик времени 29. Ко10

35 центратор 38 удерживает на своей поверх40 ности соединительный кабель 39 и исключа45

25 личество импульсов подсчитанное счетчиком 29 в масштабе Т укажет время распространения ультразвукового импульса от сканирующего преобразователя до стенки камеры тиу2. Величина измеренного временного интервала высвечивается на табло индикатора 31 счетчика времени, одновременно измеренные значения дальности L и времени LMä заносятся в память для последующей обработки и, при необходимости выводятся на цифропечать для документирования и оперативной обработки, а также. через интерфейс в ЭВМ. Счетные импульсы счетчика дальности 28 подаются в блок развертки 34 дальности и масштабных меток для формирования масштабных меток кратных выбранному интервалу. Так, например, на выходе первой декады счетчика .. дальности, мы получим последовательность импульсов соответствующих одному метру, двум метрам и т.д. (при (к = 0,1 м). Выход второй декады даст масштаб, кратный десяти метрам. Следует отметить, используя счетчик времени аналогично можно получить временные масштабные метки кратные единицам Т, десяткам Т и т.д.

На фиг,4 показана конструкция узла калибратора: защитный кожух 37, ограждающий центратор 38, соединительный кабель

39, приемный акустический преобразователь 40, диск 41 с микрометрической резьбой, цилиндрическая гайка-фиксатор 42, конусный наконечник 43, Как видно из приведенной конструкции на диске 41 с микрометрической резьбой установлен приемный акустический преобразователь 40, к которому подсоединен соединительный кабель 39, ограждающий ет его попадание на участок прохождения ультразвукового импульса при распространении последнего от излучателя до приемника калибратора. Как отмечалось выше, диск 41 с микрометрической резьбой, при помощи которой соединяется с защитным кожухом 37 имеет на наружной стороне выступ, при помощи которого можно вращать диск, и следовательно перемещать его в сторону излучателя (по чертежу вверх) или от излучателя (по чертежу вниз). При этом цилиндрическая гайка (фиксатор) 42 должна быть отвернута, Укаэанные операции могут быть выполнены только после того, как будет вывернут наконечник 43, закрывающий отсек калибратора снизу. Следует отметить, что намотка соединительного кабеля 39 выполнена без натяжения с учетом максимально возможного смещения диска.

1786458

Алгоритм эталонировки акустического профилемера заключается в следующем.

Перед началом и после проведения измерений акустические преобразователи калибратора с фиксированными расстояниями 1к между ними помещатот в сосуд с жидкостью с известной скоростью распространения ультразвуковь1х колебаний, при заданной температуре и стандартном атмосферном давлении, поддерживают заданную. темпе- 10 ратуру и учитывают отклайение ат стандартнага атмосферного давления, формируют эталонные интервалы времени с длительностью тэ, равной максимальному значению tw, равания импульсов, интервал между котадыми равен времени тк прохождения ультразвуковым импульсам фиксираваннага расстояния 1 между двумя преобразова- 20 телями, а сигналам, соответствующим концу интервала t> прекращают указанный цикл, по показаниям счетчйков дальности и времени, путем повторных измерений, если необходимо, изменяют расстояние 4 до тре- 25 буемога,"при этом показания счетчика времени С допустимым отклонением должны соответствовать значению тэ/2, а отношение показаний счетчйкОь дальности и,вре мени, известной скорости расп ространения 30 ультразвуковых колебаний в жидкости, заполняющей сосуд.

3TailoHvlpo8Ka аппаратуры осуществляется следующим образом; Нижняя часть 35 скважйнного зонда, где размещается калиб- -:,ратор с предварител ьна вы вернуть1м ко нусным наконечником 43 и отвернутой цилиндрической гайкой (фиксатором) 42 (фиг,4), помещают в сосуд с жидкостью, ско- 40 рость распространения ультразвуковых колебаний в которой известна, При этом в сосуде поддерживается требуемая температура и учитывается реальное атмосферное

45 давление, От внешнего устройства формирования эталонйаго интервала времени t> запускаемою импульсом с выхода схемы задержки 5 клемма "a" (фиг.1) и сформираваннblì стандартным: — импульсом, соответствующим началу эталонного интер-. 50 вала времени t>, который подается на клемму "б", осуществляется перевод схемы в режим измерения. Перед эталонировкой клеммы "а" и "б" размыкаются, Вторым стандартным импульсам от вйешнего генератора, соответствующим концу эталонного интервала времени тэ подаваемого на клемму "в", которая соединена с входом первого формирователя 3, йзмерение прекращается. сигналом, совпадающим с началом t3, апре- 15 деляют начала цикла многократйого формиПо показаниям табло индикатора времени 31 (фиг,2) определяют необходимос1ь подстройки эталонного генератора. Если значение времени полученное на табло тэ (—, та частоту эталонного генератора необходимо повысить и наоборот, если

1э

> —, то понизить, Путем последовФтельной подстройки дабиваютс1 равенства тэ

t -- —

Эталбйи*ровка тракта измерения дальйости производится на основании расчетнрго значения, Пусть, например, используется жидкость са скоростью распространенйя упругих колебаний 1500 м/с, при выбранном значении тэ = 100 мс звуковой импульс пробежит 150 метров,. а с учетом коэффицЙента 1/2 — 75 метров. При этом на табло времени должно высветиться значение t == — = 50 мс, а на табло индикатора

Тэ 100

2 .: 2 дальности 75 метров. Если окажется; что

L< 75; то необходимо уменьшить базовое расстояние, что достигается приблгижением диска к излучателю калибратора, В случае L > 75 м., та диск удаляют от излучателя в ту или иную сторону, путем последовательных приближений добиваются. равенства 1 = 75 M.

Отношение йоказаний дальности и времени при этой должно соответствовать зна-! чению скорости ультразвуковых колебаний в жидкости, с учетом допускаемых отклоНений. После акбнчания эталониравки, зацорачивается. цилиндрическая гайКа (фиксатор) 42 и канусный Йакайечник 48 (фиг.4). Перед началам рабочих измерений клеммы "а" и "б" (фйг.1) перемыкаются, Предлагаемое устройство обладает следфащимй техническими преймуществами перед прототипом.

В каждом цикле измерения скважиннЫй зонд форйирует цуг напряжений типа "леандр", число перепадов которого соответствует расстоянйю ат сканирующего ! излучателя до отражающей стенки, а Фго длительность — времени пробега ультразвуковым импульсом указанного расстояния, Иными словами в однбм и там же сигнале заложена информация о времени и расс roянии, и не требуется, как в прототипе, поСле измерения времени пробега ультразвукового импульса передавать временной интервал калибратора. Измерейие дальности ripl4 использовании устройства йроизвадится в реальйом масштабе времени, без дополнительных преобразований и расчетов путем !

1786458

18 простой индикации числовых значений, что повышает оперативность получения информации и упрощает работу оператора, Повышается точность измерений, В предложенном устройстве при измерении дальности определяется только число перепадов "меандра", что исключает измерение коротких интервалов времени, как это производится в прототипе, И тем самым исключается погрешность в определении дальности связанные с изменением фронтов этих импульсов за счет помех или других факторов, С помощью предложенного устройства, по одновременным показаниям счетчиков дальности и времени легко определить границу раздела жидкостей — показания счетчика дальности остаются без изменения при резком изменении времени пробега ультразвукового импульса, что повышает технические возможности аппаратуры.

Повышается помехоустойчивость, как за счет понижения час1оты измеренного сигнала при делении последовательности на два, что приводит к улучшению условий передачи сигнала по кабельному каналу связи, имеющему ограниченную верхнюю частоту пропускания, так и за счет использования полосового фильтра в наземной регистрирующей аппаратуре. Калибровка развертки осуществляется импульсом счета счетчика дальности по всей длине развертки с одной и той же точностью. При этом не требуется вмешательство оператора, Эталонировка аппаратуры осуществляется путем установки калибратора в сосуд с жидкостью, скорость распространения ультразвуковых колебаний в которой заранее известна, Регулировка положения акустического приемника калибратора осуществляется по показаниям счетчиков времени и дальности. Операция легко осуществима и позволяет при эксплуатации пОлучать сопоставимые материалы независимо от условий проведения измерений и используемой аппаратуры.

Следует отметить упрощение предложенной аппаратуры по сравнению с прототипом, что облегчает обслуживание. . Формула изобретения

1, Акустический профилемер подземных полостей, заполненных жидкостью, содержащий наземную регистрирующую аппаратуру с первым блоком уплотнения, усилителем, блоком развертки дальности и масштабных меток, индикатором кругового обзора, следящей системой азимутальной привязки, фоторегистратором, самописцем с дисковой диаграммой и скважинный зонд, соединенный с наземной регистрирующей

50 аппаратурой кэротажным кабелем и включающий защитный кожух, второй блок уплотнения, блок управления, устройство сканирования с привязкой к магнитному меридиану, датчик угла, вращающийся отражатель, акустический преобразователь, блок возбуждения зондирующего сигнала, усилитель отраженных сигналов, калибратор с акустическим излучателем и приемником, блок возбуждения излучателя калибратора и усилитель сигналов калибратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, оперативности и упрощения профилемера, а также его помехоустойчивости, скважинный зонд дополнительно содержит первый и второй формирователи, триггер разрешения, схему окна разрешения, схему задержки, ждущий мультивибратор, схему окна управления, триггер-делитель, схему И, при этом акустический преобразователь подключен на вход усилителя отраженных сигналов, а выход последнего соединен с входом первого формирователя, выход первого формирователя через схему окна управления подключен на установочный вход триггера разрешения, акустический приемник калибратора соединен с входом усилителя сигналов калибратора, выход последнего подключен на вход второго формирователя, выход второго формирователя через схему окна разрешения соединен с блоком возбуждения излучателя калибратора, а выход последнего подключен к акустическому излучателю калибратора, одновременно выход второго формирователя соединен с управляющим входом триггера-делителя, прямой выход триггера-делителя подключен к входу второго блока уплотнения, вход ждущего мультивибратора соединен с блоком управления, а выход — с управляющим входом схемы окна управления; прямой выход триггера разрешения подключен на управляющий вход схемы окна разрешения, а его инверсн ый выход подключен на один из входов схемы

И, второй вход которой соединен с инверсным выходом триггера-делителя, выход схемы И подключен на управляющий вход триггера-делителя, установочный вход которого соединен с блоком управления, вход схемы задержки также соединен с блоком управления, а выход схемы задержки одновременно подключен на управляющие входы триггера-делителя и триггера

55 разрешения, на входы блока возбуждения излучателя калибратора и блока возбуждения зондирующего сигнала, а выход последнего соединен с акустическим преобразоватвлем, при этом наземная регистрирующая аппаратура дополнительно со1786458

20 держит фильтр, третий и четвертый формирователи, счетчики дальности и времени с индикаторами, второе окно разрешения, эталонный генератор, при этом вход фильтра подключен к выходу усилителя, а выход фильтра одновременно соедийен с входами третьего и четвертого формирователей, выход третьего формирователя подключен на вход счетчика дальности с индикатором, выход четвертого формирователя соединен с управляющим входом второго окна разрешения и одновременно с блоком развертки дальности и масштабных меток и с индикаI тором кругового обзора, эталонный генера-; тор через второе окно разрешения подключен на вход счетчика времени с индикатором, 2. Профилемер по п,1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения эталонировки, акустический приемник калибратора снабжен фиксатором и закреплен на дисковом основании, соединенном с защитным кожухом микрометрической резьбой.

s) мсье,о гюю тм ю rA) 5) еФ) 0) L )7 ñðû ла оялтеиий / удав

C,ãé ãà,иана .Яачйг

8) Зжрси ивржеепю 8 уя нее иа,юем ьюй рег ктрисуосаес7 а иарилуры

1786458

Составитель B.Ãóöàëþê

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор И.Муска

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 246 тира . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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