Система акустического каротажа Советский патент 1983 года по МПК G01V1/52 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин, в частности к аппаратуре акустического каротажа.. Акустический каротаж проводят, в основном., в разведочных скважинах. Его основная задача - измерение скорости распространения (интервального времени) упругой волны в исследуемых породах, пересеченных-скважиной. Интервальное время является абсолютной величиной и характеризует строение разреза. Для измерения интервального времени используют обычно трехэлемент ный скважинный прибор и наземную аппа ратуру, Скважинный прибор состоит из излучателя (приемника) упругих колебаний и двух приемников (излучателей расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга. Расстояние (интервал) между приемниками называют базой. Излучатель периодически посылает в породу импульсы упругих колебаний. Распространяясь в околоскважи.нком пространстве, упругие колебания достигают сначала ближнего, а через некоторый интервал времени дальнего приемника. Интервальное время распространения между двумя приемниками является информационным, Сиг налы, преобразованные приемниками в электрические, передаются по кабелю периодически от одного, затем от другого приемника к наземной аппаратуре Электрический сигнал представляет собой синхроимпульсы и. волновой пакет (волновая картина). Для вычисления интервального времени достаточно измерять время от синхроимпульса до пер вого вступления сигнала от дальнего приемника и вычесть из него время, измеренное также до первого вctyплe, ния сигнала от ближнего приемника (ближнего канала). Результат подается на регистратор. Однако волновая картина поступает на поверхность на фоне шумов, первые вступления могут быть сильно ослаблены и выделение их на фоне шумов затруднено. При разработке аппаратуры в процес се эксплуатации проблеме выделения вступлений сигнала уделяется большое внимание. Возможны срабатывания порогового выделителя на помеху до первого вступления сигнала при низком уров не порога, а при высоком уровне порога возможны перескоки с первой фазы сигнала на вторую и т.д. l . Для повышения надежности выделения известны устройства, где надежность выделения первого вступления повышатся путем запоминания времен прихода сигнала и помех и сравнения их с сигналом в последующем цикле выделения -, Вероятность совпадения во .времени нестационарных помех мала, в то же время как сигнал должен совпадать в пределах определенного временного разброса. Но. так как в данном устройстве сигнал выделяется при превышении заданного порога, возможны перескоки на вторую фазу сигнала, что проявляется в виде грубой ошибки и выброса на каротажной диаграмме. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является система акустического каротажа, содержащая скважинный прибор и наземную аппаратуру, включающую в себя узлы формирования временных интервалов от синхроимпульса до первой фазы (первого вступления) сигналов ближнего и дальнего каналов, соединенный с узлом вычисления интервального времени Л t,| , и регистратор 31 . В данной аппаратуре не предусмотрены устройства для повышения надежности выделения сигнала и измерения интервального времени и, следовательно, аппаратура выдает ложную информацию при срабатывании по шумам и при перескоках на вторую фазу. Цель изобретения - повышение точности измерения интервального времени (за счет исключения погрешностей при срабатывании по шумам и при перескоках на вторую фазу сигнала). Поставленная цель достигается тем, что в систему акустического каротажа, содержащую соединенные каротажным кабелем скважинный прибор и наземную аппаратуру, включающую в себя узлы формирования временных интервалов от синхроимпульсов до первой фазы (первого вступления) сигналов ближнего и .дальнего каналов, соединенные с узлом вычисления интервального времени ut), и регистратор, дополнительно введены узлы формирования временных интервалов по последующим фазам сигналов ближнего и.дальнего каналов, узлы вычисления интервальных времен Д t &t.j,,,, ,ut j, реализующие все возможные сочетания разностей временных интервалов,, коммутатор, согласующий каскад, узел памяти, узел сравнения, узел переноса, узел управления и элемент выключения, причем выходы узлов формирования временных интервалов подсоединены к входам соответствующих узлов вычисления интервальных времен выходы которых через коммутатор и согласующий каскад подсоединены к уз лу сравнения и через узел переноса к узлу памяти, выход последнего соединен с узлом сравнения и регистратором, выход ,узла сравнения соединен с узлом переноса и -уаяом управления, а узел управления шгдкяюмен к каротажному кабелю,и соединен с коммутатором и узлом сравнения непосредстве но и через элемент выключения, а такж с узлами формирования временных интервалов по последующим фазам сигналов ближнего и.Дальнего каналов. На фиг.1.приведена функциональная схема предлагаемой системы акустического каротажа; на фиг.2 - временные диаграммы работы основных узлов системы; на фиг.3 временные диагра мы, поясняющие принцип выборки истин ного значения интервального времени. Система акустического каротажа состоит из скважинного прибора 1 и наземной аппаратуры 2, соединенных каротажным кабелем 3- Наземная аппара. тура включает в себя узлы k и S формирования временных интервалов, от синхроимпульсов до первой, второй и т.д. фаз ригналов ближнего и дальнего каналов и узлы 6-9 вычисления . интервальных времен й t , ut2 l btjf соответственно, коммутатор 10, согласующий каскад 11, узел 12 сравнения, узел 13 переноса, узел 1 памяти, узел 15 управления, элемент 16 выключения и регистратор 17, где выходы узлсда 5 и 4 подсоединены к входам улов 6-9. а выходы последних. Ч(Эрез коммутатор Ю и согласующий каскад 1 1 соединены с узлом 12 сравнени и узлом 13 переноса, последний подсоединен к узлу И памяти, к узлу 12 сравнения и через элемент 16 выключения - к узлу 15 управления, которы соединен с коммутатором 10, с узлами . и 5 и с узлом 12 сравнения непосредственно через элемент 16 выклю чения. Регистратор 17 подсоединен к узлу И памяти. Названные узлы могут быть построены по общеизвестным схемам с применением транзисторов и мик росхем средней интеграции. Система может быть собрана полнос тью На айалоговых элементах и узлах. на цифровых элементах или в любой комбинации. , . Рассмотрим принцип работы системы применительно к цифроаналоговой схеме. В рабочем состоянии от скважинного прибора 1 через каротажный кабель 3 на вход наземной аппаратуры через равные промежутки времени поступают синхроимпульсы и волновые пакеты (сигнал) ближнего и дальнего каналов (фиг.2,18). У:злы и 5 формируют временные интервалы от синхроимпульсов до первой фазы сигнала ближнего канала t -19, дальнего канала tg.i-ZO, до второй фазы сигнала ближнего канала t. -21, дальнего канала 22. Сформированные временные интервалы поступают на узлы 6-9 вычисляющие разность временных интервалов ДЧ 2-1 М tf-2 i-a -tj,;j; Д . Узлы 6-9 однотипны и могут бь1ть собраны на аналоговых элементах, однако наиболее целесообразно строить узлы вычисления: ut на цифровых элементах - оевеосивных счетчиках импульсов со схемой уп-. равления. С выходов узлов 6-9 информация в виде двоичного кода (или напряжения) поступает на коммутатор 10, Узел 15 управления после окончания процесса вычисления вырабатывает серию импульсов 23-26 (фиг.2), поступающих на коммутатор 10, который поочередно подключает выходы узлов- 6-9 к согласующему каскаду 11,в качестве которого может быть использован преобразователь код-аналог. В течение импульса 23 к согласующему каскаду 11 подключен узел 6, преобр1азователь коданалог преобразует двоичнь1й код в квазипостоянное напряжение, которое поступает на первый вход узла 12 сравнения. На второй вход узла 12 сравнения поступает постоянное напряжение, пропорциональное измеренному в предыдущем цикле интервальному времени , Если сравниваег«з)е напряжения ( или двоичный код) окажутся равны в пределах заданной зоны чувствительности, . то в течение длительности импульса 24 коммутатор 10 подключит к узлу 12. сравнения узел 7 и т.д. Если в течение импульса 26 сравниваемые напряжения окажутся равны, то после прихода очередного импульса 27 с.узла 15 упра.вления узел 12 сравнения сформирует импульс 28 переноса, и узел 13 переноса перепишет информацию интервального времени 29 в узел Tt памяти. После переноса информации узел 15 управления прекратит опрос (подключение следующих узлов вычисления дГ., если даже сравнение происходит с информацией первого узла. 6 вычисления , Элемент 16 выключения используется для выключения узла 12 сравнения и пе реноса в узел 1 памяти и на регистратор 17 только информации первого вычислителя ut/узла 6. По временной диаграмме (фиг.З) мож но проследить принцип выборки данной системы достоверного значения интервального времени. На графиках 30 и 31 представлены осциллограммы сигналов волновых пакетов ближнего (график ЗО) и дальнего (график 31) каналов. Точками А(А) В(Р), 0(0 обозначены первая, вторая и третья фазы сигналов. Время между одноименными фазами волновых пакетов является интервальным временем t. Точка D(D) обозначает возможную помеху. Далее показаны временные интервалы 32 от синхроимпульса до первой фазы сигнала 1д., до второй фазы t. ближнего канала t. и t2.2 дальнего канала в нормальном установившемся режиме. Здесь интервальное время ut t,j. - .. Однако при срабатывании первого вступления сигнала возможны срабатывания на вторую фазу сигнала (временные интервалы 33), когда временной интервал tg, определяется второй фазой В , а временной интервал tji. третьей фазой С . Временной интервал 2-t всегда больше интервала этом случае интервальное время определяется между точками В-В или 1-2 срабатывании узла выделения вступлений сигнала по помехе D сформируются временные интервалы 3 до точки о t 2 и до точки А - t,. Как видно из временной диаграммы (фиг.З) истинное значение интервального времени ut в этом случае равно tj.t., т.е. времени между первыми фазами сигналов А и А . Также можно проследить принцип выборки интервального времени и при срабатывании выделителя по ближнему сигналу на помеху 35 или на вторую фазу Зб. Анализируя изложенное, находим, что при различных сочетаниях сбоев выделения сигнала достаточно произвести четыре вычисления,т.е. t,,(, tj.x-ti-g; 2-2t.(-f; выбрать один из результатов, соответствующих истинному значению интервального времени, что и выполняет данная система. Система может быть дополнена еще двумя вычислителями по третьей фазе сигнала, что повысит надежность выборки истинного времени. Таким образом, предлагаемая система акустического каротажа может быть использована в наземной аппаратуре совместно с другими устройствами помехоустойчивого выделения сигналов и позволяет исключать сбои по помехам и при перескоках на вторую и т.д. фазы сигнала, вычислять интервальное время распространения не только продольной, но и поперечной волны и волны Лэмба.

18

t9 20

1 2-f

2/ 22

t2-Z

П

П П

n

ллля. n

29 Sbix-Qt

фиг. f

-1-H/VH

fr-f

t}-2

риъ. 2

Фuz.J

СИСТЕМА АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА, содержащая соединенные каротажным кабелем скважинный прибор и наземную аппаратуру, включающую в себя узлы формирования временных интервалов от синхроимпульса до первой фазы (первого вступления) сигналов ближнего и дальнего каналов, соединенные с узлом вычисления интервального времени Д t, и- регистратор, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения интервального времени , в систему дополнительно введены узлы формирования временных интервалов по последующим фазам сигналов ближнего и дальнего каналов, узлы вычисления интервальных времен Д1л, bt,..., it|, реализующие все воз-i. можные сочетания разностей временных интервалов, коммутатор, согласующий каскад, узел памяти, узел сравнения, узел переноса, узел управления и элемент выключения, причемвыходы узлов формирования временных интервалов подсоединены к входам соответствующих а S узлов вычисления интервальных времен, (Л выходы которых через коммутатор и согласующий каскад подсоединены к узлу .. сравнения и через узел переноса - к узлу памяти, выход последнего соединен с узлом сравнения и регистратором, выход узла сравнения соединен с узлом переноса и узлом управления, а узел управления подключен к каротажю ьо ному кабелю и соединен с коммутатором и узлом сравнения непосредственно и о со через элемент выключения, а также с узлами фop мpoвaния временных интервалов по последующим фазам сигналов ближнего и дальнего каналов.