Система акустического каротажа Советский патент 1984 года по МПК G01V1/52 

Изобретение относится к геофизи ческим исследованиям скважин, в частности к аппаратуре акустического каротажа.

Основная задача акустиче.скога каротаж-а - измерение скорости распределения (интервального времени) упругой волны в исследуемых порода пересеченных скважиной. Для измерения интервального времени обычно используют трехэлементнр1 й зонд, содер) излучатель (или приемник) и два приемника (или излучателя) , расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга. Излучатель периодически (через 40 мс) посылает в породу импульсы упругих колебаний.

Упругие колебания возбуждают несколько типов акустических продольные, поперечные, лэмбовские обменные и т.д., которые распространяются в околоскважинном пространстве с различной скоростью и, достигая сначала одного, потом другого приемников, преобразуются последними в электрические сигналы сложной формы, называемые волновыми картинами..

За счет различной скорости распространения первыми приходят к приемнику продольные волны, поперечные волны в горных породах имею скорость распространения в 1,4-2,2 раза меньшую продоль.ных, и поэтому вступают после продольных, а лэмбовские волны - после поперечных. Импульсы начала возбуждения, упруги колебаний,- синхроимпульсы (СИ) и электрические сигналы волновых картин от ближнего и дальнего приеников - поступают по кабелю,-в наземную аппаратуру.

Определение момента прихода продольных волн (а отсюда и надежное вычисление интервального време продольных волн) является сложной, но успешно решаемой задачей, определение же момента прихода поперечных волн до настоящего времени не удается автоматизировать и возможно только при визуальной обработке волновых картин. Отсюда такой важный параметр как интервальное врем поперечных волн редко используется, так как вычисление его производится путем поточечного отсчета при визуальной обработке осциллограмм волновых картин, зарегист- . рированных на фотопленке или фазокорреляционных диаграммах, что является трудоемким и дорогим процессом.

Известен способ выделения поперечных волн путем умножения времени распространения продольной волны на коэффициент, в частности на коэффициент ,5. Сформированные временные интерналы (по ближнему и дальнему каналам) заканчиваются в районе ожидания втупления пойеречных волн и запускают формирователь стробирующих импульсов, повышающих надежность выделения первых фаз поперечных волн 1 .

Однако более или менее надежное выделение первых фаз поперечных волн возможно только в ограниченных участках разреза, когда устновленный коэффициент соответствует, реальному соотношени скоростей продольных и поперечных волн. В других участках разреза необходимо перестроить коэффициент умножения, но наличие каверн,, перекосов зонда и других причин не исключает перескоков на фазу выделители поперечных волн и, отсюда, невозможность автоматической регистрации интерва-пьного времени поперечных волн,

Известе.н способ повышения надежности регистрации интервального времени поперечных золк выделением сигналов по функции взаимной корреляции.. Очевидно, что реализация этого способа наиболее эффективна на ЭВМ, а устройство, реализующее такой способ, имеет ограничанные логические возможности. В устройстве стробируется район поперечных волн и выделяются моменты .переходов фаз волн. Нули и единицы сигналов заносятся в регистры сдвига, где путем последовательного сдвига выделяют экcтpe y IЫ функции взаимной корреляции и далее вычисляют интервальное время поперечной волны. Применение корреляционного способа выделения сигнала повышает надежность и точность регистрации интервального времени поперечной волны 2j .

Однако в практике акустического каротажа этот метод не всегда дает ожидаемые результаты. Поперечная волна часто ограничивается 3-5 периодами колебаний, а отсюда, функция взаимной корреляции будет не явно выраженной, а иногда и совершенно отсутствовать, в то время как по осциллограмугам фазокорреляционн1Ь Х диаграмм фазовые линии чет просматриваются. Таким образом, недостаточная надежность и сложнос этого устройства ограничивают его применение.

Наиболее близкигл к предлагаемом является система акустического каротажа, содержащая соединенные кабелем скважинный прибор и наземную аппаратуру, включающую в себя узлы формирования временных интервалов от синхроимпульсов до первых и последующих фаз сигналов поперечных волн ближнего и дальнего каналов, узлы вычисления интервал ных времен bt, , uiij-j,.. . , д1 sn по перечных волн, реализующие все во можные сочетания разностей времен ных интервалов, коммутатор, согл сующий каскад, узел памяти, узел сравнения, узел переноса, узел управления и регистратор, где вых узлов формирования временных инте валов поперечных волн подсоединены входам соответствующих узлов вычи ления интервальных времен попереч ных волн, выходы которых через ко мутатор и согласующий каскад подсоединены к узлу сравнения и через узел переноса - к узлу памяти, выход последнего соединен с регист ратором, выход узла сравнения соединен с узлом переноса и узлом управления, а узел управления соединен с коммутатором, с узлом срав нения, с узлом формирования временных интервалов поперечных волн и через кабель - со скважинным прибором. Устройство позволяет выделить несколько временных интервалов по первым, вторым и т.д. фазам сигналов, произвести несколько вычитаний, при различных сочетания временных интервалов, автоматически выбрать истинный результат вычи сления и выдать его на регистратор зЗ. Ко р разрезах с сильным затуханием поперечных волн возможны погрешности измерения и сбой системы Для вывода системы из сбоя необходимо вмешательство оператора. Цель изобретения - автоматизация и повышение надежности и точности измерения интервального времени поперечных волн. Для достижения поставленной цел в систему акустического каротажа, содержащую соединенные кабелем скважинный прибор и наземную аппаратуру, включающую в себя узлы формирования временных интервалов от синхроимпульсов до первых и последующих фаз сигналов поперечных волн ближнего и дальнего каналов, узлы вычисления интервальных времен ulg, ,bi поперечных волн, реализующие все возможные сочетания разностей временных интервалов, коммутатор, согласующий каскад, узел памяти, узел срав нения, узел переноса, узел управления и регистратор, где выходы узлов формирования временных интервалов поперечных волн подсоединены ко входам соответствующих узлов вычисления интервальных времен поперечных волн, выходы которых через ко1 1утатор и согласующий каскад подсоединены к узлу сравнения и через узел переноса - к узлу памяти, выход последнего соединен с регистратором, внхол узла сравнения соединен с узлом переноса и узлом управления, а узел управления соединен с коммутатором, с узлом сравнения, с узлом формирования временных интервалов поперечных волн и через кабель - со скважинным прибором, дополнительно введены формирователь временных интервалов продольных волн и вычислитель интервального времени продольных волн, причем формирователь временных интервалов продольных, волн соединен с формирователем временных интервалов поперечных волн, с узлом управления и с вычислителем интервального времени продольных волн, а выход последнего соединен с узлом сравнения и с регистратором. На фиг. 1 приведена функциональная схема системы акустического каротажа, на фиг. 2 - временные диаграммы работы основных узлов. Система акустического каротажа состоит из скважинного прибора 1, и наземной аппаратуры 2, соединенных кабелем 3, Наземная аппаратура включает в себя формирователи 4 и 5 временных интервалов от синхроимпульсов до первой и второй фаз вступлений поперечной волны соответственно, узлы 6-9 вычисления интервальных времен i-S2, utgj/ коммутатор 10, согласующий каскад 11, узел 12 сравнения, узел 13 переноса, узел 14 памяти, узел 15 управления, регистратор 16, формирователь 17 временных интервалов продольных волн и вычислитель 18 интервального времени продольных волн, где врлходы формирователей 4 и 5 подсоединены к входам узлов 6-9, а выходы последних через коммутатор 10 и согласующий каскад 11 соединены с узлом 12 сравнения и узлом 13 переноса, узел 13 переноса подсоединен к узлу 14 памяти, узлу 12 сравнения, узлу 15 управления-, который соединен с ко мутатором 10, формирователями 4 и 5 и с узлом 12 сравнения, узел 14 памяти соединен с регистратором 16, формирователь 17 временнь1Х интервалов продольных волн соединен с формирователями 4 и 5 временных интервалпв поперечных волн, с узлом 15 управления и с вычислителем 18 интервального времени продольных волн, выход которого соединен с регистратором 16. Названные узлы могут быть построены по общеизвестным схемам с применением транзисторов и микросхем средней интеграции. Система может быть собрана на аналоп-ц мх элементах, на цифровых или всочетанш Рассмотрим принцип работы системы при формировании 4-х временных интервалов по двум фазам, В рабочем положении от скважин ного прибора 1 через карота жный кабель 3 на вход наземной аппаратуры 2 через равные промежутки вр мени поступают синхроимпульсы и волновые картины ближнего и даль негб каналов (фиг. 2, 19). Форг Мрователь 17 формирует временные и«тервапы продольных волн и вычислитель 18 вычисляет интервальное время продольных волн б1р , ко торое поступает на регистратор 16 и узел 12 сравнения. Выделенные временные интервалы продольных волн поступают в узел 15 управления, который блокирует формирователи 4 и 5 до прихода первых фаз поперечной волны и на выходе формирователей 4 и 5 формируются временные интервалы до первой и второй фаз поперечных волн ближнего 20 и 21 и дальнего 22 и 23 каналов. Сформированные временные интервалы поступают на узлы 6-9, вычислякяцие разность четырех различных сочетаний време ных интервалов. Результаты вычислений через коммутатор 10 и согла сующий каскад 11 поочередно посту пают на узел 12 сравнения и узел 13переноса. Узел 15 управления вырабатывает импульсы 24-27 переключения коммутатора 10 и импульсы 28 опроса узла 12 сравнения. Яа узел 12 сравнения поступают данные интервального времени продольных волн и информация от узло 6-9 вычисления интервального времени поперечных волн. Узел сравнения имеет определен ную зону сравнения (зону чувствительности) и если сравниваег ые сигналы окажутся близки в предела зоны чувствительности, узел сравнения выдает импульс 29, который остановит переключение коммутатор ДО и опрос узла 12 сравнения и пе репишет информацию (позиция 30/ с согласуняцего каскада 11 в узел 14памяти и далее на регистратор 16. Данная система представляет следукацие преимущества. Интервальное время продольной волны на базе расстояние между двумя приемниками в 0,5 изменяется в зависимости от разреза скважины в пределах от 60 до 350 МКС. Исходя из известного коэффициента отношения скоростей продольных и поперечных волн, равного 1,4-2,2 интервальное время поперечных волн при минимальном времени продольных волн, равном 60 МКС, может изменяться от 108 мкс до 132 МКС,что При приведенном интервальном времени продольных волн, равном 120 мкс, составит 12 мкс. Для максимального интервэль-ного времени продольных волн, равного 350- мкс, интервальное время поперечных волн будет изменяться в пределах от 630 мкс до 770 мкс или 700i70 мкс. Таким образом, максимальное отличие интервального времени поперечных волн от приведенного (умноженного на 2) интер- / вального времени продольных волн составит 1 70 мкс. Установив . зону чувствительности узла сравнения, равную 4 70 мкс, выбираем и регистрируем только истинное значение интервального времени поперечных волн. Предположим, что при выделении фаз поперечных волн произошел перескок на период. Для низкочасTovljoro акустического зонда период поперечной волны составляет порядка 75-100 мкс. В этом случае величина ошибки превышает зону чувствительности узла сравнения, и коммутатор 10 выберет достоверный результат. Если поперечные волны сильно затухают и выделение их практически невозможно, система выдает ложную информацию, однако с появлением -волн система восстановится и будет выдавать достоверную информацию. По сравнению с известными устройствами вычисления интервального времени поперечных волн данная систег а позволяет полностью автоматизировать процесс вычисления,получать и регистрировать достоверную . информацию интервального времени поперечных волн в процессе каротажа.

СИСТЕМА АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА, содержащая соединенные кабелем скважинный прибор и наземную аппаратуру, включаквцую в себя узлы формирования временных Интервалов от синхроимпульсов до первых и последующих фаз сигналов поперечных волн ближнего и дальнего каналов, узлы вычисления интервальных времен ,..., поперечных волн, реализующие все возможные сочетания разностей временных интервалов, коммутатор, согласующий каскад, узел памяти, узел сравнения, узел переноса, узел управления и регистратор, где выходы узлов формирования временных интервалов поперечных волн подсоединены ко входам соответствующих узлов вычисления интервальных времен поперечных волн, выходы которых через коммутатор и согласующий каскад подсоединены к узлу сравнения и через узел переноса к узлу памяти, выход последнего соединен с регистратором, выход узла сравнения соединен с узлом переноса и узлом управления, а узел управления соединен с коммутатором, с узлом сравнения, с узлом формирования временных интервалов поперечных волн и через кабель со скважинным прибором, отлис S чающаяся тем, что, с целью автоматизации и повышения (Л надежности и точности измерения интервального времени поперечных с: волн, в систему дополнительно введен формирователь временных интервалов продольных волн и вычислитель интервального времени продольных волн, причем формирователь временных интервалов продольных волн соединен с формирователем 3 in временных интервалов поперечных .волн, с узлом управления и с вычислителем интервсшьного времени X продольных волн, а выход последО него соединен с узлом сравнения ), и регистратором.