Способ формирования импульсов упругихколебаний при акустическом каротаже скважин

 

Союэ Советски и

Соцнапнстнчеснни

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИÇOSPKTEН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (((>83 251 2 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 11. 07. 79 (21) 2797339/18-25 с присоединением заявки ((и (2З) Ириорнтет—

Опубликовано 23.05.81 ° Бюллетень 1(й 19

Дата опубликования описания 25.05.81 (51)М. Кл.

6 01 V 1/40

ГевудвретвеевыВ кемнтет

СССР ю девем нэебретеивИ н втерытвй (53) УДК 550.83 (088.8) В.И. Пасник, И,П. Дзебань и Б.С. Возне нск тй (72) Авторы изобретения

Опытно-конструкторское бюро геофизическо приборостроения Треста "Укргеофизразведк (71) Заявитель (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ УПРУГИХ

КОЛЕБАНИЙ ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ КАРОТАЖЕ

СКВАЖИН

Изобретение относится к промысло- > вой геофизике и может быть использовано в аппаратуре, предназначенной для исследования нефтяных и газовых скважин методом низкочастотного акустического каротажа (АК).

Ъ

Для обеспечения оптимальных условий работы, электроакустический преобразователь аппаратуры низкочастотного АК должен излучать импульсы упру1Î гих колебаний с полосой частот от

5-6 до 25 кГц и длительностью 2 — 3 периода..

Известен способ получения импульсов упругих колебаний, реализованн(й, 15 например, в серийной аппаратуре акустического каротажа СПАК. Согласно известному способу формирование импульсов упругих колебаний осуществляется с помощью кольцевых магнитострикционных преобразователей, по обмотке ко-. торых пропускают электрические импульсы колоколообразной формы. В аппаратуре используются высокодобротные магнитострикционные преобразователи, поэтому сформированные упругие импульсы имеют относительно высокую частоту «25 кГц, и главное, узкий спектр 20-30 кГц ti).

Однако известный спо об не нашел применения в аппаратуре низкочастотного AK.

Известен также способ формирования низкочастотных импульсов с широким частотным спектром.

Способ заключается в том, что низкочастотные упругие импульсы с широким спектром получают при помощи магнитострикционного преобразователя, кольцевой сердечник которого набран из тонких колец различного диаметра.

При возбуждении такого сердечника колоколообразным электрическим импульсом каждое кольцо колеблется на. собственной частоте, опреде1тяемой его средним диаметром. Выбрав соответствующие диаметры колец, можно при их одноьременной работе получить ши35

3 8325 рокий низкочастотный спектр упругих колебаний, требуемый для аппаратуры низкочастотного АК (2).

Однако технически реализованный магнитострикционный излучатель на спектр 5-25 кГц имеет диаметр порядка 500-600 мм, в результате чего он не может быть использован для исследования нефтяных и газовых скважин, диаметры которых составляют 150-300 мм ° д

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ получения широкого спектра колебаний путем укорочения упругого импульса за счет применения низкодобротного магнитострикционного излучателя, например тонкостенного цилиндра.

При этом, с целью получения максимальной амплитуды упругого импульса, возбуждение излучателя осуществляет- 20 ся импульсом тока колоколообразной формы, дл которого обеспечивает резонансный режим колебаний, а амплитуда достаточна для дос"ижения магнитного насыщения последнего, 25

Изменяя толщину стенки сердечника, можно получить необходимое количество полупериодов в импульсе упругих колебаний. При этом все полупериоды имеют одинаковую длительность, 30 равную половине периода основной частоты с ердечник а (3 ).

Недостаток способа состоит в том, что при реальных размерах излучателя (70-80 мм) в излучаемом спектре упругих колебаний отсутствуют низкочастотные составляющие с частотой

5-12 кГц, необходимые для низкочастотного AK.

Цель изобретения — повщшение функ- 40 циональных возможностей, излучателя путем расширения спектра излучаемого упругого импульса.

Поставленная цель достигается путем реализации способа формирования им- 45 пульсов упругих колебаний с помощью низкодобротного магнитострикционного излучателя, возбуждаемого импульсом колоколообразной формы в режиме резонансных колебаний и повторного возбуждения излучателя импульсом обратной полярности так, что повторное возбуждение осуществляется во временном интервале, соответствующем четвертой четверти первого периода

5S собственных колебаний излучателя, причем длительность импульса повторного возбуждения выбирается так, что12 4 бы она не превышала временного интервала между моментом повторного возбуждения и окончанием первого перио да собственных колебаний, а его амплитуда выбрана так; чтобы она скомпенсировала остаточную намагниченность материала сердечника от первого возбуждения..

Воздействие повторного возбуждения накладывается на собственные колебания сердечника и приводит к увеличению длительности второго полупериода импульса упругих колебаний.

Длительность третьего полупериода колебаний также увеличивается и становится близкой к длительности второго полупериода, вследствие низкой добротности сердечника излучателя.

В результате увеличения длитель- ности второго и третьего полупериодов упругого импульса, излучаемые импульсы при реальных размерах сердечника имеют широкий спектр — 5-25 кГц с достаточным количеством низкочастотных составляющих, что требуется для эффективной работы низкочастотного

АК.

На фиг. 1 приведен пример реализации схемы устройства для формирования упругих импульсов по предпагаемому способу; на фиг. 2 — эпюры напряжений и токов. (Основными элементами описываемого варианта схемы являются задающий генератор 1, мультивибратор 2 задержки, дифференцирующая цепь 3, генератор 4 прямого возбуждения, генератор 5 повторного возбуждения, низйодобротный излучатель 6 с обмотками 7 и 8.

Задающий генератор 1 генерирует остроконечные импульсы1фиг.2 эпюра 9/с частотой повторения, равной частоте повторения излучаемых упругих импульсов. Этими импульсами запуска вся мультивибратор задержки 2, который генерирует прямоугольные импульсы (фиг. 2 эпюра 10)

Прямоугольные импульсы поступают на дифференцирующую цепь 3, на выходе которой формируется положительный импульс от переднего фронта и отрицательный импульс от заднего фронта (фиг. 2 эпюра 11) . Положительным импульсом запускается генератор 4 прямого возбуждения, который формирует колоколообразный импульс тока (фиг. 2 эпюра 12j, протекающий по обмотке 7 излучателя.

512 6

В результате того, что длительность второго и третьего полупериодов импульса упругих колебаний увеличилась, чав тотный спектр импульса расширяется в область низких частот.

832

Длительность импульса тока равна половине периода собственной частоты излучателя, а амплитуда обеспечивает создание в сердечнике магнитной индукции насыщения (фиг. 2 эпюра

13) дпя получения максимальной амплитуды упругого импульса.

После протекания первого импульса тока по обмотке 7 в сердечнике излучателя действует магнитная индукция >0

В !(фиг. 2 эпюра 13), величина которой определяется постоянной составляющей тока и остаточной намагниченностью материала сердечника.

Под воздействием импульса тока ls прямого возбуждения сердечник излучателя стремится колебаться в режиме собственных гармонических затухакщих колебаний (фиг. 2 эпюра 14).

В то время как сердечник излуча- 2р теля совершает свободные колебания в четвертой четверти первого периода, отрицательным импульсом (фиг. 2 эпю- . ра 11) в момент t3, запускается генератор повторного возбуждения 5, ко- 25 торый формирует импульс тока обратной полярности (фиг. 2 эпюра 15 ) протекающий по обмотке излучателя 8.

Амплитуда импульса выбирается такой, чтобы создаваемая индукция скомпен- Зо сировала остаточную намагниченность от первого возбуждения(В = О, фиг. эпюра 16) .

Импульс обратной полярности действует во временном интервале tЗ-Й, 35 при этом на свободные колебания сердечника излучателя накладываются вынужденные силы магнитострикции, которые препятствуют действию упругих сил свободных колебаний и увеличивают 40 длительность второго полупериода, В связи с тем, что сердечйик излучателя низкодобротный, длительность третьего полупериода также увеличивается (фиг. 2 эпюра 17) . 45

Формула изобретения

Способ формирования импульсов упругих колебаний при акустическом каротаже скважин, при котором электрическим импульсом возбуждают в режиме резонансных колебаний низкодобротный магнитострикционный излучатель, отличающийся тем, что, с целью повышения функциональных возможностей излучателя путем расширения спектра излучаемого упругого импульса, излучатель повторно возбуждают во временном интервале, соответствующем четвертой четверти первого периода собственных колебаний, импульсом обратной полярности, длительность которого не превышает временного интервала между моментом повторного воздеиствия и окончанием первого периода собственных колебаний, а амплитуда компенсирует остаточную намагниченность от первого возбуждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Ивакин Б.Н., Карус Е.В. и Кузнецов О.Л. Акустический метод исследования скважин, М., "Недра", 1978, с. !44-145.

2. Патент США У 3.136 .381 Н кл . 340155 опублик. 1965.

3. Косолапов А.Ф. и Дзебань И.П.

Кольцевой магьытострикционный излучатель для приборов акус гического каротажа. Сб. "Геоакустические исследования в скважинах". Труды ВНИИГЯГГ вып. 18. М., ОНТИ ВНИИЯГГ, 1974, с. 111 — 121 (прототип 7 .

832512 ак

Редактор Н, Пушненкова

Заказ 3971/82 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 о

8а

Составитель Н. Журавлев

Техред 3.Фанта Корректор Г. Назарова