Система акустического каротажа Советский патент 1986 года по МПК G01V1/40 

I Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин„ Система акустического каротажа состоит из скважинного прибора и наземной аппаратуры обработки и регист рации информации, соединенных между собой каротажным кабелем, по которому в зонд подается напряжение питания, передаются от зонда информацион ные сигналы и импульсы синхронизации а от наземной панели к зонду - управ ляющие команды, например, на переключение усиления. При каротаже используются одножильный, трехжильный или семижильный кабель. Нй-Ибольшее распространение получил одножильный кабель. В системах акустического каротажа также удобно использовать одножильный кабель. Однако в связи с большим количеством передаваемой информации разработка аппаратуры на одножильном кабеле встречает ряд проблем, связа ных с выбором способа питания, передачи синхроимпульсов и информационного сигнала. Известны различные способы питания зонда, формирования и передачи синхроимпульсов. Используется система с питанием напряжением промьшшенной частоты 50 Гц и синхронизацией разнополярными мощными импульсами, формируемыми в наземной аппаратуре. Синхроимпульсы поступают в скважинный прибор, где выделяются селектором, формируются задержанные пусковы импульсы, которые являются опорными Основной недостаток этой аппарату ры состоит в том, что мощные синроим пульсы создают паразитные колебатель ные процессы, ухудшающие работу аппаратуры. .Наибольшее распространение получи ла аппаратура, в которой синхроимпульсы формируются в зонде путем деления переменного напряжения питания частотой 50 Гц, Здесь опорные импульсы передаются на поверхность сигнала небольшой амплитуды и не вн сят существенных паразитных наводок Однако это является и недостатком, так как ухудшает помехоустойчивость вьщеления маломощных опорных импульсов. Другой недостаток описанных систем - питание переменным напряжением частотой 50 Гц. В частотном спектре питающего напряжения содержатся высокочастотные гармоники до 962 500Гц, которые смешиваются с информационным сигналом и сильно снижают его полезн,1й динамический ;.иапазон. Для уменьшения этих помех сигнал передают по двум жилам трехжильного кабеля, однако существенного преимущества это не дает. Аппаратура, созданная по названным схемам, на одножильном кабеле, оказалась практически непригодной за счет высокого уровня паразитных цаводок от высокочастотных составляющих напряжения питания промышленной частоты. Для решения этой проблемы необходимо уменьшить мощность питания зонда и исключить высокочастотные составляющие в цепях питания. Наиболее близким техническим решением является система акустического каротажа, содержащая скважинный зонд. Соединенный каротажным кабелем с наземной аппаратурой и включающий в себя узел электроакустических преобразователей, генератор импульсов возбуждения и усилитель сигналов, причем узел электроакустических преобразователей соединен с генератором импульсов возбуждения и усилителем сигналов, а наземная аппаратура включает в себя блок обработки сигналов, подсоединенный через фильтр к каротажному кабелю, и управляемый блок питания. В этой системе использован одножильный кабель с питанием постоянным током. Импульсы синхронизации формируются в зонде управляемым по частоте генератором. При изменении напряжения питания зонда изменяется частота импульсов. Использование схемы автоматической подстройки частоты и фазы позволяет синхронизировать частоту генератора зонда с частотой и фазой наземного генератора опорных импульсов Питание зонда постоянным током исключает паразитные наводки, что ведет к увеличению динамического диапазона сигнала. Однако это устройство имеет свои недостатки. Частота генератора синхроимпульсов зонда не может быть изменена, например, в два раза без изменения напряжения питания. Питание зонда Только одним постоянным напряжением, обычно высоким, порядка 300 В, усложняет питание низковольтных узлов схем, собранных, например, на транзисторах. Кроме того, использование одной жилы кабеля для передачи сигнала син хроимпульсо)з и пчтающего напряжения практически исключает возможность пе редачи фyгиx команд, например, для изменения коэффи1щента усиления, изменения мощности излучения и др Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик системы при работе на одножильном каротажном кабеле. Поставленная цель достигается тем что в известную систему акустического каротажа, содержащую скважинный зонд, соединенный каротаж ным кабелем с наземной аппаратурой и включающий в себя узел электроакустических преобразователей, генератор импульсов возбуждения и усилитель сигналов, причем узел электроакустических пре- образователей соединен с генератором импульсов возбуждения и усилителем сигналов, а наземная аппаратура вклю чает в себя блок обработки сигналов подсоединенный через фильтр к каротажному кабелю, и управляемый блок питания, введены в наземную аппаратуру коммутатор и формирователь коммутирующих импульсов, а в скважинный зонд введены узлы выделения и накопления низковольтного и высоковольтного напряжений питания и формирователь управляющих и синхронизирующих сигналов, причем коммутатор соединен с источниками низковольтного и высоковольтного постоянных напряжений, с формирователем коммутирующих импульсов и с каротажньм кабелем, и в зонде каротажный кабель соединен с узлами вьщеления и накопления низковольтного и высоковольтного напряжений питания, с усилителем и с формирователем управляющих и синхронизирующих сигналов, а последний подсоединен к усилителю и к генератору. На фиг. 1 приведена функциональная схема системы акустиче:ского каротажа, на фиг. 2 - функциональная схема формирователя коммутируюсцих импульсов, на фиг. 3 - функциональная схема формирователя управляющих и синхронизирующих сигналов, на фиг. 4 - временные диаграммы работы системы. Система акустического каротажа состоит из скважинного зонда 1 и наземной аппаратуры 2, соединенных меж ду собой каротажным кабелем 3. Наземная аппаратура содержит формирователь А коммутирующих импульсов, коммутатор 5, источники низковольтного 6 и высоковольтного 7 напряжений питания, фильтр 8 и блок 9 обработки сигналов. Скважинный зонд содержит узел 10 электроакустических преобразователей, генератор 11 импульсов возбуждения, усилитель 12 сигнала, формирователь 13 управляющих и синхронизирующих сигналов, узлы выделения и накопления низковольтного 14 и высоковольтного 15 напряжений питания. Формирователь 4 коммутирующих импульсов состоит из генератора 16 импульсов, счетного триггера 17, схемы И 18 и переключателя 19. Формирователь 13 управляющих и синхронизирующих сигналов состоит из компаратора 20, старт-стопного генератора 21, переключателя 22 усиления, элемента 23 задержки, триггера 24 канала и формирователя 25. Система работает следующим образом. Генератор 16 импульсов формирователя 4 коммутирующих импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы 26 (см. фиг. 4). Формирователь коммутирующих импульсов 4 вырабатывает прямоугольные импульсы 27 или 28 (см. фиг. 4), которые поступают на управляющий вход коммутатора 5. В зависимости от полярности управляющих импульсов коммутатор 5 подключает к кабелю низковольтный 6 или высоковольтный 7 источник постоянного напряжения (импульсы 29 и 30, см, фиг. 4). Прямоугольные импульсы 29 или 30 не симметричны по напряжению относительно нулевой линии. Амплитуда, например, отрицательного импульса может быть порядка 300 В, а амплитуда положительного - порядка 30 В. Импульсы различной полярности вьще- ляются и накапливаются в соответствующих узлах выделения и накопления низковольтного 14 и высоковольтного 15 напряжений питания, выходные напряжения которых, равные, например, +30 В и -300 В поступают на узлы питания низковольтных и высоковольтных цепей и электронных узлов зонда. Одновременно импульсы 29 и 30 поступают на формирователь 13 (компаратор 20, см, фиг, 3), Компаратор 20 приводит импульсы в низковольтный уровень (импульсы 31 или 32, см.

S

фиг 4)о Эти импульсы поступают на элемент задержки 23 (импульсы 33)j по заднему фронту которого запускается триггер 24 (импульсы 34), и формирователем 25 формируются запускающие импульсы 35, Сформированные импульсы 34 и 35 поступают на усилител 12 сигналов и на триггер импульсов возбуждения излучателя. В моменты возбуждения излучателя формируются разнополярные синхроимпульсы, соответствующие ближнему и дальнему каналам, которые одновременно с сигналом с выхода усилителя 12 через каротажньй кабель 3 поступают в наземную аппаратуру 2 для дальнейшей обработки (сма диаграмму 36), выделения синхроимпульсов и измерений параметров информационного сигнала.

Переклнэчатель 19 (см. фиг, 2) необходим для изменения режима коммутатрра 5, где на вьпсоде схемы И 18 возникают импульсы 27 или 28 в зависимости от положения переключателя. Если импульсы симметричны по времени то генератор 21 (см. фиг. 3) находится в ждущем состоянии. При переключении переключателя 19 импульсы становятся не сиг-яметричны по времени

26966

(28, 30 и 32), что необходимо щя пуска генератора 21, который вырабатывает один импульс или импульсы, следующие друг за другом с низкой 5 частотой Эти импульсы воздействуют на переключатель 22 усиления позволяя переключать коэффициент усиления усилителя 12 сигналов.

Частота импульсов 26 генератора

0 16 формирователя 4 может быть изменена оператором в необходимых пределах, т.е. уменьшена или увеличена частота запуска излучателя (излучатепей) .

Система имеет следуюш е преимущества. В системе использован одножильный кабель. Синхроимпульсы и информационный сигнал передаются с за0 держкой после фронта коммутационного и myльca на плоской вершине импульса и не подвергаются паразитным наводкам. Оператор может произвольно изменять частоту запуска излучателей,

5 переключать коэффициент усиления усилителя, изменяя высоковольтное напряжение, изменять мощность излучения вплоть до полного выключения и перевод в режим шумомера.

1. СИСТЕМА АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА, содержащая скважинный зонд, соединенный каротажным кабелем с наземной аппаратурой и включающий в себя узел электроакустических преобразователей, генератор импульсов возбуждения и усилитель сигналов, причем узел электроакустических преобразователей соединен с генератором импульсов возбуждения и усилителем сигналов, а наземная аппаратура включает в себя блок обработки сигналов, подсоединенный через фильтр к каротажному кабелю, и управляемый блок питания, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик системы при работе на одножильном кабеле, в наземную аппаратуру введены коммутатор .и формирователь коммутирующих импульсов, а в скважинный зонд введены узлы вьщеления и накопления низковольтного и высоковольтного напряжений питания и формирователь управляющих и синхронизирующих сигналов, причем коммутатор соединен с источниками низковольтного и высоковольтного постоянных напряжений, с формирователем коммутирующих импульсов и каротажным кабелем, а в зонде каротажный кабель соединен с узлами выделения и накопления низковольтного и высоковольтного напряжений питания, с усилителем и с формирователем управляющих и синхронизирующих сигналов, а последний подсоединен к усилителю сигналов и к генератору. i 2о Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что формирователь (Л коммутирующих импульсов содержит геС нератор импульсов, счетный триггер, переключатель и схему И, при этом выход генератора импульсов соединен с входом счетного триггера и с первъы контактом переключателя, выход триггера соединен с вторым контактом переключателя и входом схемы И, а вторбй вход схемы И подсоединен к третьему контакту переключателя. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что формирователь управляющих и синхронизирующих сиг- налов содержит компаратор, стартстопный генератор, переключатель усиления, элемент задержки, триггер канала и формирователь запускающих импульсов, при этом компаратор через старт--стопный генератор подсоединен к переключателю усиления и через элемент задержки - к триггеру канала и формирователю запускающих импульсов.

,2

В-(

/Tff

k

Фие.З

Y

Фаг,