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

1109 Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин акустическими методами. Известно устройство для акустического каротажа скважин, содержащее сквшкинный прибор с трех- или четырехэлементным акустическим зондом, наземную часть, состоящую из блока синхронизации и формирования разнонолярных пусковых импульсов, блоков для записи параметров упругих волн. Скважинный прибор снабжен блоком управления коммутирующими злементами, обеспечивающилш поканальное разделение пусковых импульсов и задержку мо мента возбуждения излучателей относи тельно пусковых ршпульсов, и схемой формирования и передачи в наземные блоки импульсов, соответствующих моментам возбуждения излучателей Однако в указанном устройстве надежное управление скважинным прибором осуществляется из-за больнюй величины сетевой помехи в канале пусicoBbix импульсов только при длинах ге физического кабеля 3-3,5 км Наиболее близкой к изобретению является аппаратура акустического ка ротажа CMK-ZM, содержащая скваяиниьй прибор и наземный пульт,, состоя11ШЙ из блока питания сква;кипного при бора, генератора тактовых импульсов, соединенного с блоком синхронизацииj и фантомного трансформатораэ средняя точка обмотки которого соединена с входом блока выде.пения импульсов моментов возбуждения излучателей,,, подк,л оченного к одному из входов бло ка синхронизаци. а ,концы обмотки фан томного трансформатора соединены через кабельную двухпроводную линию с обмоткой фантомного трансформатора скваж,1- нного прибора, к средней точке которой подк,1 ючены выход формирователя импульсов моментов возбуяще ния излучате,пейJ а через д,ифферендирующий элемент - входы селектора р,аз нополярных пусковых импульсов, выхог ды которого через бло,к временной задержки соедиггены с генератором импульсов возбуждения излучате,лейэ к одному из выходов Koioporo подк,, формирователь импульсов моментов возбулщения излучате,пей С2 . В этой аппаратуре используется способ С.и1хронизации, при котором в наземном пульте формируют разнополяр яые пусковые импульсы, через фантомную схему вк,П1очения передают эти импульсы по кабелю н скв;1жинньп ирибор5 где разделяются по каналам управления и задерживаются на время переходных процессов в очинии связи. После чего осуществляется передача по каналу синхронизации со скважинного прибора на наземный пульт импульсов моментов возбужл1;ения излучателей. Однако, так как для питания сквалшнного прибора и канала синхронизации используется одна и та же линия связи, то на входе устройства выделения нусковых импульсов скважинного прибора всегда существует сетевая помеха, амплитуда которой зтвисит от параметров питающей сети ( напряжения.; частоты ) и величины е;-1кости конд енсатора входной дифференцирующей цепи, С целью уменьше гия влияния питающей сети передачу пусковых импульсов в скважипный прибор осущест- в.чяют в области перехода напряжения питания через ноль при их Majioii длительности ( десятки микросеку д 1, Так. , в ап1,а)атуре СПАК-2М длительность пусковых импульсов в зависимости от испо,льзуемого геофизического кабеля составляет 20-30 мкс. Но при таких длите.чьностях импульсов существенно увеличивается их затухание при передаче по кабе,. Причем с увеличением длины кабеля меньншется и амплитуда пусковьгх импульсов „ Чтобы по,пучить необходимое для устойчивой работы системы синхронизации соотношение сигнал/помеха(3-5), в аппаратуре амплитуда пусковьк импзльсов составляет 1ОООВ при испо,пьзоваиии кабеля д.аиной . При длинах кабеля в 5,5-6 км из-; ; за большого ослабления пусковых импу,пьсов за1руднительно получить необходимое д,ля усто 1чивой работы системы соо,тношение сигнал/помеха, так как увеличение амплитуды пусковых импульсов BbEiie 1000 В ограничеггЮ электрической прочностью кабеля и ,необходимостью иметь в наземном пу.чьте вь соковольтиый формирователь ,и,мпульсов. Цель изобретения - повьш1ение помехоустойчивости и увеличение дальности надежното лправ,;ения скважинньм прибором. Поставленная цель д 5сГ1и тется тем, что в устроГс-1-но пля акустического каротажа ск1;а-ки, со:,;ержа1цее 3 скважинныл прибор и наземный пульт, состоящи) из блока питания скважинног прибора, генератора тактовых импульсов, соединенного с блоком синхронизации, и фантомного трансформатора, средняя точка обмотки которого соеди нена с входом блока выделения импуль сов моментов возбу71одения излучателей подключенного к одному из входов бло ка синхронизации, а концы обмотки фантомного трансформатора соединены через кабельную двухпроводную линию с обмоткой фантомного трансформатора скважинного прибора, к средней точке которого подключены выход формирователя импульсов моментов возбудде ния излучателей, а через дифференцирующи элемент - входы селектора разнополярных пусковых импульсов, выходы которого через блок временной задержки соединены с генератором импульсов возбулсдения излучателей, к одному из ВЫХОДОГЗ которого ПОДКЛЮ чены формирователь импульсов моментов возбуждения излучателей, в наземный введены фазосдвигающий элемент, блок управления, двухканаль ный коммутиру1ои Ий ключ и два резистора, один из которых включен между первым выходом блока питания скважинного прибора и средней точкой фан томного трансформатора, к которой подшпочен через второй резистор двух канальпый коммутирующий ключ, соединенный через общую шину с вторым выходом блока питания скважинного прибора, а входы двухканального ком мутирующего ключа подсоединены через блок управления к геьгератору тактовых импульсов, вход которого соединен через фазосдвигающий элемент с первым выходом блока питания скважинного прибора. В данном устройстве пусковые импульсы формируют за счет разряда предварительно заряженной длинной линии, в качестве которой используются параллельно включенные через фантомный трансформатор две жилы и броня кабеля. Заряд линии осуществляется от на земного источника питания скважинно го прибора переменным напряжением. При отключении питания от входа кабеля происходит разряд длинной линии на нагрузку, включенную на обоих концах кабеля. Полярность импуль са, сформированного на этой нагрузке, зависит от фазы питающего напря8ения в момент прерывания, а амп;п1уда (при прочих равных условиях) - т постоянной времени разряда лгшии. ем больше время разряда линии, тем еньше амплитуда сформированного после дифференцирования импульса и наоборот. Для того, чтобы не перегружать источник питания и устрг нить взаимное влияние цепей синхронизации и питания электронных схем скважинного прибора, подключение нагрузки к. линии целесообразно производить для формирования пусковых импульсов отрицательной полярности в положительный полупериод напряжения сети при углах включения больше . 1 20, а полои-лтельной по: яр1гости в отрицательный полупернод прг углах включения больше 300 . Кыбор этих утлов г.кдючения обусловлен тем, что участки синусоиды в пределах 20 -150 и 300 -330° не являются рабочим д,г1я выпрямителей блоков питания сква;:а 1П ого прибора (углы отсечки диодов выпрямителей в существующей акустической аппаратуре меньще 120 л З00,1 Прп этом пс лучают разнонолярные пусковые импульсы с амгшпту/1;ой, обеспечивающей устойчивое фуикп.ионпрованме системь CHiixpoiHJsaiuin при длн1;ах кабеля до 9 км и бОЛЬ: ГС , На фиг. 1 представлена Ппок-С.хема предлагаемого устройства; па фпг i 2 - временпь е диаграммы его работы. Устройство состоит из назе, пульта 1, соедмпикного через геофизический кабель 2 со скБ ;ла;нт;ь; 5 приборог- 3. ;ij):3}i;j4 CKJjy:r; прИ бора 3 и синхроы зап,1и рабо1ы апггзратуры наземный пульт I ссдержиг блок 4 питания, reirepaTop 5 тактовых пульсов, блок 6 синхронизации фанто п1ьи1 трансформатор 7. блох 8 пь деления ямпульссв момстггс 7 озбу :у1енпя излучателе, фазос;;вига си,Й злемент 9, блок 0 упр;излс; ; :и. двухкакальпый кoм :yT IpyIOIЦI:Г к.гпоч 1 I , резисторы 12 и 13, В состав скважРП1 ого ирибь ра 3 входят фaптo :IГD Й трапсфорг-штор 14 скважинного . , дифферснпирующпй элемент 15, селектор 6 разнополярных импульсов, 1 7 временно задержки, генератор 8 11М)ульсов возбу-н,цеш1я, формпровате.ль 9 импульсов момептов БОэбужаения, Устройство работает следующим образом. При включении блока 4 питания скважинного прибора наземного пульта переменное напряжение iZO, фиГо21 подается также через фазсодвигающий элемент 9 на вход генератора 5 тактовых импульсов (21, фиг.2). Генера тор 5 предназначен для формирования из входного напряжения сети двух по следовательностей тактовых импульсо частота следования которых, в конечном счете, и определяет частоту запуска излучателей сквалшнного прибора 3, Отметим, что временное положение тактовых импульсов по отношению к фазам положительного и отрицательных полупериодов питающего напряжения постоянно и зависит от параметров фазосдвиглющего элемента 9, Причем по одному канал.у генератора 5 передаются тактовые импульсы, совпадающие с определенными положительными полупериодами напряже .ния сети 5 а по второму - с отрицатель ными. Выходные импульсь генератора 5 по очередно поступают на блок 0 управления, предназначенный для включения двухканального коммутирующего ключа llj где усиливаются по мощности Двухканальный ком: 1утирующий ключ 11представляет собой, например, дву полярный тиристорный ключ, подключающий среднюю точку обмотку фантомного трансформатора 7 через резрютор 12к броне кабеля. Резистор 13 - токоограпнчивающий- является совместно с резистором 12 нагрузкой блока 4 питания при срабатывании двухканального коммутирующего ключа 1, В исходном состоянии, когда на обоих вь ходах генератора 5 отсутствуют тактовые импульсы с блока 4 питания через кабель 2 осуществляется питание скважинного прибора 3, Ирп этом напряжение на кабеле 2 повторяет форму напряжении питания. Допустим, на выходе первого канала генератора 5, сфазированного например, с пoлoжитeJи ными полупериодами питающего напряжения, появил ся импульс (22, фиг.2. Этот импульс усиливается по мод ности блокам 10 и поступает на вход двухкангшьного коммутируюп1его ключа 1 I . Происходит срабатывание двухкапального коммутируюо1его ключа 1 1 и подключение линии через резистор i 2 к броне кабеля 2 (в этот мрмент кабель 2 заряжен положительным напряжением, убывающим по синусоидальн:ому закону). Линия быстро разряжается (23 , фиг 2) и в скважилном приборе 3 на выходе дифференцирующего элемента 15 появляется импульс отрицательной полярности (2451 фиг. 2), который выделяется первым каналом селектора 16, задерживается в блоке 17 на время переходного процесса в линии и запускает генератор 18 импульсов возбуждения излучателей (25, фиг.2). Происходит возбуждение ближнего излучателя. Одновременно с выхода формирователя 19 на среднюю точку обмотки фантомного трансформатора 14 поступает импульс, соответствующий моменту возбуждения этого излучателя (26, фиг,2 I. К этому моменту времени линия разряжена и импульс момента возбуждения передается со скважинного прибора 3 по кабелю 2 на блок 8 наземного пульта 1 для синхронизации его работы. Аналогично работает устройство при работе второго канала синхронизации. Временные диаграммы его работы приведены на фиг.2(27,23,28, 29 и 26), Таким образом, предлагаемое устройство позволяет(практически при таком же аппаратурном объеме, что и в серийно выпускаемой аппаратуре / создать систему синхронизггции, которая существенно увеличивает далькссть надежного управления скважинкым прибором в 1,5-2 раза при том же соотношении сигнал/помеха. Одновременно улучшаются условия передачи импульса момента возбуяудения от скважикного прибора на наземный пульт так как при этом от линии связи отключен источник питающего напряжеТак, при использовании геофизического кабеля типа КГЗ-68-180 длиной 8 км в аппаратуре с фантомной . схемой питания скважинного прибора с частотой прерывании 10 Гц при углах включения 120-150 и 300-330° на входе селектора скважи}гного прибора соотношение сигнал/помеха составляет 3,5-4 при напряжении питания 220В, 50 Гц.

ЛЛЛЛЛААА

0

/4Г

f(9

f5

1.

7f

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН, содержащее сквалшнньгй прибор и наземный пульт, состоящий из блока питания скваяшиного прибора, генератора тактовых импульсов, соединенного с блоком синхронизации, и фантомного трансформатора, средняя точка обмотки которого соединерса с входом блока выделения импульсов моментов возбуждения излучателей, подключенного к одному из входов блока синхронизации, а концы обмотки фантомного трансформатора соединены через кабельную двухпроводную линию с обмоткой фантомного трансформатора скважинного прибора, к средней точке которой подключены выход формирователя импульсов моментов возбуждения излучателей, а через дифферендируюцщй элемент - входы селектора разнополярных пусковых импульсов, выходы которого через блок временной задержки соединены с генератором импульсов возбуждения излучателей, к одному из выходов которого подключен формирователь импульсовмоментов возбу;еденпя излучателей, о т л и ч а ющ е 8 с л тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и увеличения дальности надежного управления скважипным прибором, в наземньш пульт введены фазосдвигающий элемент, блок управления, двухкандльный коммутиРУШОЦ-1Й ключ и два резистора, один из которых включен меясду парным выходом блока питант1я скважинного прибора и средней точкой фантомного трансформатора 5 к которой подключен через второй резистор двухканальный коммутирующий ключ, соединенный через общую шину с вторь м вь1ходом блока питания сквалсинного прибора, а входы двухканального коммутирующего ключа подсоединены через блок управления к генератору тактовых импульсов, вход которого соединен через фaзocдвигaюпtий элемент с первым выходом блока питания скважинного прибора.

.