Многоканальная аппаратура для каротажа скважин (ее варианты) Советский патент 1983 года по МПК G01V11/00 

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, в частности к многоканальным системам для геофизических исследований скважин. Известно и широко применяется при K pOTajxe скважин устройство, использующее для передачи информации из скважины на поверхность метод частотного разделения каналов с частотной модуляцией и детектированием модулирующего напряжения в каждом канале. В известном устройстве сигнал от каясдого геофизического датчик представляющий собой модулированное по амплитуде измеряемой величиной напряжение низкой частоты, поступает на свой частотный преобразователь Смешанные в смесителе (выходном усилителе мощности) сигналы частотных преобразователей подаются через линию связи в наземную часть, где с помощью полосовых фильтров осуществляется разделение сигналов частотных каналов. Затем в каждом из каналов производится выделение низкочастотного модулирующего напряжения с помощью частотного детектора, его выпрямление и регистрация Cll Недостатком известного устройства является то, что электрические товойства линии связи (каротажный кабель; и широкий диапазон исследуемых сигналов не позволяют использовать более четырех частотных каналов. Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является многоканальная аппаратура для карота жа скважин, состоящая из соединенных кабелем скважинной и наземной частей, содержащая в скважинной част геофизические датчики, попарно подключенные в противофазе через ключи с блоком управления ключами к входам частотных преобразователей, выходы которых соединены с кабелем, н в наземной части в каждом частотном канале - дешифратор, содержащий поло совой фильтр, частотный детектор и фазочувствит ельный выпрямитель с вен тилями, обеспечивающими фазовую селе цию сигналов, причем в качестве опор ного напряжения в фазочувствительных выпрямителях используется напряжение генератора переменного тока,, питакяцего через кабельную линию токовы цепи геофизических датчиков. Для управД Ния ключами в аппаратуре может использоваться делитель частотьТпатию Ьего датчики тойа либо вспомогательный генератор, частота которого существен но ниже частоты питающего тока. , Использование аппаратуры позволяе увеличить число информационных каналов вдвое по сравнению с числом частотных каналов С2. Однако современное комплексирова ние различных геофизических методов вызывает необходимость дальнейшего увеличения числа каналов. Кроме того, в известной аппаратуре необходима связь между наземной и скважинной частью по низкой частоте. К недостаткам аппаратуры следует отнести также то, что при низких уровнях сигналов могут наблюдаться сбои в селекции каналов так как разделение каналов на поверхности производится по. полярности выходного сигнала. Целью изобретения является увеличение количества передаваемой информации без увеличения числа несущих частот. . . Цель достигается тем, что в многоканальной аппаратуре, состоящей из соединенных кабелем скважинной и наземной частей, содержащей в сква кинной части геофизические датчики, частотные преобразователи, ключи с блоком управления ключами, поочередно подключающие геофизические датчики к входам частотных преобразователей, выходы которых соединены с входом в кабель, а в наземной части - последовательно соединенные дешифраторы и селектор сигналов, при этом дешифраторы состоят из входных полосовых фильтров и преобразователей частотно-модулированного напряжения в сигт нал, пригодный для регистрации, причем количество дешифраторов равно количеству частотных преобразователей в скважинной части, в скважйнную часть между выходами частотных преобразователей и входом в кабель введены делители напряжения, управляющие входы которых соединены с бло- ком управления ключами, а в наземную часть в состав селектора каналов введены амплитудные компараторы, входы которых соединены с выходами полосовых фильтров, выделяющих напряжение, генерируемое в скважинной части теми частотными преобразователями, к выходам которых подсоединены делители напряжения. По второму варианту цель достигается тем, что в многоканальной аппаратуре для каротажа скважий, состоящей из скважинной и наземной частей, содержащей в скважинной части геофизические датчики, частотные преобразователи, ключи с блоком управления ключами, поочередно подключающие геофизические датчики к входам частотных преобразователей, выходы которых соединены с входом в кабель, а в наземной части - последовательно соединенные дешифраторы и селектор каналов, при этом дешифраторы состоят из входных полосовых фильтров и преобразователей частотно-модулированного напряжения в сигнал, пригодцый для регистрации, причем количество дешифраторов равно количеству частотных преобразователей в скважинной части, в скважиннуго часть введены формирователи синхроимпульсов, сое™ диненные с блоком управления ключами, синхронизирующие ключи, управляемые формирователями синхроимпульсов и подключенныё между выходами частотных преобразователей и входом в кабель, а в наземную часть в состав селектора 10 каналов введены амплитудные детекторы,, входы которых соединены с выходами полосовых фильтров, вьщеляющих напряжение , генерируемое в скважинной части теми частотными преобразователями,15 к выходам которых подсоединены синхронизирующие ключи.

На фиг.1 представлена структурная схема аппаратуры для каротажа скважин по первому варианту, на фиг. 2 - то 20 же, по второму варианту.

В первом варианте скважинная часть 1 аппаратуры содержит геофизические датчики 2 -2о,г, ключи 3

частотные преобразователи 4 -4, 25 делители 5 - 5-, напряжения, смеситель б и блок 7 управления ключами, состоящий из генератора. 8 низкой частоты и кольцевого .счетчика 9 на три положения. Скважинная часть 1 через .. кабель 10 соединена с наземной час- тью 11, содержащей частотные дешифра- торы 12 - 122, , селектор 13 каналов, имеющ11М выходы на регистраторы 14 1Ц . Каждый частотный дешифратор iZj- 12-5 состоит из входного полосо- 35 вого Фильтра IS и преобразователя 16 частотно-модулированного напряжения, выделенного фильтром, в сигнал, пригодный для регистрации.

.В первом варианте селектор каналов : 40 содержит амплитудные компараторы |17 - 175, , выходы которалх подсоединены к выходам полосовых фильтров 15ч соответственно, и выходные . ключи 1835,поочередно подключаю- 45 щие входы регистраторов 14.- выходам частотных дешифраторов 12|12i,. Выходные ключи 18 управляются непосредственно выходшыми напряжениями компараторов l.Tg . JQ

Во втором варианте аппаратуры скважинная часть 1 содержит геофизические датчики 2 - 2, ключи 3 - BjjV, частотные преобразователи 4/f и 4i, синхронизирующие ключи 19 и 192. , формирователи 20. и 20г синхроимпульсов, смеситель б и блок управления ключами,.состоявши из генератора 8. низкой частоты и кольцевого счетчи- . ка 9 на ц положений.

Скважинная часть .1 через цинию 6Q связи, каротажный кабель 10 coeдинe t на с наземной частью 11 аппаратуры, содержащей частотные дешифратО1ЖЛ 124 и 12 состоящие из входных полосовых фильтров 15 и 152 и преоб-. 6

разователей 16 и 162. частотно-модулированного напряжения в выходной сигнал,: и селектор 13 каналов, состояпщй из амплитудных детекторов 21/ и 212. входы которых соединены с выходами полосовых фильтров (соответственно 15 и 152) двоичного счетчика 22, управляемого амплитудными детекторами 21 и 21, дешифратоа 23, преобразующего выходной двоич ный код счетчика 22 в пространственный И-разрядный код, и управляемых дег-лифратором ключей 18«- 18гп, поочередно подключающих выходы частотных дешифраторов 12, и 12 к входам регистраторов и 14 j-142/j соответственно. . Первый вариант аппаратуры работает следующим образом.

При работе генератора 8 кольцевой счетчик 9 формирует поочередно на ка1Ждом из выходов блока 7 управления : ключами управляющее напряжение, ко торре в каждом частотном канале 6т«крывает один из ключей - Ъ , пропуская на вход каждого из преобразо вателей 4 - 4-, сигнал от одного из геофизических датчиков 2 - . Одновременно выходное напряжение блока 7 управления ключами подается на один из делителей 5 - 5 напряжения г который изменяет амплитуду частотномодулированного напря : ения своего частотного канала на входе смесителя (глубина частотной модуляции, являющаяся информативным параметром сигнала, от амплитуды напряжения не

зависит и пропорциональна величине сигнала подключенного к преобразователю датчика.

Таким образом, подключение кауодой группы из трех датчиков д,-. к

входам частотных преобразователей 4 - 4, сопровождается изменением амплитуды частотно-модулированного напряжения по одной из несущих частот.

В наземной части 11 аппаратуры переданный через кабель 10 выходной сигнал смесителя б поступает на частотные дешифраторы 12 - 12.9 , где происходит разделение несущих частот полосовыми фильтрами 15 - 15. и дальнейяее преобразование частотно-лодулированного сигнала преобразователя 16 - 16 . Сигналы с выходов полосовых фильтров 15з поступают также на амплитудные компаратоги 17з- На выходе компаратора, амплитуда входного сигнала которогоизмейена одним из делителей 5, напряжения формируется управляющее напряжение, открываю1иее в каждом частотнс канале один из выходных ключей На выходах остальных компараторов управляющее напряжение отсутствует, поэтому в каждсж частотном канале в каждый момент времени открыт только один из выходных ключей 18 - ,и на каждый из регистраторов 14 - 14з7, поступает сигнал, пропорциональный измеряемому одним из геофизических датчиков 2 - 2зэ параметру. В приведенной схеме некоторые узлы могут быть заменены дpyги 1и, выполняющими айалоги- 1ные функции. Например, кольцевой счетчик 9 может быть заменен двоичным счетчиком и дешифратором, осуществля эдим пре,,образования выходного кода двоичного счетчика в пространственный код. В случае питания токовых цепей датчиков током низкой частоты (300400 Гц) от наземного генератора через кабель генератор 8 может быть заменен делителем частоты питаквцегг датчики тока. Число информационных каналов аппаратуры определяется из соотношения. М--Ки, i . где К - Ч11СЛО частотных каналов. ра,вное числу частотных преобразователей , И - число временных каналов, рав ное числу выходов (состояний блока управления ключами. Использование приведенной на схем структуры блока управления каналами накладывает условие И К, при котором максимальное число информационных каналов ограничено квадратом чйс л частотных каналов (и К Л казанное ограничение снимается, если управление выходными ключами 18 производится счетчиком,, введенным в состав селек тора 13 каналов, .аналогичным кольцевому счетчику 9 в скважинной части, а синхронность работы этих счетчиков {т.е. синхронность : с рабатьшания ключей в скважинной и наземной части) обеспечивается упра лением езетчйка в селекторе каналов с помощью выходных напряжений компа раторов. Количество состояний И бло .ка управления, ключами в скважинной и счетчика в наземной частях аппара туры в этом случае не ограничено числом частотных каналов К, которое может быть снижено до одного. Соответственно уменьшается число дели телей напряжения скважинной части и амплитудных компараторов в наземной части аппаратуры. . Второй вариант аппаратуры работа следующим образом. При работе генератора 8 кольцево счетчик 9 формирует поочередно на каждом из и выходов блока управлени клочами 7 управляющее напряжение, которое в каждом частотном канале о .крывает один из ключей пропуская на входы каждого з- часто ных преобразователей 4 и 4 сигнал от одного из геофизических датчиков соответственно 2. - и момент переключения на входах частотных преобразователей 4., и 4 информации от датчиков 2 и формирователь 20. под управлением генератора 8 формирует кратковременный импульс. Синхронизирующий ключ 19± закрывается, снимая на время импульса, выходное напряжение частотного преобразователя 4 со входа смесителя 6. По окон чании импульса, длительность которого существенно меньше периода выходного сигнала генератора 8, ключ . открывается и сигнал частотного преобразователя 4. вновь подается на смеситель 6. Формирователь 20 управляется напряжением первого выхода кольцевого счетчика 9 и с пот мощью ключа 19.f кратковременно снимает выходное напряжение частотного преобразователя со входа смесителя б в момент подключения к частотным преобразователям 4,f и 42. первых датчиков 2-f,, и 2 в кагодом канале. В наземной части 11 аппаратуры; переданный через каротажный кабель 10 выходной сигнал смесителя б поступает на дешифраторы 12у и 122.Полосовые фильтры 15 и IS выделяют напряжения частотных преобразователей 4, и 4i соответственно, которые преобразуются преобразователями 16 и 162. в сигнал, пригодный для регистрации. Амплитудные детекторы 21f и 21-2. в селекторе 13 каналов выделяют синхроимпуль.сы, сформированные формиров ат елями синхроимпульсов в скважинной части 1 аппаратуры (формирователями 20 и 20,j соответ- . ственнсэ;. ., . С выхода амплитудного детектора 21 синхроимпульс формирователя 2Q, поступает на установочный вход двоичного счетчика 22 и устанавливает его в начальное положение. При этом появляется управляющее напряжение . на первом выходе дешифратора 23 и сигналы с преобразователей 16 и 16 поступают на регистраторы 14/ соответственно. С выхода ампли удного детектора 21 гсинхроимпульсы формирователя 20 поступают на счетный вход двоичного счетчика 22, обеспечивая изменение выходного кода двоичного счетчика 22, появление управляющего напряжения на последующих выходах дешифратора 23 и последовательное переключение выходов преобразователей 16 и 16г ко входам регистраторов 14 - 142.,. Таким образом, селектор 13 каналов обеспечивает поступление на каждый из регистраторов 14 - 14 zn сигнала пропор:ционального параметру, измеряемому 22J, соответст одним из датчиков венно. Увеличение количества частотных каналов не требует ни введения допо нительных синхронизирующих ключей, формирователей синхроимпульсов и амплитудных детекторов, ни изменени в конструкции блока управления ключами. Управление ключами 3f-j и IB-f где i/3 , j и , в дополнительно вве денных частотных каналах осуществля ется так же и теми же узлами, что и в имеющихся в приведенной структу рой схеме двухчастотных каналах. Число иЯформационных каналов аппара туры определяется из соотношения где К - число частотных каналов, равное числу частотных преобразователей;И - число временных каналов, . равное числу выходов (состояний) блока управления кл чами. Следует отметить, что в приведен ной схеме некоторые уз,лы. могут быть заменены другими, выполняющими аналогичные функции. Например, в скважинной части блок 7 управления ключами может быть выполнен в виде многофазного мультивибратора либо другого конечного автомата с И выходами и состоянИЯМи. В наземной части двоичный счетчик .22 и дешифратор 23 могут быть заменены кольце вым счетчиком на v положений, yrtрайляемым выходными сигналами ампли тудных детекторов 21у, 2 . Конструкция аппаратуры упрощается в случае имеющейся связи между скважин ной и наземной частями на ни кой частоте. Например, в случае питания токовых цепей датчиков через кабельную линию тЬком.наземного генератора частотой 300-400 Гц отпадает необходимость в формирователе 20/, синхронизирующем ключе 19 и амплитудном детекторе 212.. этом случае генератор 8 заменяется делителем частоты питающего датчики тока, а в состав селектора каналов вводится аналогичный делитель частоты, выходной сигнал которого подается на счетный вход счетчика 22. В случае применения многожильного кабеля низкочастотный генератор 8 может быть вынесен из блока 7 управления ключами в наземную часть 11 аппаратуры, .а связь между низкочастотнымигенератором и блоком 7 управления ключами может осуществляться по отдельней жиле. В этом случае также отпадает необходимость в формирователе 20, .синхронизирующем ключе 19,2 и амплитудном модуляторе 21, так как на счетный вход двоичного счетчика 22 сигнал может быть подан непосредственно от вынесенного в наземную часть аппаратуры низкочастотного генератора. В отмеченных выше случаях ( при наличии связи на низкой частоте между наземной и скважинной частью аппаратуры) многоканальная аппаратура может быть реализована с использованием одного частотного канала, что резко снижает требования к стабильности частоты частотного преобразователя, характеристикам полосового фильтра дешифратора и позволяет обойтись без смесителя. Использование изобретения в его двух вариантах позволяет повысить производительность труда при проведении каротажа за счет одновременной записи большего числа измеряемых величин. Тем самым уменьшается время карбтажа, а следовательно, и простой скважины.

Фиг.2

1. Многоканальная аппаратура для каротажа скважин, состоящая из соединенных кабелем скважинной и наземной частей, содержащая в скважинной части геофизические датчики, частотные преобразователи, ключи с блоком управления ключами, поочередно подключающие геофизические датчики к входам частотных преобразователей, выходы которых соединены с входом в кабель, а в наземной части - последовательно соединенные дешифраторы и селектор каналов, при этом дешифраторы состоят из входных полосовых фильтров и преобразователей частотно-модулированного напря-жения в сигнал, пригодный для регистрации, причем количество дегшсфраторов равно количеству частотных преобразователей в скважинной части, отличающаяся тем, что, с целью увеличения количества передаваемой информации, в скважиннуто часть между выходами частотных преобразователей и входом в кабель вве,дены делители напряжения, управляющие входы, которых соединены с блоком управления ключами, а в наземную ;часть в состав селектора каналов вве. ,дены амплитудные компараторы, входы кС торых соединенны с выходами полосовых фильтров, вьщеляющих напряжение, генерируемое в скважинной части теми частотньми преобразователями, к выходам которых подсоединены делители напряжения. 2. Многоканальная аппаратура для каротажа скважин, состоящая из соединенных кабелем скважинной и наземной частей, содержащая в скважинной части геофизические датчикиj частотные преобразователи, ключи с блоком управления ключами, поочерёдно подключающие Геофизические датчики к входам частотных преобразователей, § выходы которых соединены- с входом в кабель, а в наземной части - пос(/} ледовательно соединенные дешифраторы и селектор каналов, при этом демифраторы состоят из входных полосовых фильтров и преобразователей частотно-модулированного напряжения в сигнал, пригодный для регистрации, причем количество дешифраторов равно количеству частотных преобразователей в сквёокинной части, отличающаяся тем, что, с целью увеличения количества передаваемой информации, в скважинную часть введены формирователи синхроимпульсов , соединенные с блоком управления ключами, синхронизирующие ключи, управляемые формирователями синхроимпульсов и подключенные мезкду выходами частотных преобразователей и входом в кабель, а в наземную часть в состав селектора каналов введены амплитудные детекторы, входы которых соединены с выходами полосо-вых фильтров, выделягачих напряжение, генерируемое в скважинной части теми частотными преобразователями, к выходам которых подсоединены синх goвизирующие ключи.