Скважииный прибор для акустических исследований

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 02.XI.1970 (№ 1487227126-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 11 IV.1972. Бюллетень ¹ 13

Дата опубликования описания 17.V.1972

М. 1(л. б 01v i40

Комитет по делам иаобретеиий и открытий пои Совете Мииистрое

СССР

УДК 550.834:622.241 (088.8) Авторы изобретения

О. Л. Кузнецов, В. H. Рукавицын, П. А. Гвоздев, Э. П. Кайданов и Г. Н. Ягодов

Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки и Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизики и геохимии

Заявители

СКВАМ(ИННЫЙ ПРИБОР ДЛЯ АКУСТИЧ ЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изобретение относится к скважинной àïïàратуре, используемой для акустических исследований упругих свойств горных пород, пересекаемых буровой скважиной.

Известное устройство для бокового акустического зондирования околоскважинного пространства содержит один излучатель и три или более акустических приемника. С помощью смонтированного в зонде переключателя, дистанционно управляемого от наземного пульта, к усилителям подключают любую пару приемников, изме!!яя,изх!срительную базу и расстояние от излучателя до ближайшего приемника, причем переключение на любой вид записи осуществляется с наземного пульта без извлечения зонда на поверхность.

Недостатки известного устройства заключаются в том, что оно не обеспечивает регистрации истинных передаточных xaðàêòåðèñòkI:k горных пород .и частотного акустического зондирования наряду с боковым зондированием.

Предложенный скважинный прибор отличается от известного тем, что в него введены широкополосный излучатель, по крайней мере три широкополосных приех!пика, к двум пз которых поочередно присоединяются взбирательные логарифмическ!ие усилители с перестраиваемой полосой пропускания. Выходы усил!!телей подключены к двум амплитудным детекторам и через амплитудные ограничители к одному фазовому детектору со следящей системой. Выходы амплитудных детекторов подключены к схеме сравнения и последовательно к усилителю постоянного тока, нагружешяму на одну измерительную жилу кабеля, а выход фазового детектора последовательно подклю !е!! к фильтру нижних частот и успл!вселю постоянного тока, нагруженному на другую измерительную жилу кабеля.

10 Это позволяет осуществить боковое частотное акустическое зондирование по одновременному измерению амплитудно- и фазочастотных характер истик исследуемых горных пород.

На чертеже показана блок-схе»а предло15 женпого скважинного пр:!бора.

CI«BBMkIHHbIII п )ибор п >псоед!!пе!! трехжпльпым каротажным кабелем и регистратору 1 и содержит широкополосный излучатель 2 аку20 стических импульсов, по кр"-,II,.ей мере трп широкополосных акустических пр-!емника !, -1 и

5, генератор зондпрующllx импульсов б, синхронизатор 7, два избирательных логарифмических усилителя 8, 9 с перестрапваемой по за25 данной программе полосой прот!ус!<3!!пя, Ilpoграммное устройство 10, электронный коммутатор 11, блоки разделения волн 12, И, ампл!!тудные ограничители 14, 15, фазовый детектор 1б, ф ильтр нижних частот 17, усилители

30 постоянного тока 18, 19, следящую систему 20, 335648 а(ж;) = — 1и С(о,), 1

М н = 1 1 4 >iQ где амплитудные детекторы 21, 22, блок сравнегз.

Скважинный прибор перед измерением подключается к каротажному кабелю, выход которого подсоединен к каротажной станции. С поверхности по одной .из жил кабеля подается папря>кение питания скважинного прибора частотой 50 гч, управляющее также синхронизатором 7. Синхронизатор вырабатывает короткие электрические импульсы, периодически запускающие генератор зондирующих импульсов б. При помощи акустического излучателя 2 каждый раз при его возбуждении через скважинную жидкость в породу посылаются упругие импульсы с широким спектром излучения (1 — 50 кгпв). Упругие колебания, пройдя через породу, принимаются расположенными по одну сторону от излучателя и разделенными по длине зонда широкополосными акустическими приемниками 8 — 5, преобразующими их в электрические колебания. Последние усиливаются двумя избирательными логарифмическими усилителями 8, 9„поочередно по задаваемой программным устройством 10 программе подключаемыми к одной из трех возможных пар акустических приемников с помощью бесконтактного электронного коммутатора 11, и подаются в блоки разделения волн 12, 18.

Перестройка полосы пропускания избирательных логарифмических усилителей производится на базе схемы с преобразованием частоты контуров, управляемой программным устройством, запускаемым с поверхности включением в жилу кабеля постоянного напряжения 270 в.

Блоки разделения волн в каждом .нз двух приемных сигналов выделяют импульсы одинаковой длительности соответственно для продольной и поперечной волн на основании соотношения t „= =0,55 1„где t„— время, затраченное продольной волной на путь от излучателя до приемника в акустическом зонде; 1, — время, затраченное поперечной волной на путь от излучателя до приемника. Выделенные импульсы подаются на входы амплитудных ограничителей 14, 15 и входы двух амплитудных детекторов 21, 22. Ограниченные по амплитуде входные сигналы со стабилизированной амплитудой напряжения от двух приемных каналов поступают на вход фазового детектора 1б, где сравниваются фазы акустических сигналов от трех комбинаций акустических приемников.

Ограничение сигналов амплитудными ограничителямн введено для исклк>чения влпяния изменения амплитуды входных сигналов на выходное напряжение фазового детектора. Выходное напряжение фазового детектора пропорционально косинусу угла сдвига фаз и при угле, составляющем >т/2, равно нулю; при углах больше или меньше >т/2 выходное напряжение получает положительное или отрицательное значение. Выходное напряжение постоянного тока фазового детектора, пропорциональное сдвигу фаз двух сигналов, поступает на вход фильтра нижних частот 17, про5

1О

15 го

65 пускающий только медленные изменения исходного напряжения фазового детектора; быстрые же флуктуации, вызванные шумами, подавляются и не проходят на вход усилителя постоянного тока.

Выходное напряжение усилителя, пропорциональное сдвигу фаз сигналов, управляет следящей системой таKni l образом, что фазовое рассогласование поддерживается близким к нулю. Следящая,система 20 . остоит из реверсивного электродвигателя, управляемого выходным напря>кением усилителя постоянного тока и связанного кинематически с регулирующим органом компенсационного фазовращателя. При наличии напряжения разбаланса на выходе усилителя постоянного тэка двигатель вращается в ту или иную сторону, зависящую от знака напряжения разбаланса, изменяя фазу компенсационного фазовращателя до»счезновения разбаланса. Такая компенсационная система измерения фазочастотных характеристик позволяет увеличить отношение сигнал/шум примерно на 30 — 40 дб. В качестве фильтра нижних частот применена обычная схема многозвенного RC-фильтра. Получаемые на выходе УПТ значения фазочастотных характеристих горных пород по разрезу скважины в виде медленно изменяющегося напряжения подаются в одну из измерительных жил каротажного кабеля и далее в регистратор.

Узкополосные сигналы, поступающие на входы двух амплитудных детекторов, создают на их выходах медленно изменяющиеся напряжения, которые подаются в схему сравнения

2З, позволяющую получать на выходе отношение узкополосных сигналов, детектируемых амплитудными детекторами.

Получаемые на выходе схемы сравнения значения амплитудно-частотных характеристик горных пород на участке измерительной базы акустического зонда после усиления усилителем постоянного тока в виде медленно изменяющегося напряжения подаются в другую измерительную >килу каротажного кабеля и далее в регистратор, Hpè записи получаемых данных в цифровом виде на магнитную ленту аналоговый выход аппаратуры подключается ко входу преобразователя с магнитной записью, устанавливаемого в любой серийно выпускаемой каротажной станции.

Регистрируемые цифровые данные могут обрабатываться >на ЦВМ по различным алгоритмам, причем получают значения коэффициентов затухания а(ь;) для примененных узкополосных фильтраций, а также значения фазового интервального времени М@; по зависимостям:

l — выбранная измерительная база акустического зонда;

335648

Предмет изобретения

Составитель Л. Байдакова

Техред А. Камышникова

Редактор T. Орловская

Корректор Е, Усова

Заказ 169, 14 Изд. № 515 Тираж 448 Подписнос

1 НИИПИ Комитета tlo делам изобретений и открытий Ilpll Совете Мини:тров СССР

Москва, >К-35, Раушская нзб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2

В

С (о>;) — модуль комплексной частотной характеристики — значение амплитудно-частотной характеристики раздельно для различных типов волн: продольной, поперечной и др.;

Лгр; — значение фазочастотной характеристики исследуемого участка горных пород;

ht — интервальное время, отсчитываемое по первым вступлениям двух сигналов.

Предлагаемое устройство позволяет, таким образом, получать несколько видов диаграмм по стволу исследуемой скважины для различных измерительных без акустического зонда: значения фазо-частотных характеристик, значения амплитудно-частотных характеристик— и производить дифференциацию разреза скважин по изменению фазовых сдвигов и амплитудных соотношений продольной, поперечной и других волн; причем переключение на заданный вид работы производится программным устройством автюматически без подъема сквяжинного прибора на поверхность.

Осуществление бокового частотного зондирова|ния при помощи предлагаемого скважинного прибора позволяет .при широком спектре излучения исследовать как обсаженные, так:и необсаженные скважины, так как исследования околоскважинного пространства проводятся на различных узкополосных фильтрациях с применением различных длин вол н зондирующего сигнала, причем получают информацию об упругих свойствах горных пород, находящихся на различных удалениях от оси сквя>кины, с рзаличной степснью детальности.

Скважш1ный прибор для акустических исследовяшш, содержащий многоэлементный

10 акустический зонд, генератор импульсов, синхронизатор, переключающее устройство, схему разделения волн:и программное устройство, отличающийся тем, что, с целью проведения бокового частотного акустического зондировя15 ния по одновременному измерению ямплитудНо- и фазочастотных характеристик исследуемых горных пород, в него введены широкополосный излучатель, по крайней мере три широкополосных акустических приемника, к двум

20 из которых поочередно подсоединяются избирательные логарифмические усилители с перестраиваемой полосой пропускания, выходы которых присоединены к двум амплитудным детекторам и через амплитудные ограничители

25 к фазовому детектору со следящей системой, причем выходы амплитудных детекторов подключены к схеме сравнения и последовательно к усилителю постоянного тока, нагруженному на одну измерительную жилу кабеля, я,выход

30 фазового детектора последовательно подключен к фильтру нижних частот и к усилителю постоянного тока, нагруженному на другую измерительную жилу кабеля.