Устройство для акустического каротажа скважин

 

(iu998992

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ

Союз Соеетсиих

Социалистических

Ресмубпин

I (6l } Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 15.09.81 (21) 3336302/18-25 (5ЦМ. Кл.

G 01 Ч 1/40 с присоедииеннехт заявки ив

ГвсудвретвевкыВ кемвтвт

CCCP

1о элам взебретввкй н аткрытий (23) Приоритет (63) УД3 550 83 (088.8) Опубликовано 23.02.83. Бюллетень М 7

Дата опубликования описания 25.02.83

А.Б. Немировский, ф.Н. Суздальни (72} Авторы изобретения ий и Ю .3 ." втйр

) fc

/ъ

Обская геофизическая экспедиция Произв геологического объединения "Новосибирск" Геология" (7 I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО

КАРОТАЖА СКВАЖИН

Изобретение относится к устройствам для акустического каротажа и может быть использовано при скважинных акустических исследованиях.

В известных устройствах для акустического каротажа излучатель (или

5 излучатели поочередно) возбуждает в скважине акустические колебания с определенной частотой повторения, после чего производится прием и изме" о рение параметров этих колебаний, С целью повышения точности измерения в такой аппаратуре применяют накопление сигналов. Например, при записи фазокорреляционных диаграмм используется накопление на фотослое (1 ).

Однако эффективность накопления в ряде случаев оказывается недостаточной вследствие низкого значения частоты повторения излучаемых им- 2о пульсов, которая выбирается из условия исключения интерференции волновых картин в смежных циклах излучения при наибольшей длительности волновой

2 картины. Так как каротаж осуществляется при непрерывном перемещении зон" да в скважине, то с повышением скорости движения время нахождения из" мерительной установки в предеЛах исследуемой области становится соизмеримым с временем измерения. Вследст" вие этого. усреднение результатов измерения по нескольким циклам при низкой частоте повторения приводит к возникновению динамических погрешнос" тей.

Известно. также устройство, реали" зованное в каротажной аппаратуре

УЗКУ-3/2. В этом устройстве-оператор имеет возможность менять период повторения между излучаемыми импульсами в зависимости от длительности регистрируемых волновых .картин. Вол-. новые картины при этом наблюдаются на экране электроннолучевой трубки (2 j.

Однако при исследовании сложно построенных геологических разрезов

998992 при непрерывном перемещении акустического зонда в скважине устройство не позволяет совместить требование высокой производительности работ и точности измерения параметров акустических сигналов вследствие снижения точности установки временных интервалов между излучаемыми группами импульсов. Это вызвано тем, что время, необходимое для перестройки 10 частоты повторения тактового генератора, оказывается соизмеримым с длительностью нахождения зонда в пределах исследуемого пласта.

Наиболее близким по технической i 15 реализации к изобретению является устройство для акустического каротажа скважин, содержащее генератор запускающих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, амплитудный детек- 20 тор, компаратор и схему измерения параметров упругих волн, при этом выход генератора запускающих импульсов соединен с излучателем, приемник соединен с усилителем, выход которого под- у5 ключен к входам амплитудного детектора и схемы измерения параметров упругих волн, выход амплитудного детекто" ра соединен с первым входом компаратора. 30

Это устройство служит для измерения скорости распространения ультразвука частотно-импульсным методом.

Генератор запускающих импульсов может работать как в автоколебательном режиме, так и в режиме синхронизации.

При включении, а также при пропадании импульса, циркулирующего в кольце, генератор запускающих импульсов работает в автоколебательном режиме с а0 малой частотой повторения. В режиме внешней синхронизации частота цирку" ляции импульсов оказывается пропорци ональной скорости распространения ультразвука в среде между излучателем и приемником (3 j.

Однако использование такого циркулятора при акустическом каротаже существенно снижает точность измерения.

Это вызвано тем, что в большинстве случаев при акустическом каротапе длительность волновых картин существенно превышает время распространения сигналов от излучателя до приемника. Это приводит к ичтерференции акустических сигналов, регистрируемых в смежных циклах излучения, Целью изобретения является повышение точности измерения кинематических и динамических параметров упругих волн.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство ля акустического каротажа скважин, содержащее генератор запускающих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, амплитудный детектор, компаратор и схему измерения параметров упругих волн, при этом выход генератора запускающих импульсов соединен с излучателем, приемник соединен с усилителем, выход которого подключен к входам амплитудного детектора и схемы измерения параметров упругих волн, выход амплитудного детектора соединен с первым входом компаратора, дополнительно введены измеритель помехи, ключевая схема, трехвходовая схема И и блок программного управления (БПУ), при этом выход усилителя соединен с первым входом ключевой схемы, выход которой подключен к входу измерителя помехи, выход последнего соединен с вторым входом компаратора, выход компаратора соединен с первым входом трехвходовой схемы И, второй и третий входы которой соединены с первым с и вторым выходами блока программного управления, третий выход которого соединен с управляющим входом ключевой схемы, выход трехвходовой схемы И соединен с входом генератора запус" кающих импульсов, а вход блока программного управления подключен к выходу генератора запускающих импульсов.

Положительный эффект достигается тем, что устройство позволяет работать с максимально возможной частотой повторения применяющейся в широких пределах -длительности волновой картины. Это позволяет при использовании измерителей параметров акустических сигналов с накоплением существенно повысить точность измерения при малых соотношениях сигнал/шум без снижения производительности каротаж" ных работ.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока программного управления; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу схем.

Устройство содержит приемник I акустических колебаний, усилитель 2, амплитудный детектор 3, компаратор 4, трехвходовую схему И 5, генератор запускающих импульсов 6, излучатель 7, БПУ 8, ключевую схему 9, из998992 меритель помехи 10 и схему 11 изиере" ния параметров упругих волн.

Генератор запускающих импульсов 6, который служит для запуска изпучате-! ля 7, может работать в автокопебательном режиме с малой частотой повторения импульсов го и в режиме синхронизации с частотой повторения больше Fp . Приемник 1 служит для приема акустических сигналов, возбуж-16 даемых излучателем 7, и преобразования этих сигналов в электрические °

Выход приемника соединен с входом усилителя 2. Выход усилителя 2 подключен к входам ключевой схемы 9, схемы 11 измерения параметров упругих волн и амплитудного детектора 3, предназначенного для выделения огибающей волновой картины. Выход амплитудного детектора 3 соединен с первым из вхо- 20 дов компаратора 4. Компаратор 4 служит для формирования импульса в момент превышения входными сигналами некоторого порогового уровня. 1:лю.чевая схема 9 предназначена дпя пода", уу чи на измеритель помех 10 только шумового сигнала, который действует в определенном временном интервале по окончании длительности волново" картины. Измеритель помех 10 слупит Зо для измерения и запоминания уровня помех на время длительности нескольких циклов излучения и подачи этого уровня в виде постоянного напряжения на второй вход компаратора 4. При уменьшении уровня огибающей акустического сигнала ниже уровня помехи на выходе компаратора 4 вырабатывается импульс окончания длительности . волновой картины. Этим- импульсом через трехвходовую схему И 5 производится запуск генератора запускающих им.пульсов 6 и излучателя 7. БПУ предназначен дпя формирования импульсов временного интервала, в котором действуют только помехи. Этими импульсами открывается ключевая схема 9.

БПУ 8 формирует также импульсы запрета циркуляции в контуре, образованном приемником I усилителем 2, амплитудным детектором 3, компаратором 4, трехвходовой схемой И 5, генератором запускающих импульсов 6, излучателем 7 и скважиной. Сигналы запрета циркуляции с БПУ 8 поступают в интервалы времени, в которых апри"

5$ орно невозможно окончание длительности волновой картины, например, от момента излучения до момента вступления гидроволны, а также для разрыва цепи циркуляции через определенное число циклов излучения.

Устройство работает следующим образом.

В генераторе запускающих импульсов 6 формируется короткий импульс, который запускает излучатель 7 и поступает в блок программного управ-. ления 8, где производится счет излучаемых импульсов. Акустические сигналы, возбуждаемые излучателен 7, воспринимаются приемником 1, усиливаются и регистрируются схемой 11 измерения параметров упругих волн. Ключевая схема 9 и трехвходовая схема

И 5 закрыты до тех пор, пока генератор запускающих импульсов 6 не сформирует пачку из М импульсов. После

М-го импульса в БПУ 8 формируется сиг" нал запрета циркуляции (фиг. Зг )., ко" торый поступает на один из входов трехвходовой схемы И 5 и запирает ее на время, равное длительности от М до 0 +1- го импульса запуска излучателя. С задержкой Т относительно

N-ro импульса запуска БПУ 8 вырабатывает импульс для отпирания ключевой схемы 9 (фиг. Зд 1. Время задержки

Тз *при этом выбирается априорно больше максимально возможной длительности волновой картины. За время действия этого импульса (1/Г. Т )измеря ется уровень помех измесителеи 1О, запоминается и поступает на вход компаратора 4. Акустический сигнал, при-. нятый приемником 1, усиленный и продетектированный амплитудным детекто. ром 3 Фиг. 3в ) поступает на вход комкомпаратора 4. В момент равенства сиг» напов на входах компаратора 4 и при отрицательной производной огибающей акустического сигнала на выходе ком-. паратора 4 появляется импульс окончания длительности волновой картины.

Этот импульс через схему И 5, открытую в этот момент фиг. 3г, Зе),запускает генератор 6 запускающих импульсов, который работает при этом в режиме внешней синхронизации, и за" тем излучатель 7, Следующие циклы работы протекают аналогично рассмотренному, за исключением. того,что клю" чевая схема 9 закрыта и на входе компаратора поддерживается запомненный в интервале между и и и +1 циклами уровень помех, который сбрасывается импульсом окончания пачки из

И импульсов возбуждения излучателя, формула и зобретения

7 99899 и описанные процессы работы устройства повторяются. При пропадании акустического сигнала генератор запускающих импульсов б переходит в автоколебательный режим. Блок программного управления 8 может быть реализован по функциональной схеме (фи г. 2 ). Блок состоит и з генератора бланкирующих импульсов 12, счетчика 13 емкостью й, двух схем за- )о держки 14 и 15, триггера 16 и генератора 17 стробирующего импульса. Генератор бланкирующего импульса 12 запускается от генератора запускающих импульсов 6 и формирует импульс 1S запрета циркуляции в каждом цикле излучения в интервале времени от момента излучения до момента вступления гидроволны (фиг. 3е). Импульсы запуска излучателя поступают также 20 на счетчик 13. При поступлении на вход счетчика М-го импульса на его выходе появляется импульс (фиг.3ж ), который сбрасывает запомненное значение уровня помех в измерителе 10 2S и поступает на входы RS-триггера: на вход R - непосредственно, на вход S - через схему задержки 14, а также через схему задержки 15, запускает генератор 17, формирующий импульс отпирания ключевой схе.мы 9 (,фиг. 3д ). На выходе триггера 16 при этом формируется импульс запрета циркуляции (Фиг 3г) °

Предлагаемое устройство может работать не только с одним, но и с двумя и более излучателями (или приемниками ). Для этого блок программно-, го управления должен содержать коммутатор, переключающий импульс запуска с выхода генератора запускаю щих импульсов 6 попеременно с одного излучателя на другой.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет значительно повысить 4S частоту повторения акустических сигналов в исследуемых породах с большим затуханием, где длительность волновой картины мала. Используя измерители параметров акустических сигналов с накоплением,например регистраторы фазокорреляционных диаграмм с накоплением на фотослое или цифровые регистраторы на магнитной ленте с усреднением волновой картины по несколькин циклам

2 8 излучения и т.д., можно повысить помехоустойчивость и точность измерения в разрезах с большим затуханием сигнала.

Устройство для акустического каротажа скважин, содержащее генератор запускающих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, амплитудный детектор, компаратор и схему измерения параметров упругих волн, при этом выход генератора запускающих импульсов соединен с излучателем, приемник соединен с усилителем, выход которого подключен к входам амплитудного детектора и схемы измерения параметров упругих волн, выход амплитудного детектора соединен с первым входом компаратора,,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения кинематических и динамических характеристик упругих волн, в него дополнительно введены измеритель помехи, ключевая схема, трехвходовая схема И и блок программного управления, при этом выход усилителя соединен с первым входом ключевой схемы, выход которой подключен к входу измерителя помехи, выход последнего соединен с вторым входом компаратора, выход компаратора соединен с первым входом трехвходовой схемы И, второй и третий. входы которой соединены с первым и вторым выходами блок» программного управления, третий выход которого соединен с управляющим входом ключевой схемы, выход трехвходо вой схемы И соединен с входом генера; тора запускающих импульсов, а вход блока программного управления подключен к выходу генератора эапускаю1 щих импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ивакин Б.Н,, Карус E,Â,, Кузнецов О.Л. Акустический метод исследования скважин. И., "Недра", 1973, с. 139-144, 2. Булатова Ж,И,, Волкова Е,А., Дубров Е.Ф. Акустический каротаж.

И., "Недра", 1970, с. 49, 3, Патент CiliA N 2826212, кл. 181-155, опублик. 1956 (прототип).

998992

РРР P$P !

Составитель Н. Иуравлева

Редактор 8. Иванова Техред О.Неце Корректор Л. Бокшан

Заказ 1150/69 Тираж 708 Подписное

"ЬНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11)035 Иосква Ж-Я Ра нская наб. д. 4/5 филиал ППП IlBTBHT г. Ужгород, ул. Проектнал,