Способ акустического каротажа скважин

 

Союз Советскик

Социапистическмк

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()890320 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) За я влено 08. 04. 80 (21) 2909476/18-25 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Опубликовано 15. 12.81 ° Бюллетень Фв 46

Дата опубликованмя описания 17. 12. 81 (51)М. Кл.

G 01 V 1/40

3Ъоудорстоенный коинтет

СССР (53) УДК 550. .83(088.8) но делам нзооретений н открытий (?2) Авторы изобретения

А.В. Михеев и В.З. Кокшаров

Институт геологии и геофизики Сибирск

АН СССР и Сибирская геофизическая экс промысловой и полевой геофизики одоления ция Йц>авле (71) Заявители (54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

СКВАЖИН

Изобретение относится к геофизическим методам разведки, в частности к акустическому каротажу.

В задачах обнаружения цели, определения расстояния до нее, скорости объекта, скорости распространения сигналов в среде и т.п. используют различные методы выделения сигналов на фоне шумов ипи помех. В таких задачах широко применяются методы оптимальной или квазиоптимальной фильтрации, основанные, например, на корреляционной обработке принятых сигналов при известной их форме или синхронном накоплении периодически повторяющихся сигналов при известном пе«15 риоде их повторения. При корреляционном способе обнаружения используют различные методы модуляции несущей для расширения спектра сигнала без

20 уменьшения его длительности с целью

I обеспечения необходимой энергии сигнала в заданной полосе частот. Широкое применение при таком способе обработки получили фаэоманипулированные сигналы, т.е. сигналы, несущая которьгх меняет фазу скачком на31 1.11.

В ряде задач, где форма зондирующих сигналов заранее неизвестна с достаточной точностью, а известен лишь период их повторения, применяется способ — синхронное накопление, при котором сигналы от нескольких посылок суммируют друг с другом.

В акустическом каротаже форма излучаемых акустических импульсов зависит от акустической нагрузки, т.е. от параметров заскважинного пространства и скважины, и не может быть определена заранее. Поэтому в акустичес- ком каротаже применяется преимущественно способ выделения сигналов— синхронное накопление.

Одним из таких способов, широко применяющихся в акустическом каротаже, является накопление фаз сигналов на фотослое в функции глубины скважи890320 4 лучателя; на фиг. 3 — периодическая бинарная М-последовательность и ее дискретная функция автокорреляции; на фиг. 4 — осциллограммы реальных акустических сигналов, возбужденных и обработанных по данному способу.

Устройство (фиг. 1) содержит тактовый генератор I, генератор бинарной периодической псевдослучайной

te последовательности 2, формирователь импульсов возбуждения излучателя

3, излучатель 4, приемник 5, демодулятор 6, аналого-цифровой преобразователь 7, суммирующее устройство

8, оперативное запоминающее устройство 9.

Способ осуществляется следующим образом.

Тактовый генератор 1 формирует рр непрерывную последовательность импульсов, частота следования которых определяет частоту посылок зондирующих сигналов. Тактовые импульсы поступают на вхоф генератора 2, на выл ходе которого формируется напряжение периодической бинарной И-последовательности с длительностью одиит пульсы запуска и М-последовательность ны — регистрация по методу фазокорреляционных диаграмм (2).

Однако накоплению на фотослое присущ ряд специфических особенностей, ограничивающих эффективность накопления: ограниченный линейный участок фотометрической кривой, зависимость от режимов обработки фотоносителя, яркости и длительности импульсов засветки и т.п.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, основанный на суммировании сигналов, преобразованных в цифровой код с помощью арифметического и оперативного запоминающего устройств, с последующей выдачей суммарного сигнала на регистратор 331.

Недостаток известного способа— существенное снижение скорости каротажа при малых отношениях сигнал/шум на входе приемного тракта. Так как при малых входных отношениях сигнал/ шум число необходимых накоплений может оказаться большим, а период посылки зондирующих сигналов ограничен длительностью полного пакета колебаний на входе приемника и не может быть сделан короче его, то общее вре мя измерений также оказывается значи тельным, что в конечном итоге привод к снижению скорости каротажа и производительности метода.

Цель изобретения — увеличение про изводительности каротажа путем повышения его скорости при высокой помехозащищенности.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу акустического каротажа скважин, состоящему в непрерывном перемещении скважинного прибора и периодическом возбуждении

9 излучателей, приеме сигналов и суммировании сигналов нескольких посылок, увеличивают частоту посылок зондирующих импульсов, модулируют их по фазе периодической бинарной псевдослучайной последовательностью (N-последовательностью), а преобразо— ванные сигналы каждой посылки подвергают фазовой синхронной демодуляции с помощью той же последовательности и суммируют в пределах ее периода.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства акустического каротажа, реализующего данный способ; на фиг. 2 — сигналы на выходах тактового генератора, генератора бинарной М-последовательности и изночного элемента, равной периопч следования тактовых импульсов. Чис— ло элементов в периоде, равное и (2 — 1), задают, исходя из необходимого числа накоплений. Тактовые импоступают на формирователь 3, который вырабатывает мощные электрические импульсы возбуждения излучателя

4 таким образом, чтобы фаза акустических импульсов на выходе излучателя была промодулирована напряжением

И-последовательности. На фиг. 2 вни40 зу приведены сигналы на выходе излучателя. Начальная фаза акустических импульсов принимает два значения

0 или 7 в зависимости от уровня модулирующего напряжения последовательности. Конкретный вид формирователя 3 (фиг. 1) определяется типом применяемого излучателя. Акустические сигналы преобразовываются приемником 5 в электрические и под Е вергаются фазовой демодуляции в демодуляторе 6. 8 качестве опорного а напряжения демодулятора используется то же напряжение М-последовательности. Демодулированные сигналы

>> преобразуются в цифровой код преобразователем 7 и поступают в суммирующее устройство 8, где складывают ся с сигналами предшествующих посы890320 Ь

IO

l5

2Ф

55 лок, храняцимися в оперативном запоминающем устройстве 9.

Предложенный способ возбуждения и обработки колебаний позволяет значительно уменьшить период посылок зондирующих сигналов. Практически это время может быть сведено к длительности полезного участка сигнала (который обычно составляет 5-10 мс при полной длительности сигнала порядка первых сотен миллисекунд). При известных способах каротажа при периодах посылок, меньших длительности сигнала одной посыпки, происходит резкое ухудшение разрешающей способности метода, так как поле первых вступлений сигнал оказывается "забитым" последукщими фазами сигналов от предыдущей посылки. Возможность уменьтшения периода посылок в данном способе без ухудшения разрешающей способности связана с "хорбшими" корреляционными свойствами И-последовательностей, На фиг. 3 приведены периодическая

М-последовательность, состоящая из семи элементов, и ее нормированная автокорреляционная функция при дискретном сдвиге аргумента, кратном цлительности одного элемента. Исходя из характера автокорреляционной функции (наличие одного прямоугольного выброса в пределах периода при нулевом сдвиге и постоянный уровень, обратно пропорциональный количеству элементов последовательности при других сдвигах), ее можно рассматривать как некоторую фильтрующую функцию (во временной области) для сигналов, возбуждаемых по данному способу. Во временном окне, определяемом главным выбросом, после описанных операций обработки просуммируются участки сигналов с длительностью, равной одному такту (элементу) от начала посылки. Участки сигналов с длительностью, большей одного такта, но приходящие в это же время ("хвосты" от предыдущих посылок) попадают в зону подавления, так как их суммарная величина определяется значениями функции автокорреляции при ненулевом сдвиге. Таким образом, при нулевом сдвиге между модулирующей и демодулирующей последовательностями результат представляет собой сигнал, приходящий во время, равное одному периоду посылки с(т начала посылки с амплитудой, увеличенной в N раз, где М вЂ” число накоплений (число элементов последовательности). Мешающие колебания от предшествующих посылок сохраняют исходный уровень. Таким образом, выбирая достаточной длину М-последовательности (число ее элементов) и сокращая период посылки зондирующих сигналов, можно обеспечить необходимое отношение сигнал/шум на выходе системы беэ ухудшения разрешающей способности метода и увеличения времени измерений.

На фиг. 4 (в левой) части показаны временные соотношения между сигналами отдельных посылок (вверху) и характер первых вступлений в каждой посыпке (внизу). В центральной части представлены те же сигналы при сокращении периода их посылки. Характер первых вступлений при этом резко осложняется — на временах первых вступлений появляются колебания от предыдущих посылок. В правой части показан результат обработки таких осложненных колебаний при количестве элементов в 11-последовательности, равной пятнадцати.

Таким образом, предложенный способ позволяет существенно повысить

5р скорость каротажа эа счет увеличения частоты посылок зондирующих сигналов при сохранении той"же помехозащищенности, что и у известного способа.

Формула изобретения

: Способ акустического каротажа скважин, состоящий в непрерывном

4п перемещении скважинного прибора и периодическом возбуждении излучателей, приеме сигналов и суммировании сигналов нескольких посыпок, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с це45, лью увеличения производительности путем повышения скорости каротажа, åличивают частоту посылок зондирующих импульсов, модулируют их по фазе бинарной псевдослучайной периодической последовательностью, принятые сигналы каждой посылки подвергают синхронной фаэовой демодуляции с по-. мощью. той же последовательности и . суммируют их друг с другом в пределах ее периода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Винокуров В.И., Ваккер P,À, Вопросы обработки сложных сигналов в корреляционных системах. 11 "Советское радио", с. 15-18.

2. Перельман А.Л., Рабинович Г.Я.

Некоторые требования, предъявляемые к аппаратуре акустического каротажа типа ЛАК. Сб. "Геофизическая аппара890320 тура", вып. 32, Jl., "Недра", 1967, с. 117-126.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 416651, кл. G Ol V E/40, 1972 (прототи ).

Pvr. 2

890320

Составитель Н. Журавлева

Редактор D. Петрушко Техред А. Савка Корректор Г, Назарова

Заказ 10985/75 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Посква )Н-35 Раушская наб. д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4