Устройство для фиксации упругих колебаний при акустическом зондировании горных пород Советский патент 1983 года по МПК G01V1/52 

Изобретение относится к исследованиям кинематических и динамических характеристик упругих волн в пересекающих скважину горных породах.

Известно устройство, работа которого основана на фиксации преобразованных в электрический сигнал поступающих от излучателя упругих коле, баний с помощью порогового устройства, срабатывающего на первом положительном полупериоде сигнала при достнжении последним порога срабатывания, установленного выше уровня по(мех СП.

Недостатком устройства является v невысокая точность при оценке кинема- тических и динамических характеристик упругих волн в исследуемых породах из-за наличия временной ошибки, несущей случайный характер.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котором для фиксации момента прихода упругих колебаний используются два пороговых устройства: грубое - с порогом срабатывания выше уровня помех и точноес порогом срабатывания на уровне помех. К, выходу точного порогового устройства подключен формирователь прямоугольных импульсов длительностью не менее четверти периода колебаний информационного сигнала. Выход грубого порогового устройства и выход формирователя подключены к входам селектора. Задний фронт выходного импульса селектора в дальнейшем используется в качестве сигнала фиксации момента прихода упругих колебаний в устройствах для измерения интервального времени и коэффициента затухания упругих волн в пересекаемых скважиной породах. В этом устройстве роль грубого порогового устройства сводится к обнаружению ( опознаванию ) период а сигнала, подлежащего фиксации приполной безопасности ( из-за высокого порога )в .отношении помех. Точное же пороговое устройство фиксирует сигналы при более низком (на порядок ) пороге -. в самом начале фиксируемого полупериода сигнала, т.е. значительно точнее. Кроме сигнала фиксируются и помехи, достигающие по амплитуде порога срабатывания точного порогового устройства. Выходной импульс на селекторе имеет место только при совпадении срабатывания точного порогового устройства и попадания

момента срабатывания грубого порогового устройства.в интервал,начинаю щийся в момент срабатывания точного порогового устройства,имеющий длителность в четверть периода сигнала.Такое совпадение вероятно для информационного сигнала и маловероятно для помех, поскольку незащищенным от помехи оказывается незначительный временной интервал, не превосходящий чеверти периода С 3.

Недостатком известного устройства является недопустимое снижение точности (сбои ) при деформированном сигнале, чтохарактерно для кавернозных участков и участков с желобами, а также для наклонных скважин при недостаточном центрировании. В этом случае,, распространяясь по стекам скважины, упругие колебания поступают на приемный преобразователь за счет разности путей не в одинаковой фазе, что зачастую приводит к существенному увеличению длительности фронта фиксируемого вступления. При значительном же превышении длительностью фронта длительности импульса фор1-|ирователя прямоугольных импульсов, равной четверти периода неискаженного сигнала, момент срабатывания грубого порогового устройства .не может попасть в интервал импульса формирователя и селектор выдает импульс не ранее, чем через один или несколько периодов после подлежащего фиксации полупериода сигнала, т.е. имеет место недопустимо большая погрешность, равнозначная полной потере информации.

Цель изобретения - повышение точности фиксации упругих колебаний при деформированном сигнале.

Цель достигается тем, что в устройство для фиксации упругих колебаний при акустическом зондировании горных пород, содержащее пороговые устройства: грубое - с порогом срабатывания выше уровня помех, точное г с порогом срабатывания на уровне помех,подключенный к выходу точного порогового устройства формирователь прямоугольных импульсо длительностью не-менее четверти периода исследуемых колебаний и селектор, входы которого связаны соответственно с выходом формирователя прямоугольных импульсов и выходом грубого порогового устройства, введены дополнительный формирователь прямоугольных импульсов, подклю ченный к выходу грубого порогового устройства, и схема ИЛИ, входы кото рой подключены: первый - к выходу дополнительного формирователя прямоугольных импульсов, а второй - к выходу селектора, причем длительность импульсов . дополнительного формирователя установлена равной дли тельности импульсов формирователя прямоугольных импульсов на выходе точного, порогового устройства. Такое конструктивное выполнение устройства обеспечивает возможност срабатывания аппаратуры по обоим каналам на одноименные полупериоды информационного сигнала даже в охлаж денных геологических условиях, когд из-за искажения формы сигнала двух пороговая система/практически перестает работать, поскольку грубое по роговое устройство.начинает захваты вать на одном из каналов не первый полупериод, а второй, третий и т.д. На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряже . НИИ при нормальном сигнале; на фиг эпюры напряжений при деформированны начальнь1х полупериодах сигнала. ; Схема устройства включает грубое пороговое устройство 1, точное поро говое устройство. 2, .формирователи- 3 Ц прямоугольных импульсов, селектор 5, схему логического слол(ения ИЛИ 6 Входкаждого из формирователей 3 и подключен соответственно к выходу точного и грубого пороговых устройств. Входы селектора 5 подключены ; первый - к выходу грубого порогового устройства 1, второй - к выходу формирователя 3 прямоугольных импульсов. Входы схемы ИЛИ 6 . Подключены соответственно к вь1ходу селектора 5 и к выходу формировател прямоугольных импульсов. Устройство работает следующим сбразом. Информационный сигнал 7 в виде пакета электрических колебаний, преобразованных из упругих колебаний, пришедших по стенкам скважины от источника колебаний к приемному преобразователю: вместе с наложенны1ми помехами, поступает одно- временно на входы грубого 1 с порогом 8 и точного 2 с порогом 9 пороговых устройств, вьтолненных на основе операционных усилителей. Режим и схема включения операционных 1 84 силителей обеспечивают фиксацию положительныхполупериодов информационного сигнала, причем порог 8 установлен.заведомо выше помех, а высота порога 9 установлена на порядок ниже порога 8 и соизмер 1йа с уровнем наиболее интенсивных помех. Операционный усилитель грубого порогового устройства 1 является паратором , который срабатывает при достижении положительными Нолупериодами сигнала 10 и 11 порога его срабатывания (соответствующего величине опорного напряжения UQJ,) и с помощью логической схемы на выходе операционного уси.лителя формирует в каждом такте период напряжения 12, фронт 13 которого соответствует первому в интервале ожидания срабатыванию грубого порогового устройства. Помеха же не достиг.ает по амплитуде порога срабатывания грубого порогового устройства и поэтому на пороговое устройство никакого воздействия не оказывает. Операционный усилитель точного порогового устройства также поставлен- в режим компаратора, но при бо лее низком опорном напряжении, составляющем 0,1 и .Поэтому он срабатывает на соответственно более низком уровне, формируя на выходе перепады напряжения 1 от положительных полупериодов сигнала, а также от достаточной амплитуды помех в случае их появления. Перепады напряжения с выхода точного порогового устройства поступают на формирователь 3 прямоугольных импульсов и запускают его передними фронтами, соответствующики моменту срабатывания точного порогового устройства. В результате запусков формирователь вырабатывает прямоугольные импульсы 15, имеющие каждый длительность t, равную четверти периода Т неискаженного сигнала. Перепады напряжения 12 грубого порогового устройства 1 и выходные импульсы IS формирователя 3 поступают на раздельные входы выполненного по схеме логического триггера селектора. При попадании фронта 13 в интервал одного из импуль ;ов 15 на выходе селектора (возможном для сигнала и невозможном для помехи ) вырабатывается прямоугольный импульс 1б, передний фронт которого соотвётствует моменту срабатывания грубого порогового устройства, а задний фронт - смеи|,енному на время мо менту срабатывания точного порогового устройства. Выходной импульс 1б селектора через дифференциальную цепочку попадает на один из входов схемы логического сложения ИЛИ. На другой вход ИЛИ также ч рез дифференцирующую цепочку поступает прямоугольный импульс 17 формирователя . Наиало импульса 17 соответствует фронту 13 на выходе грубого порогового устрой-ства, а его длительность установлена равной длительности импульса формирователя 3. В результате на выходе схе мы ИЛИ 6 возникает остроконечный импульс 18, соответствующий по време ни задержанному на время моменту первого срабатывания на сигнале точного порогового устройства, и та кой же по форме импульс 19 соответствующий задержанному на время пёрвому срабатыванию грубого порогового устройства, С выхода схемы ИЛИ оба импульса поступают в измерительные блоки аппаратуры акустического каротажа, где первый по времени импульс 18 используется в качестве сигнала фиксации момента прихода упругих колебаний. I На участках скважины, где имеет м то деформация сигнала - в кавернозных разрезах, при наличии желобов и некачественном центрировании, когда за счет интерференции сигналов, пришедших к приемному преобразователю по путям различной -длины, возможно существенное затягивание фронта фиксируемого полупериода, момент ера батывания грубого порогового устройства выходит за интервал, огсчитываемый от момента срабатывания точного порогового устройства. Поэтому импульс на выходе селектора отсутствует, а на выход схемы ИЛИ проходит импульс 19, соответствующий задержанному на время t моменту срабатывания уже не точного, а грубого порогового устройства. Этот импульс при отсутствии импульса 18 поступа-, ет в измерительные блоки аппаратуры акустического каротажа в качестве сигнала фиксации момента прихода упругих колебаний. Фактически импульс 19 осуществляет подстраховку при отсутствии из-за деформации сигнала импульса 18. При этом исключается переход на фиксацию вместо первого положительного последующих вступлений и, соответственно недопустимо большая погрешность или полная потеря информации. Появляющаяся же случайная погрешность в интервалах с деформированным сигналом соответствует временному сдвигу между импульсами 18 и 19 и не превышает длительности фронта фиксируемого поЛупериода, что является вполне приемлемым в осложненных для получения информации условиях. Использование предлагаемого изобретения в несколько раз уменьшает погрешность фиксации упругих колебаний и существенно снижает вероятность потери информации а осложнейных условиях, что повышает достоверность информацией о пересекаемых скважиной породах, и соответственно, эффективность геофизических исследований.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ УПРУГИХКОЛЕБАНИЙ ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ ЗОНДИРОВАНИИ ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее пороговые устройства: грубое с порогом срабатывания выше уровня помех, точное - с порогом .срабатывания на уровне помех, подключенный к выходу точного порогового устройства формирователь прямоугольных импульсов длительностью не менее четверти периода исследуемых колебаний и селектор,входы которого связаны соответственно с выходом формирователя прямоугольных импульсов и выходом грубого порогового устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фиксации упругих колебаний при деформированном сигнале-, в него введены дополнительный формирователь прямоугольных импульсов, подключенный к выходу грубого порогового устройства, и схема ИЛИ, входы которой подключены: первый - к выходу дополнительного формирователя прямог (О угольных импульсов, а второй - к вы ходу селектора, причем длительность импульсов дополнительного формирователя установлена равной длитель§ ности импульсов формирователя прямоугольных импульсов на выходе точно го порогоадго устройства. 00 о 00