Устройство для акустического каротожа

 

OП ИCАНИЕ 661468

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ

1 ,г

* (5l) Дополнительное к авт. свиа-ву(22) Заявлено 25.12. 74 (2l) 2087622/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритета

Опубликовано 05,05. 793юллетень № 17

Дата опубликования описания 30.05.79 г (51) М. Кл.Cj 01 V 1/40

Гееударетзекивб кенктзт

СССР ае делам кзобрвтенкй в еткрнтхк (53) УДК 554.834 (088. 8) В. H. Крутин, И. Х. Садыков, B. Т. Чукнн,и Т. В. Щербакова (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

l Я

Изобретение относится к геофизическим )1), $2) . Измерение поглощения поз-. приборам для разведки полеэных ископае - воляет значительно повысить надежность мьтх, в частности, к "устройствам для аку» интерпретапии. стического каротажа скважин., Однако, само йоглошейие измеряется

Известны устройства для акустическо -,с очень большой иотфеаностью, так как го карбтажа ЛАК-З, СПАК-2, СПАК-4, .В на"результаты.измерений влияют перекосы содержащие снаряд-зонд с излучаккним и снаряда в скважине, неровности ее стенок, приемным элвктроакустическими иреббра кавернозность, трещйноватость и другие зователями генепатор возбуждения излч- факторы. Поэтому одна из важных харак- . чателя и измерительную схему для eiipe твристйк среды, ее пористостЬ может„ деления интервального времени между мо- + быть определена. не всегда с надлежащей ментами возбуждения излучаемого "импутц точностью. са и первого вступления сигнала на при . . Наиболее блнзкиъ техническим решеемнике (1) пнем является прибор для определения

Приборы, основанные на измерении is: быстроты роста поглощения с частотой, тервального времени не обеспечивают од- существенно свюанной с пористостью сред, 15 ! нозначной интерпретации результатов, так путем измерения смещения частоты маккак Результаты измерений зависят от мно симума спектральной плотности акустичегих факторов - пористости, модулей упру- ских сигналов, прошедших через упругую гости среат, ее плотности. трешнноватос- среду ти, свойств заполнителя пор и т.д. Этот прибор содержит излучатель уп36.

Поэтому в приборах СПАК-2М, СПАК. 4 ругих волн в исследуемого среду, приемник и АКЦ-2 добавлен дополнительный блок .. упругих волн, индикатор и устройство для для измерения поглощения упругих волн ручной перестройки избирательного фильт

3 66146 ра на частоту, соответствующую максимуму показаний индикатора 3)

Указанное смещение частоты максимума спектральной плотности может быть измерено значительно точнее, чем само а поглощение, так как вариации амппнтуды принятого сигнапа не вызывают дополнительной погрешности измерений, Однако, из За необходимости . испо пьэо вания узкопопосных сигналов с явна выра16

I женным максимумом спектральной плотности, прибор абпадает низкой чувствительностью, так как смещение частоты максимума спектральной плотности вкати ческих сигнапов после их прохождения че >> рез исследуемую среду неэначитепьно.

Кроме того, процесс измерений трудно поддается автоматизации, Бель предлагаемого иэобретенияповышение точности опредепения пористос- ти пород, Д,пя этого в снаряд-зонд введен смеситель, первый вход которого подкпючен через времеыной оепектор к приемному эпектроакустическому преобразователю, второй Вход - к церестраиваемому гетеро дину; выход смесителя через попосовой фильтр присоединен к раздепитепьному

" есаскаду ; одйн из выхьдов разделительного каскада - к поспедоватепьно соединенным квадратичному детектору полного сигнала . и управляемому аттенюатору, причем выхода квадратичного детектора м фипьтрованнот о сйгнапа и управляемого атФенюатора подключены ко входам сравнивающего уст- З ройства, выход которого подключен к управляющему входу перестраиваемого гетеродяна, а выход гетеродина"подкщбчей к измерительному прибору, кроме того, к перестраиваемаму аттенюатору подкпючено программно-исполнительное устройство.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого усч ройства; на фиг.

2 показана типичная зависимость погпощения упругих волн в горных породах от частоты на фиг. 3 - показанЫ энергетические спектры сигналов.

Предлагаемое устройство содержит снаряд-зонд 1, излучающий g и приемный

3 эпектроакустические преобразователи, генератор 4 возбуждении излучателя, скважинное устройство 5 снаряд-зонда, где имеотся временной селектор 6, смеситепь 7, гетеродин 8, попоооВой фильтр

М

9, разделительный каскад 10, фипьтр 11 верхних ипи нижних частот, квадратичный детектор 12 отфипьтрованного сигнала, квадратичный детектор 13 полного сигнапа, управпяемый аттенюатор. 14, сравнивающее устройство 15, частотомер 16.

На фиг, 3 17-энергетический спектр излучаемого акустического сигнапа, 18энергетический спектр сигнала на приемном электроакустичвском преобраэоватеб

ne„19-гармонический сигнал гетеродина, 20-энергетический спектр сигнапа суммарных частот паспе смесителя, 21-частотная характеристика коэффициента передачи фипьтрд верхних частот, 4)1 - частота раздела энергетического спектра изпучаемог о сигнала В заданном отношении,4) - то же дпя сигнала на приемнике,(,)„- частота

r етеродина.

Предлагаемое устройство работает спедующим образом, Снаряд-зонд 1 имеет широкополосные излучатель 2 и приемник 3, Излучатель

2 .возбуждается генератором 4 широкопопосного импульсного ипи шумового сигна« па. Упругие волны излучаются в исспедуемую среду и распространяются вдоль оси скважины в виде скопьэящих неоднородных упругих и поверхностных вопи, создающих головные волны в заполняющей скважине жидкости. Гоповные волны принимаются акустическим преобразователем 3. его сигнал поступает в скважинное устройся во снаряда-зонда 5. энергетические спектры сигналов на излучателе 2 и приемнике 3 существенно отличаются ввиду того, что поглощение упругих вопи в горных породах растет с частотой.

Типичная зависимость поглощения от частоты приведена на фиг. 2 Иэ за роста поглощения с частотой высокочастотные составляющие энергетического спектра принимаемого сигнапа оспабпяются сильнее низкочастотных, что приводит к перераспределению энергии по спектру сиг- . нала и концентрации энергии в низкочастотной области.

Раздепим энергетический спектр изпучаемого сигнала некоторой частотой сд .. так, чтобы энергия высокочастотной (ипи низкочастотной) части сигнала составпяпа заданную часть (например, половину) от энергии всего сигнапа. В этом случае площади под кривой 17 слева и справа от частоты Я равны.

Теперь проведем эту же процедуру дпя энергетического спектра принятого сигнала (кривая 18). Ввиду указанного выше пе рераспредепения энергии в спектре принятого сигнала частота раздела М будет меньше частоты (4<. (мещение частоты

661468

Устройство дпя акустического каротажа, содержащее снаряд-зонд с излучающим и раздела характеризует быстроту роста

06 (Ы ), которая, в свою очередь, зависит от пористости горных пород и ее характера, а также от размеров зерен поликристаппов, Поэтому измерение часто- 5 ты раздепа дает важную информацию о горных породах.

Скважинное устройство снаряд- зонда автоматически производит опредепение частоты раздепа энергетического спектра при-10 нятого сигнапа в пн бом заданном соотношении. Это осуществляется спедуюшим образом. Сигнап с приемника 3 через временной селектор 6 поступает на смеситепь

7 и смешивается с гармоническим сигна- 15 пом перестраиваемого гетеродина 8 частотой (),. На выход6 смесителя, как известно, будут сигналы разностных и суммарных частот.. . В предлагаемом устройстве испопьзуется сигнал суммарных частот, что дает

Ряд преимушеств: однозначность отсчета, упрощение конструкции узлов, уменьшение их размеров и т.д.

Спектр суммарных частот (частота гетеродина плюс частота соответствующей спектральной компоненты сигнала) выделяется попосовым фильтром 9. Энергетический спектр сигнала суммарных частот доказан на фиг. 3 (кривая 20). Полосовой фильтр 9 защищает также все уст» ройство от допопнитепьных помех.

Дапее сигнап с полосового фильтра

9 через разделительный каскад 10 поступает в два разничных канала. В одном из них помещен фильтр 11 верхних (ипи нижних) частот с фиксированной частотой среза. Отфипьтрованный сигнал детектируется квадратичным детектором 12. На его выходе будет постоянный во времени:сигнал, пропорционапьный энергии высокочастотной (ипи низкочастотной) отфильтрованной части этого сигнала.

Квадратичный детектор 13 дает сигнал, 4 пропорциональный энергии всего сигнапа.

Он делится аттенюатором 14 в заданном . отношении (например, пополам) и сравнивается с выходным сигналом квадратичного детектора 12 с помощью сравнивающего устройства 15, на выходе которого формируется разность входных вепичин.

Этот выходной сигнал изменяет частоту гетеродина 8 до тех пор, пока сам не уменьшится до вепичины порога чувствитепьности схемы, что будет означать,,что энергия отфильтрованной части сигнала составляет заданную часть от энергии всего сигнала. При агтоматической перестройке частоты гетеропина спектр сумMBpitbtx частот передвигается по шкапе частот относительно постоянной частоты среза фильтра до тех пор, пока в полосу прозрачности не попадает заданная, часть энергии всего сигнапа.

Отсчег резупьтатов измерений произB0IIIITcII с ltoMQIttbio частотомера 1 6, Eoto» рый может распопагаться на поверхности, тогда как все остапьное устройство может быть размещено в скважинном снаряде.

В этом случае сигнал закодирован в виде частоты, что очень удобно с точки зрения помехоустойчивости, Перестройка гетеродина может быть осушествпена чисто электронными, средствами или электромеханическими устройствами.

При измерении частоты гетеродина возможно ее смещение с частотой стабильного генератора с последующим выделе-нием и измерением разности частот. Это повышает разрешающую способность частотомера 16.

Отношение энергий отфильтрованного и полного сигналов может непрерывно изменяться по программе, что достигается сочленением управляемого аттенюатора, 14 с обычным ипи шаговым двигатепем. В этом случае может быть цопучена зави-, симость погнощения упругих вопи в горных породах от частоты из измеренных зависимостей частоты раздела спектра от отношения энергий отфильтрованного и полного сигнапов.

Предлагаемое устройство позволяет простыми средствами осуществить спектрометрические измерения нейосредственно в скважине без передачи анализируемых сигнапов на поверхность, что устраняет впияние частотно-зависимого поглощения кабеля. Простота устройства дает возможность совмещения его в одном скважинном снаряде-зонде с уже существующими приборами акустического каротажа, что дает значитепьный технико-экономический эффект, так как существенно повышает количество получаемой информации о разрезе скважины и увепичива т надежность ин1

TepIIpeTaIIHH получаемых данных. Это позволяет повысить достоверность выделения и оценки запасов нефтегазовых ппастов.

Форму па изобретения

661468 Puz.g

ЦНИИПИ Заказ 2460/47 Тираж 696 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 прйемным широкополосными електроакустическими преобразователями, генератор возбуждения излучателя и частотомер, о ти и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения пористос- 3 ти пород, в снаряд-зонд введен смеситель, первый вход которого подключен через временной селектор к приемному электроакустическому преобразователю, второй вход - к перестраиваемому .гетеродину, 6 выход смесителя через полосовой фильтр присоединен.к разделительному каскаду, е один иэ выходов разделительного каскада подключен к последовательно соединенным фильтру верхних или нижних частот и квад- ратичному детектору отфильтрованного сигнала, а второй выход раздели-.ельного каскада - к последовательно соединенным квадратичному детектору полно -о сигнала и управляемому аттенюатору, к которому подключено программно-исполнительное устройство; причем выход квадратичного детектора отфильтрованного сигнала и управляемого аттенюатора подключены ко входам сравнивающего устройства, выход которого подключен к управляющему входу перестраиваемого гетеродина, а выход гетеродина подключен к частотомеру.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Булатова К. М., Волкова Е. А., Дубров E. Ф. Акустический каротаж, Л., Недра", 1970, с. 42-47.

2. Гулнк Ю. А., Бернштейн Д. А., Прямов П. A.. Рябов Б. М. Акустические и радиометрические методы определения качества цементирования пор нефтяных и газовых скважин -М., "Недра, 1971, с. 80-85.

3. Ямщиков В. С., Носов В. Н. Аппаратура для ультразвуковой дефектоскопии крупноструктурных материалов, Qeфектоскопия, №,1, 1975, с. 79-87.