Устройство для синхронизации аппаратуры акустического каротажа Советский патент 1985 года по МПК G01V1/52 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин акустическими методами. Известно устройство для акустического каротажа со скважин ным прибором, содержащим четырехэлементный компенсационный зонд, в котором переключение каналов верхней и нижней трехэлементных систем зонда и запуск излучателей осуществляются от наземного пульта 1. Недостаток данного устройства - необходимость использования для синхронизации работы наземного пульта и скважинного прибора трех жил семижильного кабеля. Известно устройство для акустического каротажа скважин с синхронизацией работы скважинного прибора и наземного пульта путем формирования в скважинном приборе импульсов синхронизации с привязкой к напряжению сети и их передачи по кабелю на наземный пульт (синхронизация «снизу). В наземном пульте осуществляется по полярному признаку поканальное разделение импульсов синхронизации для управления процессом измерения кинематических и динамических параметров упругих волн 2. Однако указанная система предназначена только для синхронизации работы аппаратуры акустического каротажа с трехэлементными зондами и, кроме того, имеет низкую точность при измерении интервального времени, так как на точность измерения динамических параметров (Ai,A;j и а)., система синхронизации не влияет. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для синхронизации аппаратуры акустического каротажа, состоящее из наземного блока синхронизации, вход которого подсоединен к геофизическому кабелю, и скважинной части, содержащей делитель частоты, блок формирования задержанных импульсов запуска, генератор импульсов возбуждения излучателей, блок формирования импульсов момента возбуждения излучателей. ждущий мультивибратор, два инвертора, элемент ИЛИ и усилитель мощности, при этом выход усилителя мощности и вход делителя частоты подключены к геофизическому кабелю, выход делителя частоты соединен с входом блока формирования задержанных импульсов запуска, первые два выхода которого соединены с входами генератора импульсов возбуждения излучателей, а один из выходов последнего соединен через блок формирования импульсов момента возбуждения излучателей с входом сброса ждущего мультивибратора, выход которого через инвертор подключен к одному из входов усилителя мощности, а вход ждущего мультивибратора через второй инвертор соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены к третьему и четвертому выходам блока формирования задержанных импульсов запуска 3. В известном устройстве, с целью повыщения помехоустойчивости, передача импульсов синхронизации и информационного сигнала осуществляется по одной и той же двухпроводной линии связи. Причем для выделения импульсов синхронизации первого и второго каналов трехэлементного зонда используется времяимпульсный признак, а отсчет времени распространения упругих волн ведется по началу заднего фронта этих импульсов, соответствующего моменту возбуждения излучателя скважинного прибора. Данная система синхронизации может быть использована при формуле зонда скважинного прибора И AH.BFIj и с незначительными изменениями для зондов с формулой , .где Hi,.Hj .- излучатели; П1,..П2 .:- приемники; А - измерительная база зонда; В - длина зонда. Применение этой системы синхронизации для работы с четырех- и шестиэлементными компенсационными зондами возможно только при увеличении аппаратурного объема как в скважинном приборе, так и в наземном пульте. При этом необходимо иметь не два, а четыре временных признаков, например первый и второй (длительность импульсов синхронизации 1..и .).. - для трехэлементной нижней части компенсационного зонда, а третий и червертый (...и Г.) для трехэлементной верхней части, что приводит также к снижению помехоустойчивости системы синхронизации и усложняет схему. Кроме того, возможны ложные срабатывания в результате воздействия на тракт синхронизации информационного сигнала. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей систе.мы синхронизации при использовании только двух временных признаков, а также повышение ее помехоустойчивости, Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для синхронизации аппаратуры акустического каротажа, состоящем из наземного блока синхронизации, вход которого подсоединен к геофизическому кабелю, и скважинной части, содержащей делитель частоты, блок формирования задержанных импульсов запуска, генератор импульсов возбуждения излучателей, блок формирования импульсов момента возбуждения излучателей, ждущий мультивибратор, два инвертора, элемент ИЛИ и усилитель мощности, при этом выход усилителя мощности и вход делителя частоты подключены к геофизическому кабелю, выход делителя частоты соединен с входом блока формирования задержанных импульсов запуска, первые два выхода которого соединены с входами генератора импульсов возбуждения излучателей, а один из выходов последнего соединен через блок формирования импульсов момента возбуждения излучателей с входом сброса ждущего мультивибратора, выход которого через инвертор подключен к одному из выходов усилителя мощности, а вход ждущего мультивибратора через второй инвертор соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены к третьему и четвертому выходам блока формирования задержанных импульсов запуска, наземный блок синхронизации выполнен в виде пяти элементов И, трех, элементов ИЛИ, двух элементов временной задержки, двух инверторов, двух дифференцирующих элементов, RS-триггер, дифференциатора, двух селекторов импульсов по длительности, ждущего мультивибратора и включенного на входе наземного блока синхронизации компаратора, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход последнего соединен с входами селекторов импульсов по длительности, выходы селекторов соединены с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы которых объединены и подключены через дифференциатор к входу компаратора, а выходы второго и третьего элементов И соединены с входами RS-триггера и через инверторы с первыми входами четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соединены через элементы временной задержки с выходами RS-триггера, выходы четвертого и пятого элементов И подключены к первому элементу ИЛИ, входы второго элемента ИЛИ через дифференцирующие элементы соединены с выходами RS-триггера, а к входам последнего через третий элемент ИЛИ подключен вход запуска ждуш,его мультивибратора, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И.

Такое построение системы синхронизации позволяет использовать ее как для работы с трехэлементными акустическими,зондами, так и для работы с четырех - и шестиэлементными компенсационными зондами.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для синхронизации аппаратуры акустического каротажа; на фиг. 2 - времеиные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство состоит из наземного блока 1 синхронизации и скважинной части 2, соединенных между собой геофизическим кабелем 3.

Блок 1 синхронизации состоит из компаратора 4, дифференциатора 5, элемента И б, селекторов 7 и 8 импульсов по длительности, элементов И 9 и 10, RS-триггера 11, инверторов 12 и 13, элементов 14 и 15 временной задержки элементов И 16 и 17, элемента ИЛИ 18, дифференцирующих элементов 19, и 20, элементов ИЛИ 21 и 22, ждущего мультивибратора 23.

В состав скважинной части 2 устройства синхронизации входят делитель 24 частоты, блок 25 формирования задержанных импульсов запуска, генератор 26 импульсов возбуждения измерителей, блок 27 формирования импульсов момента возбуждения излучателей, ждущий мультивибратор 28; инверторы 29 и 30, элемент ИЛИ 31, усилитель 32 мощности.

Устройство работает следующим образом.

Функционирование скважинной части системы синхронизации при работе с трехэлементным зондом ничем не отличается от описанной в 3, т.е. для разделения информации первого и второго каналов импульсы синхронизации передаются на наземный блок синхронизации с времяимпульсным признаком: длительность Тд.- признак первого канала; длительность Сд,- признак второго канала, а момент возбуждения соответствует началу заднего фронта импульса синхронизации. Эти. два временных признака можно использовать и при работе с четырех- и щестиэлементными компенсационными зондами.

Так как четырех- и щестиэлементные компенсационные зонды представляют собой два трехэлементных зонда с встречной системой наблюдений, то в процессе скважинных исследований, с целью уйеньщения динамических ощибок, необходимо проводить измерения кинематических параметров (интервального времени) сначала одной трехэлементной системой зонда, а затем второй, т.е. алгоритм работы, например, для наиболее распространенного четырехэлементного компенсационного зонда, в котором базу образуют два приемника П .и П,..следующий:

И,-Пь...И1-Пг,.. Иь-Пг,... Иг-П1,.. - 1-й

цикл

И1-П1,..И4-Пг,..Иг-.П2,.Иг-П1 .- 2-й цикл и т.д.

Поэтому в каждом цикле измерений дважды срабатывает излучатель И/, (для первого и второго канала одной трехэлементной системы) и дважды - излучатель Иг .{для первого и второго-канала трехэлементной встречной системы).

При этом выделенньш первый импульс синхронизации длительностью Г.. указывает на то, что передается информация с первого канала трехэлементной системы, а следующий за ним с такой же длительностью в другом такте - признак второго канала этой системы. Аналогично и для другой встречной трехэлементной системы с длительностью импульса синхронизации Tj...

Рассмотрим работу устройства при использовании в скважин ном приборе четырехэлементного компенсационного зонда. Программно-временным блоком, задающим циклическую работу скважинного прибора и наземного пульта, является делитель 24 частоты, преобразующий напряжение сети в последовательность импульсов прямоугольной формы (меандр), частота которых и определяет частоту запуска излучателей (фиг. 2-33 и 34). Выходные импульсы делителя 24 частоты поступают на блок 25, формирующий задержанные импульсы запуска генератора 26 (фиг. 2-35 и 36) и импульсы запуска ждущего мультивибратора 28. При излучении акустического импульса выходным сигналом блока 27 формирования импульса момента возбуждения излучателей опрокидывается мультивибратор 28 и его выходной импульс прямоугольной формы (фиг. 2-37) поступает через , инвертор 30 на усилитель 32 мощности. Через промежуток времени, зависящий от параметров зонда и характеристик исследуемой породы, на второй вход усилителя 32 мощности с приемника передаваемого канала поступает информационный сигнал, который так же, как и импульс синхронизации усиливается и отправляется в линию связи (фиг. 2-38).

За один цикл измерений четырехэлементным компенсационным зондом мультивибратор 28 формирует последовательно по тактам два импульса синхронизации с длительностью ti.H два с длительностью СгДфиг. 2- 38). Следует отметить, что вместо ждущего мультивибратора 28 для формирования импульсов синхронизации можно использовать RS-триггер.

Импульсы синхронизации через линию связи (геофизический кабель 3) поступают одновременно на входы компаратора 4 и дифференциатора 5 блока синхронизации (фиг. 2-39). Компаратор 4 формирует из входных импульсов трапецеидальной формы, имеющих из-за искажений вносимых линий связи длительность фронтов около 20- 30 МКС, прямоугольные импульсы (фиг. 2- 40). Выходной импульс компаратора 4 через элемент И 6 (на втором входе логическая «1) подается на селекторы 7 и 8 импульсов по длительности.

Селектор 7 настроен на селекцию импульсов, длительность которых находится в полосе t,±-, где 4fi- полоса пропускания селектора, а селектор 8 - на выделение импульсов с длительностью z в полосе пропускания ,

Поэтому при появлении на их входах сигнала с длительностью С только на выходе селектора 7 появляется импульс, который поступает на вход элемента И 9. Одновременно с дифференциатора 5 на второй входэлемента И 9 подается импульс, сформированный из заднего фронта входного сигнала (фиг. 2-41). По совпадению импульсов элемент И 9 формирует импульс, опрокидывающий по R-входу RS-триггер 11

(фиг. 2-42). На выходе Q появляется логическая «1.

Положительный перепад выделяется дифференцирующим элементом 19 и через элемент ИЛИ 21 поступает на выход блока 1 синхронизации для управления по первому каналу процессом вычислений в блоках измерения кинематических и динамических параметров упругих волн (фиг. 2-44).

Выходной импульс элемента И 9 также подается через инвертор 12 на элемент И 16,

но на его первом входе логическая «1 отсутствует несмотря на то, что RS-триггер 11 опрокинут и на его выходе Q высокий потенциал. Задержку поступления сигнала с выхода Q RS-триггера 1 на второй вход элемента И 16 осуществляет элемент 14

0 временной задержки, выполненный, например, в виде резистивно-емкостной цепочки, постоянная времени которой выбрана в несколько раз больщей, чем длительность выходного импульса элемента И 9. Поэтому

логическая «1 на первом входе элемента И 16 появляется уже после того, как на втором входе исчезнет положительный импульс. На выходе элемента И 16 сигнал . отсутствует.

По приходу в следующем такте измере0 НИИ в наземный блок 1 синхронизации второго импульса синхронизации длительностью ..RS-триггер И остается в прежнем состоянии, а элемент И 16 формирует импульс, который через элемент ИЛИ 18 проходит на выход блока 1 синхронизации для управления по второму каналу процессом вычислений (фиг. 2-45).

Как указано выще, в следующих двух тактах работы аппаратуры со скважин ной части 2 устройства на наземный блок 1 синхронизации передаются импульсы синхронизации с длительностью Sz, которые выделяются селектором 9 (фиг. 2-43).

По приходу первого импульса RS-триггер 11 опрокидывается по входу S. На его выходе R появляется логическая «1, поло5 жйтельный перепад при этом дифференцируется элементом 20 и через элемент ИЛИ 21 поступает в первый канал управления процессом вычисления кинематических и динамических параметров упругих волн (фиг. 2-

0 44).

На выходе элемента И 17 сигнал отсутствует, так как входные сигналы из-за временной задержки элементом 15 разнесены во времени. Постоянная, времени элемента 15 выбирается из тех же соображений, что и 5 для элемента 14.

При поступлении второго импульса синхронизации с длительностью t RS-триггер 11 остается включенным по в.коду S. В перBOM канале управления (на выходе элемента ИЛИ 21). сигнал отсутствует, а появляется на выходе элемента И 17 и через элемент ИЛИ 18 подается во второй канал управления процессом вычисления параметров упругих волн (фиг. 2-45). Кроме того, выходной импульс элемента И 17 является импульсом «Конец цикла (фиг. 2-46), указывающим на то, что опрошены все четыре канала трехэлементных систем четырехэлементного компенсационного зонда и можно выдавать с блока измерения кинематических параметров на регистрирующее устройство значение интервального времени компенсационного зонда Д л, определяемого по формуле utK i-, гдeлtl и 4t2- интервальное время, измеренное встречными трехэлементными системами зонда. Измерение интервального времени uti и Atj .производится в блоке измерения кинематических параметров волн, куда поступают по первому и второму каналам управления с блока 1 импульсы синхронизации, являющиеся началом отсчета по ближнему и дальнему каналам трехэлементных систем, а измерение времени распространения упругих волн осуществляется по фиксации прихода первых вступлений информационного сигнала каждого из каналов. Так как по одной и той же линии связи со скважинного прибора на наземный пульт передаются в каждом такте импульсы синхронизации и информационный сигнал, то для повыщения помехоустойчивости каналов управления предназначены в блоке 1 синхронизации элементы И 6, ИЛИ 22 и ждущий мультивибратор 23. После прохождения по линии связи импульсов синхронизации выходными импульсами селекторов 7 и 8 через элемент ИЛИ 22 опрокидывается ждущий мультивибратор 23 и на второй вход элемента И 6 подается сигнал запрета в виде логического «О. Длительность импульса мультивибратора 23 выбирается такой, чтобы блокировка тракта синхронизации осуществлялась в течение всего времени поступления на наземный пульт информационного сигнала. После чего ждущий мультивибратор 23 возвращается в исходное состояние. С второго входа элемента И 6 снимается сигнал запрета, и тракт готов к выделению импульсов синхронизации. При использовании в скважинном приборе щестиэлементного компенсационного зонда работа устройства в части формирования импульсов синхронизации и их обработки в наземном пульте ничем не отличается от рассмотренной выше. При работе с трехэлементными зондами разделение импульсов синхронизации по первому и второму каналам управления осуществляется с выхода элементов И 9 и И 10 (фиг. 1). Предлагаемое устройство позволяет существенно расщирить функциональные возможности, так как может быть использовано для работы с трехэлементными зондами, четырех- и щестиэлементными компенсационными зондами. Кроме того, повышена помехоустойчивость системы путем блокирования канала синхронизации на время передачи информационного сигнала. Таким образом, устройство позволяет унифицировать систему синхронизации аппаратуры акустического каротажа при снижении затрат по сравнению с отдельными системами приблизительно в два раза.

tsadf

JjM.1

П

n

n

1

r n

r

л

n

n

t

1.

tsady

tsadz

I

n

П

n

t

1

i

к

t

n

-t

t

11

t

л

-t

Фаг.2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ АППАРАТУРЫ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА, состоящее из наземного блока синхронизации, вход которого подсоединен к геофизическому кабелю, и скважинной части, содержащей делитель частоты, блок формирования задержанных импульсов запуска, генератор импульсов возбуждения излучателей, блок формирования импульсов момента возбуждения излучателей, ждущий мультивибратор, два инвертора, элемент ИЛИ и усилитель мощности, при этом выход усилителя мощности и вход делителя частоты подключены к геофизическому кабелю, выход делителя частоты соединен с входом блока формирования задержанных импульсов запуска, первые два выхода которого соединены с входами генератора импульсов возбуждения излучателей, а один из выходов последнего соединен чернз блок формирования импульсов момента возбуждения излучателей с входом сброса ждущего мультивибратора, выход которого через инвертор подключен к одному из выходов усилителя мощности, а вход ждущего мультивибратора через второй инвертор соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены к третьему и четвертому выходам блока формирования задержанных импульсов запуска, отличающееся тем, что, с целью повыщения помехоустойчивости и расширения функциональных возможностей устройства, наземный блок синхронизации выполнен в виде пяти элементов И, трех элементов ИЛИ, двух элементов временной задержки, двух инверторов, двух дифференцирующих элементов, RS-триггера, дифференциатора, двух селекторов импульсов по длительности, ждущего мультивиб€ ратора и включенного на входе наземного блока синхронизации компаратора, выход (Л которого соединен с первым входом первого элемента .И, выход последнего соединен с входами селекторов импульсов по длительности, выходы селекторов соединены с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы которых объединены и подключены через дифференциатор к входу компаратора, а выходы второго и третьего элеоо со СП ментов И соединены с входами RS-триггера и через инверторы с первыми входами четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соединены через элементы временной задержки с выходами RS-триггера, выоо ходы четвертого и пятого элементов И подключены к первому элементу ИЛИ, входы второго элемента ИЛИ через дифференцирующие элементы соединены с выходами RS-триггера, а к входам последнего через третий элемент ИЛИ подключен вход запуска ждущего мультивибратора, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И.