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

00

ел ел

Изобретение относится к технике для геофизических исследований в скважинах и может быть использовано для исследования характеристик пересекаемых скважинами пород, а также для контроля за техническим состоянием скважин.

Известны приборы для акустического каротажа, содержащие излучатель упругих колебаний, приемный преобразователь и электронный блок, в котором находятся схема запуска излучателя, усилитель сигналов приемника и источник питания.

Излучатель и приемный преобразователь разнесены по длине прибора на величину зондового расстояния. Электронный блок расположен на противоположном относительно приемного преобразователя конце прибора.

Акустическая развязка приемного преобразователя от излучателя и всей конструкции прибора в целом осуществляется с помощью установленного между излучателем и приемным преобразователем акустического изолятора - элемента конструкции, препятствующего прохождению упругих колебаний к приемному преобразователю непосредственно по прибору и, соответственно, обеспечивающего возможность регистрации полезной информации, т. е. колебаний, прощедщих путь от излучатели к преобразователю по исследуемым стенкам скважины 1 и 2.

Хотя указанная конструкция прибора является достаточно оптимальной с точки зрения минимального воздействия на приемный преобразователь акустических полей, однако имеет относительно высокий уровень электромагнитной помехи от излучателя и его проводов на провода приемного преобразователя, трассируемые к электронному блоку через изолятор и мимо излучателя. Этот высокий уровень помех обусловлен больщим импульсным током в обмотке излучателя (как правило до 100А) при относительно небольщом сигнале приемного преобразователя, что обуславливает недостаточное превыщение сигнала над уровнем помехи.

В этом случае имеет место искажение информации, особенно в высокоскоростных разрезах, когда сигнал приходит с небольшой задержкой относительно момента срабатывания излучателя.

Известна также серийно выпускаемая аппаратура акустического каротажа СПАК-4 (СПАК-4М), имеющая те же функциональные элементы и рассчитанная для работы при температуре до 150- 200°С 3.

В этой аппаратуре для улучщения соотношения сигнал/ электромагнитная помеха мимо излучателей трассируется по проводам усиленный усилителем сигнал приемного преобразователя, имеющий относительно большую амплитуду. Усилитель оконечный и предварительные каскады, а также источники анодного и накального напряжения размешены в пристыкованном к приемному преобразователю герметичном контейнере, имеющем достаточно большие размеры для размещения термостойких элементов электрической схемы. Хотя соотношение сигнал/электромагнитная помеха за счет увеличения сигнала в трассируемых мимо излучателей проводах улучшено, тем не менее качество получаемой информации недостаточно высокое из-за наличия вблизи приемного преобразователя громоздкого контейнера, который, имея большую поверхность,

воспринимает большое количество шумов движения (от соударения с твердыми частицами бурового раствора, от работающих центраторов, от люфтов в местах стыков и т. д.) и передает их непосредственно на приемный преобразователь.

0 Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является опытный образец скважинного прибора аппаратуры акустического каротажа типа СПАК-8, предназначенной для исследования высокотемпературных скважин, в котором последовательно, начиная от места стыковки с каротажным кабелем, скомпонованы электронный блок, содержащий схему запуска излучателей, оконечный усилитель информационных сигналов и источники питания,

0 излучатели упругих колебаний, акуст1{ческий изолятор, приемный преобразователь и совмещенный в общей конструкции с преобразователем предварительный усилитель два реостатных каскада на половине двойного триода каждый (использование лампы

здесь обусловлено необходимостью высокой термостойкости ).

При работе прибора импульсы тока от схемы запуска периодически поступают на излучатели, которые при поступлении тока возбуждают в окружающей среде серии упругих колебаний. Упругие колебания, распространяясь по стенкам скважины, достигают приемного преобразователя, где преобразовываются в электрические колебания - информационный сигнал. Этот сиг5 нал, несущий информацию о составляющих стенки скважины породах, усиливается предварительным усилителем до необходимого уровня, а затем трассируется с помощью проводов с герметичной изоляцией и ((орпуса прибора через заполненную буровой жидкостью внутреннюю полость акустического изолятора и электронный блок на вход оконечного усилителя и далее через каротажный кабель в наземное измерительное устройство. По этому же проводу от

, источника анодного питания из электронного блока подается анодное питание на анод лампы второго каскада предварительного усилителя через анодную нагрузку

этого каскада, которая также расположена в электронном блоке. С помощью таких же проводов осуществляется подача нз электронного блока на предварительный усилитель от соответствующих источников накального и анодного напряжений для питания первого каскада усиления. Благодаря малому объему (и поверхности) камеры предварительного усилителя, обусловленному минимумом установленных там элементов, и предварительному усилению информационного сигнала до его трассирования через источники электромагнитных помех (излучатель) описанная конструкция является оптимальной с точки зрения уменьщения как акустических, так и электромагнитных помех и обеспечивает получение качественной информации 4.

Однако известный прибор имеет недостаточную надежность и сложность, обусловленные необходимостью использованных трех транзитных проводов для связи предварительного усилителя с электронным блоком. Этн провода и, соответственно, три пары герметичных электровводов являются наименее надежными элементами конструкции прибора, поскольку работают в буровой жидкости при больших давлениях и температуре, и их количество определяет в значительной мере надежность прибора в целом, а необходимость,; установки больщого количества электровводов в герметичные узлы конструкции прибора усложняет его.

Цель изобретения - повыщение надежности и упрощение конструкции прибора.

Поставленная цель достигается тем, что в приборе для акустического каротажа высокотемпературных скважин, включающем излучатель упругих колебаний, приемный преобразователь с предварительным усилителем, содержащие по крайней мере два каскада усиления, акустический изолятор и электронный блок, содержащий схему запуска излучателя, оконечный усилитель информационных сигналов и источники питания, первые каскады предварительного усилителя подключены кисточнику анодного питания через анодную нагрузку последнего каскада, а между анодом лампы последнего каскада и анодной нагрузкой первых каскадов включен фильтр низких частот.

На чертеже схематически показан прибор для исследования. скважин с температурой до 20Q-250°С, ламповый вариант.

Основными функциональными элементами прибора являются магнитострикционный излучатель 1 упругих колебаний, приемный пьезокерамический преобразователь 2 сферической формы с предварительным двухкаскадным усилителем 3, акустический изолятор 4 и электронный блок 5.

В электронном блоке 5 установлены схе,ма б запуска, излучателя, оконечный усилитель 7 информационных сигналов, анодный

8, накальный 9 и высоковольтный 10 источники питания, анодная нагрузка 11 для второго каскада предварительного усилителя 3.

Электрическая связь электронного блока 5 с предварительным усилителем 3 осуществляется с помощью проводов 12 и 13 и герметичных электровводов 14.

Предварительный усилитель 3 содержит первый 15 и второй 16 каскады усиления и Г-образный RC-фильтр 17 низкой частоты.

Прибор работает следующим образом.

Накопленная схемой 6 запуска от высоковольтного источника 10 питания энергия в виде импульса тока периодически поступает на излучатель 1, который при этом возбуждает в окружающей среде импульсы упругих колебаний. Последние, распространяясь по стенкам скважины, достигают приемного преобразователя 2, где преобразуются в электрические колебания - информационный сигнал. Этот сигнал усиливается предварительным усилителем 3 до необходимого уровня, а затем трассируется по проводу 12 через полость внутри акустического изолятора 4 и излучателя 1 на вынесенную в электронный блок 5 анодную нагрузку 11 второго каскада предварительного усилителя 3. Информационный сигнал, снимаемый с анодной нагрузки 11, усиливается в оконечном усилителе 7 и далее подается через каротажный кабель в наземное измерительное устройство.

Два каскада 15 и 16 в предварительном усилителе 3 выбраны для обеспечения достаточного соотношения сигнал/помеха, при котором амплитуда сигнала существенно превосходит амплитуду электромагнитной наводки 6т излучателя. Питание накала лампы предварительного усилителя 3 осуществляется по проводу 13.

Подключение предварительного усилителя 3 к анодному источнику 8 питания осуществляется в электронном блоке 5, где расположена анодная нагрузка 11 второго каскада 16 предварительного усилителя 3. Первый каскад 15 предварительного усилителя 3 подключен через Г-образный фильтр 17 низкой частоты к аноду второго каскада 16 и через анодную нагрузку 11 второго каскада к источнику 8 анодного питания. Г-образный фильтр 17 низкой частоты в этом случае выполняет защитные функции, пропуская только постоянное напряжение анодного источника 8 питания на анодную нагрузку первого каскада 15, предотвращая замыкание анода и сетки второго каскада 16 на частотах информационного сигнала, которое, если бы оно имело место, было бы равносильно почти стопроцентной обратной связи и, соответственно, отсутствию усиления во втором каскаде 16 предварительного усилителя 3.

Подключение первого каскада предварительного усилителя 3 к источнику анодного

питания через анодную нагрузку 11 второго каскада позволяет использовать для анодного питания первого каскада имеющуюся линию связи между выходом .(анодом) второго каскада с входом оконечного каскада и, тем самым, исключает необходимость в специальной линии связи для подведения анодного напряжения к первому каскаду предварительного .усиления, и, тем сам.ым.

уменьшает на 1/3 количество проводов, работающих в тяжелых условиях скважинной среды, и соответствующее количество герметичных электровводов, т. е существенно увеличивается надежность прибора и упрощается его конструкция и, соответственно, повышается эффективность его использования при каротаже высокотемпературных скважин.

ПРИБОР ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА ВЫСОКОТЕДШЕРАТУРНЫХ СКВАЖИН, содержащий излучатель упругих колебаний, приемный преобразователь с предварительным усилителем, содержащим по крайней мере два каскада усиления, акустический изолятор и электронный блок, содержащий схему запуска излучателя, оконечный усилитель информационных сигналов и источники питания, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности прибора и упрощения его конструкции, первые каскады предварительного- усилителя подключены к источнику анодного питания через анодную нагрузку последнего каскада, а между анодом лампы последнего каскада и анодной нагрузкой первых каскадов включен фильтр низких.частот. S (Л