Устройство для многозондового акустического каротажа скважин

 

О П И С А Н И Е ()981915

И ЗО6РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советеиик

Соцналистичесиик

Республик (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.06. 81(21) 3298516/18-25 р1) щ

3 („01 Ч 1/40 с присоединением заявки Ле

3Ьоударстееииый комитет

СССР (23) Приоритет па делам изобретений и открытий

ОпУбликовано 15.12.82. Бюллетень № 46 (5З) УЛК 550.83 (088.8) Дата опубликования описания 17.12.82 (72) Автор изобретения

E. А. Аркадьев

Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной-геофизики... и геохимии (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОЗОНДОВОГО АКУСТИ"П.СКОГО

КАРОТАЖА СКВАЖИН

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть ис пользовано при разработке системы для исследования нефтяных и газовых скважин методом многозондового акустичес5 кого каротажа с применением матодов пространственно-временной фильтрации зарегистрированных акустических сигналов при цифровой обработке на ЭВМ. то

Известно устройство для многозондового акустического каротажа скважин,, состоящее из скважинного зонда, включающего в себя акустический излучатель блок возбуждения акустического излучателя, по.крайней мере два акустических приемника, расположенных с постоянным шагом, и соединенного линией связи (каротажным кабелем) с наземной частью, включающей в себя датчик глубины, блок согласования и блок цифровой обработки и регистрации акустических сигналов.

Устройство обеспечивает цифровую обработку и регистрацию совокупности акустических сигналов, полученных от определенным образом расположенных относительно излучателя акустических приемников. Обработка сигналов осуществляется фильтрацией и комбинированием, с учетом времен прихода сигналов, методом мно- жественной корреляции N .

Однако так как расстояния между приемниками не согласованы с длинами волн регистрируемых акустических сигналов, а также из-за влияния неоднородностей разреза скважины в областях излучения и приема акустических сигналов, во время движения зонда в скважине возникают значительные погрешности

Известно устройство для акустического каротажа скважин, содержащее в скважинном зонде блок акустических излучателей, блок возбуждения акустических излучателей и блок акустических приемников.

Устройство обеспечивает формирование диаграмм направленности излучаемого и принимаемого акустического импульса (2).

Однако устройство характеризуется ограниченными функциональными возможностями, 5

Наиболее близким к предлагаемому по совокупности общих признаков является устройство для многозондового акустического KBpoTQKG скважин, состоящее из скважинного зонда, вклкчающего в 10 себя блок акустических излучателей, соединенный с блоком возбуждения акустических излучателей, по крайне мере, и два акустических приемника, расположенных с постоянным шагом, и соеди- 15 ненного линией связи с наземной частью, включающей в сеоя датчик глубины, блок согласования, блок сигналов управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса, вход которого сое- 0 динен с выходом блока цифровой обработки и регистрации акустических сигналов.

Устройство обеспечивает автоматическое управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса в rrpo- g5 цессе измерений (3).

Однако устройство характеризуется ограниченными функциональными возможностями в частности отсутствует возможность изменения зондовых расстояний с целью реализации при цифровой обработке зарегистрированных сигналов методов пространственно-временной фильтрации, Пель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышения

35 точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для многозондового акустического каротажа скважин, состоя щее из скважинного зонда, включающего

40 в себя блок акустических излучателей, соединенный с блоком возбуждения акустических излучателей, по крыйней мере, и два акустических приемника, расположенных с постоянным шагом, и соеди45 ненного линией связи с наземной частью, включающей в себя датчик глубины, блок согласования, блок сигналов управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса, вход которого соединен с выходом блока цифровой обработ- 50 ки и регистрации акустических сигналов, введены в наземную часть блок сигналов управления формированием группы акустических излучателей, а в схваженный зонд введен дешифратор сигналов управления запуском группы излучателей, при этом входы блока сигналов управления формированием группы акустических из5 ф лучателей подключены к выходу блока сигналов управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса и выходу блока цифровой обработки и регистрации акустических сигналов, а выход блока через блок согласования и линию связи подключен к дешифратору сигналов управления запуском группы излучателей, выходы которого подключены к блоку возбуждения акустических излучателей, при этом акустические излучатели в блоке расположены с шагом, равным половине минимальной длины волны в спектре регистрируемых акустичеоких сигналов, при максимальной обшей длине блока излучателей, равной сумме шага расположения акустических приемников и длины возбуждаемой группы излучателейй. При этом в наземную часть аппаратуры введен блок формирования сигналов меток глубин, равных шагу расположения преобразователей в блоке акустических излучателей, причем вход блока подключен к датчику глубины, а выход — к блоку сигналов управления формированием группы акустических излучателей и блоку цифровой обработки и регистрации акустических сигналов.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит скважинный зонд

1, включающий в себя блок 2 акустичес-. ких излучателей, блок 3 возбуждения акустических излучателей, дешифратор 4 сиг налов управления запуском группы излучателей, размещенные в блоке 5 электроники, акустические приемники Пl-П

6, 7 и 8, скважинный зонд соединен линией связи (каротажным кабелем) 9 с наземной частью, включающей в себя датчик 10 глубины, блок ll формирования сигналов меток глубин, равных шагу расположения преобразователей в блоке акустических излучателей, блок 1 2 со гласования, блок 1 3 сигналов управления формированием группы акустических излучателей, блок 14 сигналов управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса, бпок 15 цифровой обработки и регистрации акустичеоких сигналов, включающий в себя аналогоцифровой преобразователь 1 6, буферное оперативно-запоминающее устройство 1 7, блок 18 цифровой обработки сигналов и накопитель 19 на магнитной,пенте.

Блок 2 акустических излучателей состоит из системы кольцевых преобразова081915

10, телей, расположенных с постоянным ша« гом, равным половине минимальной длины волны, в спектре регистрируемых длин волн, при максимальной длине расположения излучателей, равной сумме шага расположения акустических приемников и длине возбуждаемой группы излучателей 0„

Конструктивно блок акустических излучателей может быть выполнен в виде цилиндрической антенны.

При широкополосном акустическом каротаже преобладающими частотами в спек тре возбуждаемых и регистрируемых сигналов для основных типов волн и диапазонов скоростей распространения упругих волн в горных породах будут частоты, соответствующие длинам волн 8-64 см.

Следовательно,,для реализации при цифровой обработке сигналов различных мето- 20 дов пространственно-временной фильтрации, шаг между акустическими излучающими преобразователями может быть выбран равным Ъ = h щ,, (2=4 см, сожасно теореме отсчета в области длин войн). Длина блока акустических преобразователей может быть выбрана равной сумме Л „„„+ h. n где 1 „,,х — максимальная длина волны в спектре регистрируемых сигналов, равная 30

64 см;

Ъ вЂ” шаг расположения акустических преобразователей; т - число излучателей в возбуждаемой группе. 3S

Устройство работает следующим образом.

По командам- от блока 18 цифровой щ обработки сигналов блок 14 сигналов управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса вырабатывает сигналы управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса, которые через блок 1 3 сигналов управления форм ирова нием группы акустических излучателей, блок

1 2 согласования, линию связи 9 поступают на дешифратор 4 сигналов управления

$0 запуском группы излучателей.

Программа, по которой осуществляется выбор и запуск группы акустических излучателей, определяется блоком 1 8 циф ровой обработки сигналов. Например, для реализации эффекта накопления акустических сигналов за счет суммирования по направлению линии годографа выделяемого и измеряемого типа волны за несколько циклов излучения осуществляют измене.ние зондовых расстояний по случайному закону на величину, соизмеримую с длиной волны в спектре регистрируемой и подавляемой предшествующей группы волн.

Изменение зондового расстояния осуществляют выбором группы возбуждаемых кэлучателей.

При измерениях в различных геологических условиях необходимо изменять длину зондовых расстояний в пределах 15 м. Нижний предел определяется, в основ. ном, максимальным затуханием звуковых колебаний в горных породах, а максимальное значение зондового расстояния определяется требованиями глубинности исследования и стремлением получить разрешенную запись различных типов упругих волн и др.

Поэтому в устройстве использовано несколько акустических приемников, расположенных с шагом, равным 3 =А щ„

=64 см, что позволяет согласовать по глубине при цифровой обработке сигналы, зарегистрированные рядом расположенными приемниками.

При непрерывном движении скважинного зонда сигналы с датчика 10 глубин поступают в блок ll формирования сит» налов меток глубин, который вырабатывает сигналы меток глубин, равных шагу расположения преобразователей в блоке

2 акустических излучателей. Эти сиг калы поступают в блок 1 3 сигналов управления формированием группы акустических излучателей, выходные сигналы которого через блок 12 согласования и линию связи 9 поступают в дешифратор

4 .сигналов управления запуском группы излучателей. Таким образом, переключение групп излучателей осуществляется так, чтобы за время между циклами переключения группы излучателей скважинный зонд проходил расстояние, равное шагу расположения акустических преобразователей.

Это обеспечивает постоянство условий возбуждения группы акустических излучателей, с целью получения оптимальной диаграммы направленности и формы излучаемого импульса, исключая тем самым влияние неоднородностей гор ных пород и технического состояния скважин в области излучения.

Частоту запуска выбранной группы излучателей осуществляют, исходя из числа акустических приемников в зонде, таким

7 981 9 образом, чтобы за время переключения

rpyrm излучателей осуществить прИем сигналов от каждого приемника.

Предлагаемое устройство выгодно от» личается от прототипа, так как значитель- но расширены его функциональные возможности и повышена точность при измерениях.

f0

Формуле изобретения

1. Устройство для многозондового акустического каротажа скважин, состоящее из скважинного зонда, иключающего в себя блок акустических излучателей, соединенный с блоком возбуждения акустических излучателей, по крайней мере, и два акустических приемника, расположенных с постоянным шагом, и соединенного линией связи с наземной частью, включающей в себя датчик глубины, блок согласования, блок сигналов управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса, вход которого соединен с выходом блока цифровой обработки и регистрации акустических сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности измерений, в наземную часть введен блок сигналов управления формированием группы акустических излучателей, а в скважинный зонд введен дешифратор сигналов управления запуском группы излучателей, при M этом входы блока сигналов управления формированием группы акустических излучателей подключены к выходу блока

15 сигналов управления диаграммой направн ленности и формой излучаемого импульса H выходу блока цифровой обработки и регистрации акустических сигналов, а выходы блока через блок согласования и линию связи подключен к дешифратору сигналов управления запуском группы излучателей, выходы которого подключены к блоку возбуждения акустических излучателей, при этом акустические излучатели в блоке расположены с шагом, равным половине минимальной длины волны в спектре регистрируемых акустических сигналов, при максимальной общей длине блока излучателей, равной сумме шага расположения акустических приемников и длины возбуждаемой группы излучателей.

2. Устройство по п, 1, от лич аю щ е е с я тем, что в наземную часть аппаратуры введен блок формирования сигналов меток глубин, равных шагу расположения преобразователей в блоке акустических излучателей, при этом вход блока подключен к датчику глубины, а выхо. ды - к блоку сигнялов управления формированием группы акустических излучателей и блоку цифровой обработки и регистрации акустических сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США N 4210987, кл. 367-34, опублик. 1980.

2. Патент США N 3496533, кл. 340-17, опублик. 1970.

3. Патент CEA % 4123744, кл. 340-15.5 опублик. 1979 (прототип) Составитель Н. Журавлева

Редактор Н. Киштулинец Техред Mßààü Корректор Л. Бокшан

Заказ 9703/64 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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