Устройство для акустического каротажа скважин Советский патент 1984 года по МПК G01V1/52 

обработки временных параметров, зыходаг блока формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров соединены с входами блока формирования Ьигналов вычитания, блока формироваИНН имитационных сигналов, блока формирования импульсов блокировки, блока управления распределителем |периодов и блока формирования .им пульсов блокйррвки входного блока, выход блока формирования имитационных сигналов подключен к входу блока выбора типа блокировки, второй вход которого подключен к выходу блока суммирования, а выход соединен с входом блока вычитания, к второму входу последнего подключен выход блока формирования сигналов вычитания, а выход блока вычитания соединен с вторым входом блока формирования импульсов блокировки, который соединен с блоком управления распределителем периодов, первым входом блока суммирования, входом первого блок переноса и вторым входом блока формирования импульсов блокировки входного блока, выход которого соединен с вторым входом блока, выход блока управления распределителем периодов соединен с вторым входом блока формирования и распрделения трех ОКОЙ, первый вход которого соединен с входным блоком, а выходы подключены к первому, второму и третьему блокам переноса при этом первый блок переноса соединен с вторым, второй - с третьим, а выход третьего подключен к второму входу соответствукицего блока определения амплитудных параметров выходы каждого из блоков переноса подключены к первым входам блоков выработки приращений времени, вторые и третьи входы которых соединены с выходом входного блока и выходом третьего блока переноса соответственно, а выходы первого., второго и третьего блоков выработдси приращений времени подключены к входам блока выборки среднего приращения времени, четвертый вход которого соединен с выходом блока ограничения приращения времени, вход последнего соединен с выходом третьего блока переноса и входом блока определения спектральных характеристик принятого сигнала выход блока выборки среднего приращения времени соединен с вторым входом блока суммирования, выход последнего подключен к блоку оцифровки выходного сигнала, выход которого подключен к цифроаналоговому преоб разователю, выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым

I входом блока определения интервального времени, выход блока определения спектральных характеристик

:принятого сигнала подключен к фоторегистратору.

.

Изобретение относится к геофизи ческим исследованиям нефтяных и газовых скважин акустическими Методами, в частности решает задачу автоматической регистрации кинематических и динамических параметро упругих колебаний, распространяюи ихся на различных базах акустического зонда скважинного прибора.

Известны устройства акустического каротажа, в которых для авто- , матической регистрации-параметров упругих волн используют дискриминатор для выделения информационных сигналов по отношению амплитуд сигнал/ujyM {ij ,

Однако измерения производят при движении прибора в скважине, чем обусловливается высокий уровень шумовых сигналов , а присутствие газа в растворе или породе даже в незначительных количествах (до 2%) , а также интервалы сильной глинизации обусловливают сильное затухание информационных сигналов,особенно продольных (головных волн. При измерениях на таких участках скважин, представлякяцих наибольший геоЛогиг

ческий интерес, наблюдаются срабатывания вычислителей временных параметров t, и tj на различные фазы информационного сигнгша (пропу-ски фаз) , шу1«л, что приводит к недопустинфлм искажениям результатов измерений tt и ty и соответственно fl t i Регистрация амплитудных параметров осуществляется во временном окне фиксированной длитель-.

ности, вырабатываемом селектором амплитудной панели, начало которого жестко привязывается к моменту срабатывания дискриминатора временного блока, следовательно, сбои

в орабатывании дискриминатора временного блока приводят к искажениям и амплитудных параметров. Кроме того, выбор фиксированной длительности селекторных окои мало обоснован. из-за широкого диапазона изменения частот и широкополосности спектра каждого из типов волн принимаемого сигнала. Пороговый принцип выделения информационного сигнала рассчи тан преимущественно на измерение временных к амплитудных параметров продольных (головных) волн, в то время как исключительно ценная дополнительная геологическая информация может быть получена при изме рении параметров и других типов волн. Известно также устрой.ство для акустического каротажа, содержащее скважинный прийор с излучателем и приёмниками, связанный каротажным кабелем с наземным блоком, содержа щим компенсирующий одновибратор, фантастрон, расширитель импульсов,- логическую схему 2И-ИЛИ, разрядный одновибратор, логическую схену И, зарядно-разрядную схему, усилитель, триггер каналов и одновибратор строба. В этом устройстве реализуется алгоритм tj - времена прихода сигн лов на меньшей и большей базах зонда, tjj - время прохождения си нала по раствору; К Lj/L;, - берется, как отношен баз зонда 2. Однако такую взаимосвязь можно установить только для определённого- литологически однородного интервала скважины, фактически же ка коэффициент,К , так и t зависят, о целого ряда факторов: угла sin У5ц/Ур(гдё VjK«, Vp - скорости продольных волн в жидкости и пород фактических соотношений между диаметрами скважины и прибора услови центрирования прибора и особенно от положения прибора относительно скоростных границ разреза, каверны и т.д. Тгцательные исследования показывают,. что никакие соотношения между временами прихода однотипных волн на разных базах зонда или раз нотипных на одной базе зойда не мо гут быть практически использованы для выделения этих волн. Так, напр мер, при среднетеоретическом соотношении между скоростями продоль1.7 V. ных и поперечных волн практически даже для сравнительно небольшого литографически неоднородного интервала скважины диапазо изменения соотношений скоростей составляет Vf (1,4-2 ,р)У{( . Аналогично очень Ьшрок диапазон изменения соотношений между временами прихода однотипных волн на различных базах зонда. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для акустического каротг|жа скважин, содержашее скважинный прибор, соединенный каротажным кабелем с наземной панелью, включающей в себя входной блок, блок синхронизации, кварцевый генератор с делителем частоты, два канала обработ ки временных парарртров, блок определения интервального времени, два блока определения амплитудных .параметров, блок определения коэффициента затухания, блок визуального контроля и фоторегистратор, при этом входной блок подключен к каротажному кабелю, выходы входного блока соединены с блоком синхронизации, с входами обоих каналов обработки временных параметров не первыми входами блоков определения амплитудных параметров, выход блока синхронизации соединен с входом кварцевого генератора с делителем частоты, выход которого подключен к входам обоих каналов обработки временных параметров, вторые входы блоков определения с1мплитудных параметров подключены к выходам каналов обработки временных параметров соответственно, а выходы блоков определения амплитудных параметров подключены к входу блока определения .коэффициента затухания и вместе с BWходом последнего подключены к вход|у фоторегистратора, выходы каналов обработки временных параметров соединены с входом блока определения интервального времени вместе с выходом последнего подключены к входам фоторегистрахора З , Недостаток известного устройства заключается в том, что, поскольку длительности периодов в пакете колебаний не являются величинами постоянными и зависят от номера фазы и акустических свойств среды, а величина прир-аадения интервального времени зависит от того, на сколько фаз произошел перескок, оно не учитывает возможности срабатывания аппаратуры на шумовые сигналы. Длительность периода может превышать 100 МКС, ошибка достигать нескольких десятков микросекунд, а требуемая точность измерения составляет 3 МКС. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства акустического каротажа обеспечения выделения различных типов волн и повышение точности акустического каротажа. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для акустического каротажа скважин, содержащем скважинный прибор, соединенный каротажным кабелем с наземной панелью, включающей в себя входной блок, блок синхронизации, кварцевый генератор с делителем частоты два канала обработки временных параметров, блок определения интервального времени, два блока определения амплитудных параметров, блок определения коэффициента затухания, блок визуального контроля и.фоторегистратор, при этом входной блок подключен к каротажио-. му кабелю, выходы входного блока соединены с блоком синхронизации, с входами обоих каналов обработки временных параметров и с первыми входами блоков определения амплитудных параметров, выход блока синхронизации соединен с входом кварцевого генераюра с делителем частоты, выход которого подключен к входам обоих каналов обработки временных параметров, вторые входы блоков определения амплитудных параметров подключены к выходам ка налов обработки временных параметров соответственно, а выходы блоков определен-ия амплитудных параметров подключены к входу блока оп ределения коэффициента затухания и вместе с выходом последнего подключены к входу фоторегистратора, выходы каналов обработки временных параметров соединены с входом блока определения интервально го времени и вместе с выходом последнего подключены к входам фоторегистратора, каждый из каналов обработки временных параметров содержит блок формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров, блок формирования сигналов вычитания, блок формироваНИН имитационных сигналов, блок выбора типа блокировки, блок вычитания , блок формирования импульсов блокировки, блок управления распределителем периодов, блок формирования импульсов блокировки вхо ного блока, блок формирования и ра пределения трех окон , первый, втор и третий блоки переноса, первый, второй и третий блоки выработки приращений времени, блок ограниче ния приращений времени, блок выборки среднего приращения времени, блок суммирования, блок оцифровки выходного сигнала и цифроаналог вый преобразователь, а устройство дополнительно содержит блок опреде ления спектральных характеристик п нятого сигнала, при этом вход блок формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров является входом канала обработки в .менных параметров, выходы блока формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров соединены с входами блока формирования сигналов вычитания, блока формирования имитационных сигналов, блока формирования импульсов блокировки, блока управления распределителем периодов и блока формирования импульсов блокировки входного блока, выход блока формирования имитационных сигналов подключен к входу блока выбора типа блокировки, второй вход которого подключен к выходу блока суммирования, а выход соединен с входом блока вычитания, к второму входу последнего подключен выход блока формирования сигналов вычитания, а выход блока вычитания соединен с вторым входом блока формирования импульсов блокировки, который соединен с блоком управления распределителем периодов, первым входом блока суммирования, входом первого блока переноса и вторым входом блока формирования импульсов блокировки входного блока, выход которого соединен с вторым . входом входного блока, выход блока управления распределителем перибдов соединен с вторым входом блока формирования и распределения трех окон, первый вход которого соединен с входным блоком, а выходы подключены к первому, второму и третьему блокам переноса, при этом первый блок переносасоединен с вторым, второй с .третьим, а выход третьего подключен к второму входу соответствующего блока определения амплитудных параметров, выходы каждого из блоков переноса подключены к первым входам блоков выработки приращений времени, вторые и третьи входы которых соединены с выходом входного блока и выходом третьего блока переноса соответственно, а выходы первого, второго и третьего блоков выработки приращений времени подключены к входам блока выборки среднего приращения времени, четвертый вход которого соединен с выходом блока ограничения приращения времени, вход последнего соединен с выходом третьего блока переноса и входом блока определения спект- . ральных характеристик принятого сигнала, выход блока выборки среднего приращения времени соединен с вторым входом блока суммирования, выход последнего подключен к блоку оцифровки выходного сигнала, выход которого подключен к цйфроаналоговому преобразователю, выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом блока определения интервального времени, выход блока определения спектральных характеристик принятого сигнала подключен к фоторегистратору. Время (tj,) распространения упругих колебаний в данном цикле измерений для любых выбранных для измерения параметров типов волн (P,S, L ит.д. на каждой из баз акустического зонда отдельности определяют как сумму {tn « t + 8 1ц) длительности времени (t ). импульса следящей блокировки данного цикла измерений, который вырабатывают равным разности ( 1ц-1 ) длительности времени (t.v распространения упругих колебаний ,в предыдущем цикле измерений и .импульса смещения , длительност определяют исходя из рассчетнов ширины доверительного окна и импульса суммирования (8 е„) данного цикла измерений, длительность времени которого выбирают ка среднее, наиболее вероятное приращение времени между двумя соседни ми циклами измерений в пределах задаваемой ширины доверительного окна (it ) из трех приращений (о t4 ), которые вырабатывают по трем первнм фактическим фазам (периодам Т) выбранного для измерени параметров типа волн информационного сигнала . Алгоритм измерения t и tij з пре лагаемом устройстве анало,гичен алгоритму измерения л t прототипа, а именно . n t«t8tn tn.,-Jt8tn -t.,tat где Bt« tt9tri 4tn«&tn. алгоритм измере. ния .At прототипа Расчетную ширину доверительного окна в-предлагаемсэм устройстве опр деляют согласно формуле i.tatr iTlT -v HHT-f Vmax innnl XV У„ где V,{- скорость каротажа F - частота запуска каждого из излучателей акустического а зонда в отдельности dt- перемещение прибора в скважине между двумя соседними циклами измерений на одной и той же базе зонда) минимальная скорость распро странения акустического сигнсша в скважине,за которую принимается скорость распространения сигнала по буровому раствору (жидкости заполняющему ствол скважиныг Vnig Vn максимально возможная (плас товая) скорость распространения сигнала в скважине. При стандартной частоте возбуждения одноименных-излучений 12,5 Гц и скорости каротажа 1000 м/ч перемещение прибора в скважине между дв мя соседними циклами измерений составляет 0,022 м. Принимая излучатели и приемник акустического зонда за точечные элементы и беря критические условия измерения - переход элементов акустического зонда с пласта(Уп 7000 м/с)1в каверну (cV)K, 1600 м/с), получают максимально возможное изменение времени (t и tj) распространения упругих колебаний для каждой из баз акустического зонда в отдельности между двумя соседними циклами измерений t9 110 МКС, . расчетная ширина доверительного окна может быть ограничена временем, равным 29t(e 21,2 МКС. Учитывая градиентность (нечеткость) границ раздела пластов, гра1диентность нарастания плотности с глубиной, реальные линейные размеры излучателей и приемника в направлении гдаижения прибора, фактические )значения ниже и фактическую ширину доверительного окна можно несколько уменьшить. Средняя длительность периода наиболее высокочастотной части акус-; тического сигнала головных волн для высокочастотных скважИнных приборов составляет 40 мкс, а для низкочастотных - 100 мкс, поэтому ширину доверительного окна в обоих случаях можно ограничить длительностью 20 мкс при стандартной частоте запуска излучателей 12,5 ц. В этом случае ширина довёртительного окна (20 мкс) не превЕлиает периода колебаний (40 мкс) наиболее высокочастотной части акустического сигнала. В случае работы с низкочастотными скважинными приборами типа АКН с частотой запуска одноименных излучателей 6,25 Гц длительность импульса и ширины доверительного окна необходимо удвоить, т. е. взять 20 мкс и 2 t 40 мкс, однако вместо изменения и ширины доверительного окна целесообразнее перевести скважннные приборы на стандартную частоту запуска одноименных излучателей 12,5 Гц или разноименных 25 Гц). На максимальной базе акустического зонда АКИ (li 5 м) весь волтновой процесс заканч,ивается через 5,5 мс после возбуждения излучателя, поэтому интервал времени 40 мс между срабатываниями разноименных излучателей является более чем достаточным для исключения взаимного . влияния каналрв. При работе на частоте 6,25 Гц практически невозможно проводить регистрацию акустичес- ких па|1аметров в аналоговой форме (современная аппаратура АКП) из-за практически невозможного иизуаль яого наблюдения за волновыми картинами на экране электронного осциллографа и резонансной раскачки Ьликов гальванометров фоторегистратора.

Частоту запуска излучателей можно повысить в 2-4 раза, т.е.сократить интервал времени ,между срабатываниями разноименных излучателей до 0 - 10 мс, за счет чего можно, сгоответственио, уменьишть в 2-4 раза длительность времени импульса или ширины доверительного окна 22 т.е. еще больше повысить точность измерения (прослеживания) временных параметров t и t, а следовательно, и всех остальных параметров акустического каротажа или повысить скорость проведения акустического каротажа.

Расчетная ширина доверительного окна предлагаемого устройства в 2 раза меньше расчетной ширины доверительного окна прототипа, так как изменение интервального времени (At ty - складывается из изменений времени t., и t между двумя соседними циклами измерений, т.е. с помощью формулы (1) определяют не максимально возможное изменение интервального времени 3 Ai , 3. максимально возможное изменение времени Sit, распространения упругих колебаний на каж- дои из баз акустического зонда в отдельности между двумя соседними циклами измерений. Поэтому при стандартных условиях измерения (VK 1000 м/ч, F 12,5 Гц) ширину доверительного окна для выработки (случай прототипа) необходимо увеличить до 40 мкс,что в ряде случаев может превысить фактические длтельиости периодов акустических сигналов и. перевести к неизбежным слоям в работе аппаратуры.

В устройстве выработка приращений времени 81 по трем первым фактическим фазам (периодам ) дл каждой из баз акус тического зонда в отдельности между двумя соседними циклами измерений,выборка из них среднего, наиболее вероятного, приращения времени(.) обеспечивают исключение искажающего влияния на результаты измерения временных (t И tij) парс1метров, а следовательно, и интервального времени ( it « tj- t) шумовых сигналов поме.х и широкополосности спектра акустических сигналов (не учитываемых прототипом) , а ограничение приращений времени (81) в пределах ширины доверительного окна ( + ) обеспечивает исключение возможного пропуска фаз или срабатывания вычислителей t;( и tj на различные фазы информапионных сигналов (искажающее влияние которых учитывается пр тотипом В1 читанием из результатов сравненияftin n-i целого числа усредненных периодов КТс К ;; -г: (где К целое, число) , которые по длительноти могут сугчественно отличаться От длительностей фактических периодов) .

Прототипом предусматривается лишь повышение точности измерения интервального времени (ut) головных (Р) волн без обеспечения достаточной точности измерения t и t. . В предлагаемом устройстве за счет повышения точности измерения (прослеживания) времени (t и tj) распространения упругих колебаний на каждой из баз акустического зонда в отдельности обеспечивается точность измерения и возможност измерения и регистрации в аналоговой форме любых акустических параметров (временных, амплитудных, спектральных) для любых типов вол ( Р, S, L и т.д.) , так как точ|Ность измерения любых акустических параметров для любых типов волн полностью определяется точностьк имерения (прослеживания) временных параметров t и t.

Измерение интервального времени At tjL- t производят извест-r ным способом., при этом измерение всех временных параметров t , t и U t производят не по абсолютной величине, а лишь в диапазонах их изменения, т.е. измерение t и производят не от синхроимпульсов (известные способ1л) , а от задних фонтов компенсационных.импульсов t,и кратных 50 мкс, с диапазонами фиксированной установки О 4950 МКС, при этом величину скомпенсированного сигнала it t, определяют из соотношения & t, tK,

Переход с измерения параметров одних типов волн на измерения параметров других типов производят перестановкой импульсов блокировки с первых вступлений одних типов волн на первое вступление други типов. . .

Измерение амплитудных параметров ; (А и А г)для каждой избаз акустического зонда в отдельности производят во временных окнах, начало которых совмещают с моментами окончания измерения временных параметров t и t (известный способ , а длительности временных окон берут не фиксированными (известные спо0 собы), а следящими, которые вьфабатывают равными сумме длительностей первых трех или двух фактических периодов акустических сигналов. Выработанные следящие временные

5 окна дополнительно используют для измерения спектральных характеристик акустических сигналов, при это измеряют просто длительности времейи суммы трех или двух первых периодов. Необходимость выбора временных окон, равных трем или двум фактическим периодам, для измерения амплитудных и спектральных параметров диктуется конкретными условиями измерений, например раз решенностью волновой картины по типам зопн (степенью интерференции волн) и т.д. Помимо измерения в режиме следящей блокировки способ предусматривает измерение амплитудных параметров и спектров волн в режиме 4 1ксированной блокировки, например, амплитуд и спектров головных волн по колонке, амплитуд и спектров гидроволн. На фиг. 1 показано устройство ДЛЯ акустического каротажа скважин на фиг. 2 - временные диаграм его рабо-пл. Скважинный прибор 1, содержит два излучателя 2 и 3 упругих колебаний с блоком 4 запуска, а приемник 5 с усилителем 6 соединен с наземной измерительной панелью каротажным кабелем 7. Панель содержит входной блок 8, блок 9 синхронизации работы всего устройства {блок командосигналов), блок 10 кварцевого высокостабильного генератора микросекундных счетных импульсов и дели- теля частоты на 50, два канала 11 и 12 обработки временных параметров,- каждый из которых содержит блок 13 формирования импульсов i калибровки и компенсации временных параметров, блок 14 формирования сигналов вычитания J , блок 15 формирования имитационных сигнгшов г блок 16 выбора типа блокиров ки, блок 17 вычитания(1 h- , П -1-й цикл измерения), блок 18 формирова ния импульсов блoкиpoвки(t1li 1,. цикл измерения) , блок 19 управления распределителем периодов, блок 20 формирования импульсов бло кировки входного блока 8. Система блоков формирования сиг налов суммирования 8 t содержит бл 21 формирования и распределения трех окон, соответствующих по длительности трем первым периодгм аку тических сигналов, поступивших пос окончания блокировочного импульса 1 / первый, второй и третий бло ки 22 - 24 переноса из цикла в цикл измерения с заданным фиксированным смещением t в сторону синхроимпульсов сформированных окон, пер вый, второй и третий блоки 25-27 вы работки приращений времени 8tf меж ДУ двумя соседними циклами измерений по трем первым фазам (периодам) акустических сигналов, блок 28 ограничения приращения времени в пределах 2 к блок 29 выборки среднего, наиболее вероятно, приращения времениВ1ц между двумя соседними циклами измерений. Кроме того, в каждом канале обработки временных параметров имеется блок 30 суммирбвания (1„ 1п4Ьц), блок 31 оцифрогки выходного сигнала и цйфроаналоговый преобразователь (ЦАП) 32, при этом вход блока 13 формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров является входом канала 11 обработки временных параметров, выходы блока. 13 формирования импульсов компенсации и калибровки временных параметров соединены с входами блока 14 формирования сигналов вычитания, блока 1-5 формирования имитационных сигналов, блока 18 формирования имг1ульсов блокировки, блока 19 управления распределителей периодов и блока 20 формирования импульсов блокировки входного блока 8 J выход блока 15 формирования имитационных сигналов подключен к входу блока 16 выбора типа блокировки, второй вход которого подключен к выходу блока 30 суммирования, а выход соединен с входом блока 17 вычитания, к второму входу блока 17 вычитания подключен выход блока 14 фломирования сигналов вычитания, а выход блока 17 вычитания соединен с вторым входом блока 18 формирования импульсов блокировки, который соединен с блоком 19 управлени я распределителем периодов, первым входом блока 30 суммирования, входом первого блока 22 переноса и вторым входом блока 20 формирования импульсов блокировки входного блока 8, выход блока 20 соединен с вторым входом входного блока 8, выход блока 19 управления распределителем периодов соединен с вторым входом блока 21 формирования и распределения трех окон, первый вход которого соединен с входом блока 8, а выходам подключены к первому 22, второму 23 и третьему 24 блокам переноса, при зтом первый блок 22 ереноса соединен с вторым 23, а второй 23 - с третьим 24, выходи каждого из блоков переноса 22,:- 24 подключены к первым входам первого, второго я третьего блоков 25 - 27 выработки приращений времени, соответственно, вторые и третьи входы которых соединены с выходом входного блока 8 и выходом третьего блока 24 переноса соответственно, а выхбды первого, второго и третьего блоков 25-27 вьтработки прирао ний времени подключены к входам блока 29 выборки среднего приращения времени, четвертый вход которого соединен с выходом блока 28 ограничения приращения в1 емени, вход последнего соединен с выходом третьего блока 24 переноса. Выход блока 29 выборки среднего щжр.ащения времени соединен с вторым входом блока 30 суммирования, выход последнего подключен к блоку 31 оцифровки выходного сигнала, выход которого соединен с ЦАП 32, выход ЦАИ 32 является одним из выходов канала 11 обработки временны параметров и подключен к блоку 33 определения интервального времени, к второму входу которого подключен выход канала 12 обработки временных параметров. Входы каналов 1 и 12 обработки временных параметро соединены с входным блоком 8 и бло 10 кварцевого генератора с делителем частоты, вход которого соедине с.блоком 9 синхронизации, последни по входу соединен с входным блоком 8, а по выходу - с каротажным кабелем. Вторые выходы к.аналов 11 и 12 подключены к входам первого и второго блоков 34 и 35 определен амплитудных параметров (А и А с ответственно, вторые входы последних соединены с входным блоком 8, выходы подключены к входу блока 36 определения коэффициента затухания у VA вместе с выходом последнего соединены с выходом блока 37 определения спектральных характеристик принятого сигнала. Кроме того, устройство содержит блок 38 визуального контроля и фоторегистратор 39, входы которого соеди-, нены с выходами обоих каналов 11 и 12, блоком 33 определения интервального времени и выходами блоков 34 и 35 определения амплитудных параметров, блока 36 определения коэффициента затухания и блока 37 спектральных характеристик принятого сигнала. Устройство работает следующим образом. В каждом цикле измерений излучатели поочередно генерируют в окружающую скважинный прибор 1 среду .импульсы упругих колебаний, которые возбуждают в окружающем сквахинный прибор 1 пространстне серии разнообразных волн, воспринимаеладх приемником 5. Электрические колебания с выхода послед него , пройдя через усилитель б, поступают по каротажному кабелю 7 в наземную измерительную панель. Во входном блоке 8 синхроимпульсы, Соответствующие моментам срабатывания излучателей 2 и 3, и сиг налы с приемниками 5 распределяются по отдельным каналам (JIHHHHM); синхроимпульсы первого канала СИ{1) , синхроимпульсы второго канала - СИ(1г), СИГНАЛ. Синхроимпул1мсы обоих каналов нормализуются по длительности и амплитуде и поступают в блок 9 синхронизации, а сигнал через фильтр поступает в блоки 34 и 35 определения амплитудных параметров и,.дополнительно через пороговое устройство (дисириминатор) в виде серии прямоуголь ных импульсов, соответствующих положительным полупериодам сигнала, поступающего после окончания блокировочного импульса в блок 21 формирования и распределения трех окон по каналам. Блок 9 синхронизации пропускает на выход нормализованные синхроимпульсы и вырабатывает дополнительные командоимпульсы управления работой всего устройства. Синхроимпульсы каждого из каналов в блоке 10 запускают кварцевый генератор высокостабильных микросекундных счетных импульсов с делителем частоты на 50 в интервале времени разрешения, равном примерно половине интервала времени между синхроимпульсами разных каналов Далее в каждом из каналов 50-и микросекундные импульсы поступают на два последовательно соединенные кольцевые счетчики блока 13 с двумя выходйыми R5 -триггерами, на выходе которых с помощью программных переключателей устанавливаот импульсы tif калибровки и компенсации временных параметров t H-t2 диапазоне 0-4950 МКС с кратностью установки 50 МКС. Задними фронтами импульсов Лц или в случае установки к О синхроимпульсами данного канала запускают одновременно одновибратор блока 14 и одновибратор. имитационного сигнала1й-4 блока 15, который через блок 16 выбора типа блокировки совместно с 1 поступает на схему вычитания блока 17, на выходе которой формируется cигнaлtn - . Эти сигналы поступают в блок 18 и оцифровываются во входном счетчике росекундными счетными импульсами, поступакйцими с блока 10 при каждом прохождении одноименньтх синхроимпульсов, например CH(t4) для первого канала. При каждом прохождении разноименных синхроимпульсов, например СИ (i) для,первого канала, происходит сдвиг кода с параллельных выходов входного счетчика через схемы совпадения на параллельные входы выходного счетчика с последующей установкой входного счетчика в нулевое состояние. Расцифровку (вычитание) сигнала с выходного счет- чикаосуществляют теми же счетными импульсами после окончания компёнсационных импульсов : , поступающими с блока 13, или одноименными синхроимпульсами при 1|с 0. На выходе блока 18 установлен R5 -триггер , который вырабатывает прямоугольные импульсы, длительности которых определяются временем расшифровки вычитания) сигнала с выходного счетчика, который одновременно устанавливает входной счетчик в нулевое положение по окончании расшифровки. Таким образом, на выходе R5-триггера блока 18 формируется прямоугольный импульс блокировки t tflv данного цикла измерения, жестко привязанный или к заднему фронту компенсационного импульса tк , или к одноименному синхроимпульсу при i У; о .

Специфика-работы блока ,13 калибровки и компенсации состоит в том, что при t О на выходе блока 18 вырабатываются полные импульсы блокировкиt tn-i- I првязанные к одноименным синхроимпульсам, а при tv О - только нескомпенсированная часть импульсов блoкиpoвкиtJi ih- -t-t,fjпривязанные к задним фронтам импульса (; , при этом задние фронты импульсов i совмещены во времени. Такая система позволяет понизить разрядность счетчиков блока 18. В блоке 20 производят суммирование импульсов tj; от блока 13 и импульсов блокировки от блока 18, т.е. в любом случае на его выходе формируют полный импульс блокировки t|, t привязанный к синхроимпульсу. Временные диаграммы работы устройства (фиг. 2 показаны для случая t){ 0.

Разрешение работы распределителя блока 21 и всех последующих блоков формирования ЗН-к поступает с триггера разрешения блока 19 при наличии кода на выходном счетчике блока 18. Распределитель представляет собой трёхразрядный .кольцевой счетчик, на вход которого подают импульсы дискриминатс а от входного блока 8, а на выходах получают три импульса, равных по длительности трем первым периодам акустического сигнала после прохождения импульса блокировки.

Распределенные окна (периоды) поступают в блоки 22 - 24 переноса, которые устроены и работают аналогично блоку 18. Отличие в работе этих блоков лишь в том, что сигналы на вычитание подают по последовательной цепочке: в блок 2 от заднего фронта импульса блокировки 1 блока 18, в блок 23 от заднего фронта выходного импульса блока 22 и в блок 24 от заднего

фронта выходного импульса блока 23, т.е. все перенесенные периоды из предыдущего в данный цикл измерения смещены в сторону синхроимпульсов на величину С относительно их прежнего положения.

Перенесенные периоды предыдущего цикла измерения и импульсы дискриминатора данного цикла измерения поступают в блоки 25-27 выработки приращений времени Bt, .по

o трем первым фазам (периода,м) информационных сигналов между двумя соседними циклами измерений. Каждый из блоков 25-27 выpaбoтки Гii

5 состоит из реверсивного счетчика, логических элементов, триггера управления и выходного R5-триггера. Схема собрана так, что если в окне Т импульс дискриминатора отсутствует, то в счетчике счетными им0пульсами оцифровывают весь период, а .задним фронтом периода счетчик устанавливают в нулевое состояние, при этом Sij не вырабатывают. Если же импульс дискриминатора в данном

5 окне присутствует, то в счетчике оцифровываются интервал времени между передними фронтами перенесенного периода и импульса дискриминатора данного цикла, одновре0менно последним запускается триггер блокировки сброса счетчика в нулевое состояние.

Команду вычитания на счетчик и на срабатывание выходного R5 -триг5гера подают по окончании импульсов блокировки сброса счетчиков в нулевое состояние после полного прохождения всех трех окон (периодов) одновременно на все три блока выработки 8i , поэтому начало всех вы0работанных совмещены во времени.

Рассмотрим некоторые частные случаи выработки .

Если в {у -1) -м цикле измерений

5 окна Tj и П-м цикле измерений импульсы дискриминатора выработаны Правильно, т.е. по неискаженнЕЛМ сигналам (фиг. 2), то независимо от спектра сигнала (соотношения дли0тельностей периодов) все значения St| одинаково нормальные (8 t.,) и за истинное приращениеSl можно взять из них, при этом если время между циклами не изменяет5ся, -81„ О , Bin ; ,

t,, tn.,i tr, , Т.е. ЦИКЛ ПОЛНОСТЬЮ повторяется.

Если )-м цикле окна Т( выработаны правильно, а в и-м

цикле для некоторого окна дискриминатор сработан на шумовой сигнал, предьлествующий информационному, ToStJ для данного окна вырабатывается заниженним{Л )

Если в («-1)-м цикле какое-то из окон Т выработано неправильно на шумовой сигнал, пределествующий инфсфмацйонному, или в П-м цикле проиэсяиел перескок срАбатывачкя дискриминатора через фазу информационного сигнала на игумовой сигнал, ToStj для данного окна вырабатывается завышенным.

. Отсэода следует, что из трех возможных вьфаротанных значений оЦ Наиболее достоверюлм является среднее, максимальное значени которого не превышает 2 Ц равное примерно половине длительности усредненного периода высокочастотных акустических (сигналов (0,5Тер)

алработангале приращения 8t поступают в блок 29 выборки среднего Sir) / управляемый блоком 28 ограничения . Схема выборки собрана на логических элементах И, ИЛИ и с одновибратором.

В таблице приведена истинность выборки& й .

ННН

Н Н,0НН

Н,:Н,0Н

Выборку по пунктам 1-3 производят по первой схеме 2-2-2И-3 -ИЛИ, где на И 8in подаются комбинациями 1-2, 1-3, 2-3. Если первая cxeMaBtnHe вырабатывает (пункты 4, и 5) то параллельно ей работает вторая схема 3 ИЛИ-И, в которой на схему ИЛИ падают все TpHSt , а схема И блокируется одновибратором в случае выработки В ty, первой схемой и не блокируется в случае отсутствия Bin на выходе первой схемы. Сигнал с первой или второй схемы через схему ИЛИ подают на схему совпадения И, на второй вход которой подают сигнал ограничения 21 , совмещенный передним фронтом с выработанными приращениями Sti . Поэтому в случае выработки Bin М первой схемой по пункту 6 или второй схемой по пункту 5 на выходе схемы совпад§н.ия-получают сигнал ограничения 6tn 21 2Тср . Из таблицы видно, что вероятность йыборки нормального значенияМц логической схемой очень высокая (пункты 1-4), тде для выборки нормального значения достаточно присутствие хотя бы одного нормального6 4 из трех значений вырабатываемых 8ti . Комбинации вырабатываемых Si по пунктам 5 и 6 мало вероятны, но даже и в этом случае не происходит сбоя (пропуск фаз или выработки Stn по шумовым сигналам) в работе следя1пей системы выработки временных параметров. В блоке 30 (схема 5 или) смешивают сигналы блокировки ij блока 19 и приращения Bin схемы выборки блока 29, т.е. на выходе блока. 30 получают сигнал измеряемого параметра tj, t, i, t

Однако

8t,

Q выходные импульсы tj: и этого.

блока разнесены во времени, поэтому они дополнительно поступают на оцифровку в блоке 31, а затем на ЦАП 32 и фоторегистратор 39.

Фунуционально связанная схема Фиксированная следящая блокировка включает в себя блоки 14-18 и 30 и работает следующим образом.

При включении одновибратора блока, 15 его имитационные импульсы . 1 . проходят через смеситель (или) блока 16 в блок 17, запускают одновибратор блокировки блока 16, предотвращающего прохождение импульсов с блока 30 в блок 17. При 5 выключений одновибратора блока 15 одновременно сенсорно выключается одновибратор блока 16 и импульсы с блока 30 проходят в блок 17 вычитания и на оцифровку в блок 18, при этом если выключение одновибратора блока 15 произсяало даже в момент прохождения имитационного импульса, то этот импульс не прерывается а продолжается импульсом с блока 30, что предотвращает сбои в работе следящих систем устройства при переключении устройства из режима фик-, сированной блокировки в режим следящей блокировки.

Таким образом, работа устройства по измерению времен i и i рас пространения упругих колебаний на каждой из баз акустического зонда в отдельности состоит в следующем: выработка импульса блокировки i t|,.,- данного цикла измерения, равного по длительности измеренному времени распространения в предыдущем цикле измерения ,и перенесенного за вычетом в данный изме- рения; выборка наиболее вероятного приращениявремени6tn данного цйкла измерений из трех вырабатываекых приращений 8tj по трем первым фазам (периодам, перенесенным со смеще5 нием t в сторону синхроимпульсов из предыдущего в данный цикл измерения и импульсов дискриминатора данного цикла измерения, и, наконец, выработка истинных значений времен tj, и ty распространения сиг нала на каждой из баз акустического зонда в отдельности из соотнетаения м л Stfl. Импульс блокировки t, поступающий с выхода схемы переноса блока 18, одновременно является импульсом блокировки во входном блоке 8, данного цикла измерения, импульсом сум мирования t,, t п + Btj, в блоке 30 данного цикла измерения и, поступая как суммарный сигнал t t tn через блок 16 и схему вычитания .Т , блок 17 на оцифровку во входном счетчике блока 18 сигналом выработки блокировки t i,. t(,-E. следующег цикла измерения. Вхождение устройства в режим измерения происходит после нескольких {ЦИКЛОВ срабатывания одноименных из лучателей или поступления одноименных синхроимпульсов, например СИ (ц |для первого канала. В исходном сост янии все счетчики устанавливаются в нулевое состояние и разрешается оци ровка сигнала только во входном сче чике блока 18. При поступлении первого синхроикщульса СИ (t;j ) во входном счетчик блока 18 оцифровывается сигнал t.поступакяций с блоков 14-16. При пос туплении следукчдего за ним синхроимпульса СИ (t/j) код со входного счетчика сдвигается в выходной счет входной, счетчик устанавливает ся в нулевое состояние. При поступлении второго синхроимпульса СИ {t снова происходит оцифровка сигнала во входном счетчике блока 18, . цифровка сигнала с его выходного счетчика и выработка первого блокировочного импульса Ц, срабатывание формирователя и распределителя периодов блока 21 и оцифровка их во входных счетчиках блоков 22-24. Следующий синхроимпульс СИ (t) сдвигает все коды с входных в выходные счетчики (блоки 18, 22, 23 и 24) Начиная с третьего синхроимпульса СИ (t) все устройство входит в режим измерений, при этом можно выключить одновибратор блока 15 и перейти с режима фиксированной блокировки в режим следящей блокировки. Время вхождения устройства в режим измерения при стандартной частоте запуска одноименных излучателей 12,5 Гц составляет 80-3 240 мс, т.е. примерно 0,3 с. Каналы 11 и 12 цифровой обработки времен t и tn распространения упругих колебаний на каждой из баз акустического зонда устроены и . работают совершенно одинаково, различие состоит лишь в подаче сигналов управления с блока 9 синхронизации так, чтобы канал 11 произво;дил обработку времени i распространения сигнала на меньшей базе зонда, а канал 12 - на большей базе зон-да. Контроль за работой устройства и его настройку на измерение и регистрацию параметров осуществляют по злектронному осциллографу с помощью блока 38- визуального контроля, обеспечивающего синхронизацию осциллографа и формирование необ ходимых контрольных сигналов. Регистрация параметров осуществляется следующим образом. Установку масштабов регистрации временных параметров ii и tj в каждом нз каналов осуществляют подключением выходных сигналов блока 13 непосредственно на вход блока 31 оцифровки. Устанавливая с помощью программных переключателей различные значения длительностей импульсов к и.с , фиксируют необходимые отклонения бликов гальванометров фоторегистратора 39 в каналах 11 и 12, а отклонение бликов гальванометров в канале регистрации интервального времени устанавливают пропорционально разности длительностей импульсов Аналогично устанавливают . MacuiTaP регистрации спектральных характеристик. Установку масштабов регистрации амплитудных сигналов осуществляют от имитаторов акустических сигналов. Настройку устройства на регистрацию параметров осуществляют при неподвижном приборе в скважине в интервалах с пониженным затуханием акустического сигнала. При этом регулируют уровни прохождения синхроимпульсов и сигналов, обеспечивая срабатывание схемы синхронизации, регулируют .амплитуду сигнала на выходе фильтра, обеспечивая четкое срабатывание порогового устройства (дискриминатора). Необходимость такой регулировки вызывается тем, что синхроимпульсы и сигналы со скважинного прибора в наземную панель поступают по каротажйому кабелю, поэтому уровни и характер поступающих в наземную панель синхроимпульсов и сигналов . зависят не только от сигналов, вырабатываемых скважинным прибором, НО и от электрических характеристик кабеля (сопротивления, емкости , индуктивйости , качества изоляции) . В каждом из каналов устанавлиЬают необходимую (расчетную) длительность -импульса смещения t (Хблок 14) и импульса ограничения 1 (блок 28) и включают фиксированную блокировку - имитационный одновибратор блока 15. Визуально по электронному осциллографу, устанавливают задние фронты имитационных сигналов на первые вступления выбранных для измерения параметров типов волн, например, поперечных (S) и после вхождения устройства в режим измерения (о,3 с) выключают одновибратор имитацйоннЪ го-сигнала блока 13. Убедившись, что произошел захват установленных фаз сигналов (импульсал следящей блокировки располагаются перед выбранными фазами), начинают продвижение прибора ПС стволу скважины и регистрацию акустических параметров. Перевод устройства на реги рацию параметров других типов волн производят при остановке прибора в скважине, переводе задних фронтов имитационных импульсов на первые вступления этих волн, переводе устройства в автоматический режим прослеживания и регистрации .параметров при движении прибора в скважине. . Оптимальную длительность компенсационных импульсов и tjf выбирают такой, чтобы они были примерно на 50 МКС.меньше минимально возможного времени tjj и tq распространения данного типа волн на каждой из баз зонда в исследуемом интервале скважины, которые в большинстве слу чаев можно предварительно рассчитать или определить по именодемуся фактическому материалу. Величину скомпенсированного сигнала в канале регистрации интервального времени t устанавливают из соотношения 6t t - t , например, если при регистрации параметров поперечных (S) волн на базах зонда 4 и 5 м величина компенсационных сигналов t и К7 равна соответственно 1300 и 1450 МКС, то величина скомпенсированного сигнала в канале д t составляет 150 МКС, что Также несколько меньше минимально возможного зна чения интервального времени i t (порядка 180 мкс). Предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью для разнообразных типов волн в режиме следящей блокировки регистрировать время распространения акустических сигналов на меньшей (t) и большей (t.y) базах зонда, а спедовательно, и интервальное время Д , частотные спектры принимаемых сигналов, как длительности времени суммы первых трех или двух периодов выбранных для измерения параметров сигналов, амплитудные параметры сигналов А, ,А, , по известной методике, при этом в блоки амплитудной обработки сигналы подаются с фильтра входного блока 8, а следящие временные окна2;Т Т, +Т -t-T-) от блока 24 переноса или SlT Т, ч-Т от блока 23, что является более обоснованным, чем выбор фиксированной длительности селекторных окон в известных устройствах акустического каротажа. В режиме фиксированной блокировки (одновибратор блока 15 при регистрации остается постоянно включенным, следящая блокировка выключена) регистрируют с1МплиТудные параметры и частотные спектры волн по обсадной колонне и гидроволн, для которых времена t, и tg постоянны. Техническое преимущество изобретения прежде всего состоит в его универсальности и комплектности, так как оно обеспечивает с помощью одного из устройств обработки информации и одного из регистрирующих устройств с высокой точностью регистрировать разнообразные параметры раэшдх типов волн. Так как каждый.из типов волн выделяется и регистрируется независимо от других , устройство обладает высокой разрешающей способностью по их выделению с достаточно широким динамическим диапазоном. Автоматическая регистрация искомых параметров непосредственно на скважине производится со скоростью 800 1200 м/ч. Kpcwe того, время на получение однотипного материала сокращается в сотни раз, качество материала выше, нет потерь информации из-за дискретности срабатывания аппаратуры, высокая разрешающая способность обеспечивает возможность расширения (или выбора) комплекса акустических измерений в зависимости от конкретных геологических условий или целенаправленности геофизических работ, своевременность получаемого материала, возможность быстрой оценки его качества и геологической информативности резкое сокращение аппаратурных затрат, а следовательно, и времени на проведение измерений и задержек скважины, более широкие возможности при проведении этих измерений. Все это приведет к сокращению времени и средств при исследованиях скважин и повышению эффективности геологоразведочных и эксплуатационных работ.