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

тервального времени, выходЪ регистров компенсационных зондов соединены с входами блока вычитания, подключенного к одному из входов сумматора, к второму входу которого подключен.

регистр трехэлементного зонда, а вход управления мультиплексора соединен с выходом логического блока, подключенного к второму выходу блока управления.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА, содержащее скважинный прибор, состоящий из трехэлементного акустического зонда длиной не менее 3 м, содержащего пре.образователи - два излучателя и приемник, и блока электроники, включающего формирователь, коммутатор, два генератора токовых импульсов и усилитель мощности, выход которого и вход формирователя подключены к геофизическому кабелю, выход формирователя соединен с входом коммутатора к первому и второму выходам последнего подключены генераторы токовых импульсов, выходы которых соединены с излучателями, и соединенный со скважинным прибором геофизическим кабелем наземный пульт, . содержащий блок измерения интервального времени, подключеиньй на выходе блока управления, вход которого соединен с геофизичес сим кабелем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения интервального времени и расширения функциональных возможностей устройства, в скважинном приборе между преобразователями трехэлементного зонда введены дополнительно акустические преобразователи, генератор токовых импульсов, блок синхронизации, три предварительных усилителя, аналоговый мультиплексор, каждый из трех вхо§ дов которого через предварительный усилитель соединен с соответствующим (Л приемником, выход мультиплексора подс ключен к первому входу усилителя мощности, вход управления мультиплексора соединен с третьим выходом коммутатора, четвертый выход послед,него через третий генератор токовых импульсов подключен к третьему излучателю, вторые выходы каждого . генератора токовых импульсов подклю4 чены к входам блока синхронизации, ч выход которого соединен свторым ю входом усилителя мощности, а наземньм пульт выполнен в виде логического блока, мультиплексора, сумматора, блок вычитания, трех регистров хранения значений интервального времени трехэлементного зонда, компенсационного четырехэлементного зонда и трехэлементной системы компенсационного зонда, расположенной подобно трехэлементному зонду, входы которых через мультиплексор подключены к выходу блока измерения ин

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин акусти ческими методами. Известна аппаратура акустическог каротажа на головных преломленных волнах с дифференциальной трехэлементной измерительной системой сква жинного прибора. При этом наибольше распространение получили акустические зовды длиной 1,5-2 м, при помощ которых осуществляется измерение кинематических параметров продольных волн с требуемой для комплексно интерпретации точностью Встречаются породы с радиальными градиентами скоростей в околоскважинном пространстве, при исследовании которых акустическими зондами длиной 1,5-2 м в регистрируемое,, интервальное время вносится недопус тимо большая ошибка. В последнее время все более широкое применение находит волновой каротаж, при котором регистрируются 5се типы волн, возникающие при импульсном возбуждении акустических ксдлебаний в скважине. При этом устойчивое разделение ТИПОВ волн и измерение их кинематических и динамических параметров возможно для всех реально встречаемых размеров скважин только при длине акустических зондов не менее 3 м. Кроме того, использование таких зондов позволяет в породах с радиальными градиентами скоростей получить интервальное время по нена рушенной части массива. Наиболее близкой по технической сути является серийно вьшускаемая аппаратура акустического каротажа АКН-1 скважинный прибор которой со держит трехэлементный акустический зонд, состоящий из преобразовате/лей - двух излучателей и приемника блока электроники, содержащего формирователь, коммутатор два гвнера- тора токовых импульсов и усилитель мощности, выход которого и вход формирователя подключены к геофизическому кабелю, выход формирователя соединен с входом коммутатора, к первому и второму выходу последнего подключены генераторы токовых импульсов, выходы которых соединены с излучателями, и соединеиньй со скважинным прибором )изическим кабелем наземный пульт содержащий блок измерения интервального времени,, подключенньй на выходе блока управления, вход которого соединен с геофизическим кабелем Г21 . I В комплект скважинного прибора АКН-1 входят два зонда большой длины с формулой ПЗ .ОИ и ПА. и зонд П1..5И2, где П - электроакустический преобразователь-приемник, И.,И2 Излучатели . Зонды большой длины используются для получения разрешенной волновой картины и данных для сейсморазведки, зонд с длиной 1,5 м предназначен для качественной регистрации интервального времени в необсаженных с неградиентными породами. Для получения необходимого объема информации измерения осуществляются за два спуско-подъема (в один большим зондом, в другой - зондом с длиной 1,5 м), что увеличивает время задалживания скважины, растет стоимость работ. Однако при измерении интервального времени трехэлементными зондами, несмотря на применение центрирующих устройств, имеется погрешнос ть, связанная с перекосом приворов в скважине. Существует способ устранения этой погрешности за счет использования

3 , встречной системы наблюдений. Разновидностью такой системы является компенсационный четьфехэлементный зонд, представляющий собой набрр из двух трехэлементных зондов, и позволяюпщй в десятки раз уменьшить относительную погрешность измерения интервального времени.

Но использование этой системы в зондах с большой длиной затруднительно, так как в этом случае только зондовая часть скважинного прибора будет иметь длину 5-8 м, что конструктивно трудно выполнить: не будет обеспечена необходимая .жесткость прибора и прочность на излом при спуско-подъемных операциях, кроме того, невозможны транспортиров,ка в собранном виде и компенсирование приборами других геофизических методов.

Цельизобретения - повьшение точности измерения интервального времени при проведении исследований большими зондами (длиной не менее 3 м) и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для акустического каротажа, содержащее скважинный прибор, состоящий из трехэлементного акустического зонда длиной не менее 3 м, содержащего преобразователи два излучателя и приемник, иблок электроники, вклю,чающего формирова--. ,тель, коммутатор, два генератора , токовых импульсов и усилитель мощности, выход которого и вход формирователя подключены к геофизическому кабелю, выход формиров.ателя соединен С входом коммутатора, к первому и второму выходам последнего подключены генераторы токовых импульсов, выходы которых соединены с излучатецямк и соединенный со скважинным прибором-геофизическим кабелем назем ньй пульт, содержащий блок измерения интервального времени, подключенный на выходе блока управления, вход которого соединен с геофизическим кабелем, в скважинном приборе между преобразователями трехэлементного зонда введены дополнительно акустические преобразователи, генератор токовых импульсов, блок синхронизации, три предварительных усилителя, аналоговый мультиплексор, каждый из трех входов которого чер,ез пред17479

варительный усилитель соединен с соответствующим приемником, выход мультиплексора подключен к первому входу усилителя мощности, вход 5 управления мультиплексора соединен с третьим выходом коммутатора, четвертый выход последнего через третий генератор токовых импульсов подключен к третьему излучателю, вторые

o выход ы каждого из трех генераторов токовых импульсов подключены-к входам блока синхронизации, выход которого соединен с вторым входом усилителя . мощности, а наземный пульт выполнен

5 Б виде логического блока, мультиплексора, сумматора, -блока вычитания, трех регистров хранения значений интервального времени трехэлементного зонда, компенсационного

0 четырехэлементного зонда и трехэлементной системы компенсационного зонда, расположенный подобно трех элементному зонду, входы которых через мультиплексор подключены .к

5 выходу блока измерения интервального времени,выходы регистров компенсационных зондов со единены с входами блока вычитания, подключенного к одному из входов сумматора, к второ0 МУ входу которого подключен регистр трехэлементного зонда, а вход управлеиия мультиплексора соединен с йыходом логического блока подключенного к второму выходу блока управления.

В основу устройства положен способ определения интервального времени при использовании трехэлементного зонда с длиной не менее 3 м,

0 заключающийся в том, что одновремеЬно с ним (за один цикл) производят измерение компенсационным четырехэлементным зондом и вычисляют значение интервального времени в каждой

5 точке измерений с учетом поправки,определяемой по формуле

6 At (, - ut, (1)

где ut) - зьачение интервального вре0мени, полученного при использовании компенсационного зонда

it| - значение интервального вре мени, полученного при из- , 55мерении трехэлементной

системой компенсационного зонда, расположенной подобно трехэлементному. 51 Ifa фиг, 1 приведена блок-схема устройства для акустического карота жа, на фиг. 2 - пример компоновки зонда скважинного прибора. Устройство состоит из скважи11ног прибора 1 и наземного пульта 2, соединенных между собой геофизическим кабелем 3, Скважинньш прибор 1 содержит фор мирователь 4, коммутатор 5, гечера торы 6-8 токовых импульсов, излучатели 9-11, приемники 12-t4, предварительные усилители 15-17, аналоговый мультиплексор 18, блок 19 синхр низации, усилитель 20 мощности, В состав наземного пульта 2 вхо,г дят блок 21 управления,; .блок 22 измерения интервального времени, логи ческий блок 23, мультиплексор 24, регистр 25 хранения интервального времени компенсационного зонда, регистр 26 хранения интервального вре мени трехэлементной системы компенсационного зонда, расположенной подобно трехэлементному зонду, регист 27 хранения интервального времени трехэлементного зонда, блок 28 вычитания и сумматор 29, Большой зонд (фиг,2) составляют преобразователи-излучатели 9 (Ир и 10 (Иу) и приемник 14 (Пт), компенсационный зонд состоит из П19иемников 12 (П|) и 13 (П), образующих базу зонда, и излучателей 10 (И) и 11 (H)j причем приемники 12 (П.) и 13 (П) и излучатель 11 (Ит) пред ставляют собой трехэлементную систему j расположенную подобно трехэлементному большому зонду. Формирователь 4 скважинного прибора 1 предназначен для формирования из напряжения сети питания сигналов запуска в определенной последовательности генераторов 6-8 токовых импульсов. Распределение сигналов запуска по каналам управления генераторами 6-8 токовых импульсов и формирование команд управления аналоговым мультиплексором 18 осуществляется коммутатором 5. Генераторы 6-8 токовых импульсов предназначены для возбуждения излучателей 9 и 10 трехэлементного боль гаого зонда и излучателей 10 и 11 к пенсационного зонда, Аналоговый мультиплексор 18 по управляющим командам с коммутатора 5 осуществляет подключение к входу 94 усилителя 20 мощности каналов приема образованных приемниками 12-14 и соответственно предварительными усилителями 15-17. Преобразование волны давления, поступающей на пьезоэлектрический приемник, в электрический сигнал,. усиление этого сигнала по мощности и передача в линию связи осуществляются в каналах приема, выходным элементом которых является усилитель 20 мощности. Кроме того, по второму входу усилителя 20 с блока 19 синхронизации также передается на наземных пульт 2 код признака канала каждого из зондов. В блоке 21 упрагшения наземного пульта 2 происходит декодирование кода признака канала И формирование импульсов синхронизации. Логический блок 23 в соответствии с выходными сигналами блока 21 управления по программе управляет работой блока 22 измерения интервального времени, мультиплексора 24, регистров 25-27, блока 28 вычитания и сумматора 29, Мультиплексор 24 предназначен для подключения по командам логического блока 23 выхода блока 22 измерения интервального времени к входу одного из регистров 25, 26 или 27, В регистрах 25-27 хранятся в цифровом коде на время вычислений (один цикл) соответственно значения интервального времени компенсационного зонда U t. ,трехэлементной системы компенсационного зонда, располо- женной подобно трехэлементному зонДУ и трехэлементного большого зонда t. В блоке 28 вычитания осуществляется вычисление поправки по формуле (1) , Сумматор 29 предназначен для по.пучения уточненного значения интервального времени трехэлементного большого зонда с учетом пбЙ Равки на расцентровку (перекос) зонда в скважине„ i Устройство работает цикл шчески. Один цикл измерений состоит из шести тактов. Например, 1-й и 2-й такт - измерение, времени по ближнему и дальнему каналу трехэлементного зонда, вычисление значения интервального времени в данном цикле и его хранение в регистре 27, При этом срабатывают излучатели 10 (И,) 7 и 9 (Ир, а прием ведется на приемник 14 (П (фиг.2) . 3-й и- А-й такт - измерение време ни по ближнему и дальнему каналам трехэлементной системы компенсацион ного зонда, расположенной подобно большому трехэлементному зонду (H:J, П, П). При измерении времени распростра нения упругих волн по ближнему каналу включен приемник 13 (Пл), по дальнему - 12 (П). Излучатель 11 (Ио) при этом срабатывает дважды Результат измерений - текущее значение интервального времени t переписывается в регистр 26 и одновременно остается в запоминающем устройстве блока 22 измерения интервального времени. 5-й и 6-й такт - измерение време ни по ближнему и дальнему каналу второй трехэлементной системы комneHcaiyioHHoro зонда (Hj, Пд, ГЦ) и вычисление в блоке 22 текущего значения интервального времени компен сационного четырехэлементного .зонда дСц по формуле . -4 где значение интервального времени второй (нижней) трехэлементной системы компенсационного зонда. Текущее значение интервального времени (t записывается через муль типлексор 24 в регистр 25. после чего осуществляется вычисление поправки б в блоке 28 вьиитания и вьщача на регистрирующий канал пульта с выхода сумматора 29 уточненного значения интервального времени большого зонда. Начинается другой цикл вычислений и т .д. Рассмотрим работу устройства на примере 1-го и 2-го такта вычислен При подаче питания на скважинны прибор 1 в. установившемся режиме в формирователе 4 вырабатываются с п вязкой к нулю питающего переменног напряжения сети последовательно че рез 20 мс управляющие сигналы, кот рые поступают на вход коммутатора Коммутатор 5 выполнен«таким обр зом, что при работе трехэлементног большого зонда СИ;,,, П) импуль сом с второго выхода коммутатора 9 5 запускается генератор 7 токовьгх импульсов. Происходит возбуждение и зл уч ат еля 10. Одновременно с третьего выхода коммутатора 5 на аналоговый мультиплексор 18 поступает сигнал разрушения прохождения с приемника 14 (П-з) на вход усилителя 20 мощности информационного сигнала, При этом каналы приемников 11 и 12 отключены. По командам с генератора 7 токовых импульсов в блоке 19 синхронизации формируется времяимпульсный код признака передаваемого канала, несущий также информацию о моменте возбуждения излучателя 10, которьтй через усилите,аь 20 мощности передается по линии связи на наземный пульт 2. Через время i. (зависящее от длины зонда и характеристик исследуемьгх пород) на вход усилителя 20 мощности с приемника 14 поступает через предварительный усилитель 17 информационный сигнал ближнего канала. После усиления по мощности этот сигнал передается по линии связи (кабель) на наземный пульт 2. В блоке 21 управления наземного пульта 2 происходит выделение из времяимпульсного кода признака канала импульса MOMeViTa возбуждения и фиксация прихода первых вступлений; продольных волн, после чего из них формируются импульсы синхронизации, которые поступают на блок 22 измерения интервального времени и логический блок 23. В блоке 22 по импульсам синхронизации осуществляется измерение времени t прохождения продольных волн от излучателя 10 (И) до приемника 14 (П,). В следующем такте происходит измерение времени прохождения волн по дальнейшему каналу большого зонда - tj . При этом к входу усилителя 20 мощности скважинногоприбора 1 остается подключенным канал приемника 14, а генератором 6 токовьгх импульсов возбуждается излучатель 9 дальнего канала трехэлементного большого зонда. Блоком 19 синхронизации формируются времяимпульсный код признака этого канала. В блоке 21 управления пульта 2 так же, как и в предьздущем случае,.

осуществляется из времяимпульсного кода вьщеление признака канала и момента возбужд,ения излучателя 9 скваншнного прибора 1,

Сформированные при этом импульсы синхронизаш-ш поступают на блок 22 для измеремня времени tn к вычисления интервального времени по формуле

Ut . t - t (3)

После.окончания вычисления интервального времени At логический блок 23 дает разрешение на прохолодение информации в виде цифрового кода с выхода блока 22 измерения интервального времени на регистр 27.

Вычисленное значение интервапьног го времени utn с выхода блока 22 переписывается на регистр 27. .

Аналогично происходит измерение интервального времени,Аtj трехэлеMeHTHofi системы компенсационного четырехэлементного зонда, расположенной подобно большому зонду (приемники 13 (П2) , 12 (П) и из,лучатель 11 (Ио) . Только при этом возбуждаетсяизлучатель 11 скважинногр прибора 1, а поочередно через 20 мс подключаются к входу усилителя 20 мощности каналы приемников 13 и 12. Кроме того, в блоке 19 синхронизации уже формируется код npig-знака ближнего и дальнего канала этой трехэлементной системы компенсационного четырехэлементного зонда.

При измерении интервального .времени btj второй трехэлементной системы компенсационного зонда (Ил, П., П) дважд ы через 20 мс срабатывает излучатель 10 скважинного прибора 1, переключаются каналы приемников 12 5 и 13 и формируется в блоке 19 синхро.низа1дии времяимпульсный код призна- , ка ближнего и дальнего каналов этой системы.

Процесс измерения значений интервального времени тре сэлементных систем коь.шенсационного зонда jjt и д to , а также вычисление значения интервального времени компенсационного четырехэлементного зонда

- uty, и поправки б соответственно по формулам (2) и -(1) уже описан ранее.

Работа устройства в следующих циклах измерений аналогична выше описанной.

Использование конструктивно встроенного в трехэлементный большой зонд компенсационного четырехэлементного зонда позволяет создать устрой ство акустического каротажа, в котой ром сочетаются преимущества больших и малых акустических зондов, т.е. за один спуско-подъем осуществляют ся запись полного акустического сиг-.

0 нала с хорошим разрешением по типам волн, измер.енис интервального времени трехэлементным большим зондом с учетом поправки на перекос прибора в скважине, а также измерение с

5 повьшенной точностью интервального времени компенсационным зондом малой длины.