Устройство для акустического каротажа скважин Советский патент 1986 года по МПК G01V1/52 

f1

Изобретение относится к геофизическим исследовсшиям нефтяных и газовых скважин акустическими методами.

Цель изобретешия - повьшение точности измерения интервального време- ни распространения упругой волны по горным породам, расширение функциональных возможностей и упрощение конструкции устройства.

На фиг. 1 схематически показано расположение зонда в скважине; на фиг. 2 - функциональная схема устройства; на фиг. 3 - временная диаграмма формирования основных управляющих импульсов в наземной панели.

На фиг. 1q показан зонд, находящийся на 2 м ниже положения & ; на фиг, 15 - зонд, находящийся%а 1,5 м ниже положения § ; на фиг. 1 В- - положение зонда в определенный момент времени,

A,B,C,D - пути прохождения упругой волны от излучателя до стенки скважины и от стенки скважины к приемнику соответственно в положениях зонда q, & и Ь i t( , ij , t , , t,2 - времена прохождения упругой волны по породе. Компенсированное интервальное время вычисляют следующим образом..

В положении EI прибора вычисляют

т .

- т.

3. 0,5 м.

(1)

где T J С 4-t 4- Д - время прохождения

упругой волны от излучателя до дальне- , го приемника Т, 3. 0,5MrB+t +A- время

прохождения упругой волны от излучателя до ближнего приемни ка П, измеренное в положении о и задержанное на 0,5 м.

Подставим значения Т и Т, з.0,5м. в выражение (1) и получим

uT -t 2--t C-B(2)

Вычисленное дТ задерживают на 1,5 м по отношению к положению Б зонда и измеряют интервальное время

uT,-vT,-t,,-t,-B-c., (Э-)

вычисляют компенсированное интервальное время

лТ1,+АТ 3. 1,5 м

йТ

(i.-i,) + (i;-t .)

(4)

202

Учитывая, что из фиг. 1 следует

i.--t, -t; -i At, (5) (получим

4Т At ,(6)

где at - время прохождения упругой волны по породе на длине пути, равном.измерительной базе зонда, в дранном случае расстояние между приемниками П, и П, равное 0,5 м . Таким образом, вычисленное интервальное время не зависит от изменения диаметра скважины и определяется только свойствами горной породы.

Функцию изменения диаметра скважины определяют по формуле

ЛГ дТ.| - йТ 3 , 1,5м

(7)

5

0

,

Q

0

55

Подставив значения лТц и &Т з.1,5м в формулу (7) и, учитывая зависимость (5), получим uD 2 (В-С).

Из фиг. 18 - С йп, следовательно

ЛП 2йг , (8) где U Г - время прохождения упругой волны по пути, равном изменению радиуса скважины на длине измерительной базы. Таким образом, по выражению (7) вычисляется функция, пропорциональная изменению диаметра скважины на длине измерительной базы.

Устройство содержит скважинный прибор с одним излучателем и двумя приемниками П( . и П2 , соединенный через каротажный кабель с наземной вычислительной панелью. В состав наземной панели входят фильтр 1,пороговое устройство 2, счетчик 3 времени (счетчик времен Т, и Т распространения упругой волны от излучателя поочередно до ближнего П и дальнего П приемников) реверсивный счетчик 4 интервального времени (счетчик дТ ), генератор 5 импульсов (например, частоты 2мГц), синхронизатор 6, первый цифроаналого- вый преобразователь (ЦАП) 7 (поочередно времен Т, н 1 ), схема 8 аналоговой памяти и выдачи времен T и Tg. (схема Т, , Tj ), сдвиговый регистр 9 измеренного интервального времени (регистр- iTjj ), сдвиговый регистр 10 one раций, одноразрядный сумматор 11 со своей схемой коммутации входов, сдвиговый регистр 12 для оперативного хранения времени Т , первый сдвиговый регистр 13 памяти для хранения

3

результатов измерения Т, на длине скважины, равной измерительной базе (в данном случае 0,5 м), второй сдвиговый регистр 14 памяти для хранения результатов вычисления дТ на длине скважины, равной расстоянию между излучателем и ближним приемником (в данном случае 1,5 м), схема 15 управления, регистр 16 изменения диаметра скважины регистр лр ), третий цифроаналоговый преобразователь 17, регистр 18 интервального времени (регистр лТ ), второй цифроаналоговьш преобразователь 19, регистратор 20, датчик 21 импульсов глубины, механи- чески связанный с перемещением каротажного кабеля и формируюищй на свое выходе импульс при перемещении.кабеля, например, на О,1 м.

На фиг. 3 представлена временная диаграмма формирования основных уп-- равляющих импульсов в наземной панели.

ИС - сигнал на выходе фильтра 1, поступающий от скважинного прибора. Положительные импульсы соответствуют моменту запуска излучателя И скв; жин него прибора при опросе ближнего приемника П,. Волновой сигнал, следующий за положительным импульсом, принят приемником П,.

Отрицательный импульс соответствует моменту запуска излучателя И скважинного прибора при опросе дальнего приемника П. Следующий за отрицательным импульсом волновой сигна принят приемником П 2 . Пунктиром показан уровень срабатьгеация порогового устройства.

И3.( , И3.2 импульсы на выходе синхронизатора 6, формируемые соответственно для выделения Интервала времени первого приемника и второго приемника (при частоте запуска излучателя, например, 25 Гц, период следования импульсов 80 мс).

ИПУ - импульсы порогового устройства 2, формируемые в момент пересечения порога первым положительным вступлением волнового сигнала.

ИГ - импульсы глубины, формируе- мые датчиком 21 импульсов глубины через каждые перемещения каротажно- го кабеля на 0,1 м.

Устройство работает следующим образом.

Акустический сигнал преобразуется в скважинном приборе в электрический сигнал, который по каротажному кабе

5

0

5 п

0

1204

лю поступает в наземную вычислительную панель, отфильтровывается фильтром 1 от низкочастотных помех (акустических шумов и шумов питания) и далее поступает на пороговое устройство 2, где определяется первое вступление продольной волны на определенном уровне.вьше уровня шума. Импульсы первого вступления (ИПУ), сформированные пороговым устройством 2, поступают на счетчик 3 времени и счетчик дТ 4, схему 15 управления и схему Т, Т 8. Синхронизатор 6 по своим порогам выделяет импульсы момента запуска излучателя скважинного прибора, поступающие на его вход через фильтр 1, и формирует на своих выходах импульсы ИЗ,, соответствующие моменту запуска излучателя И при опросе приемника П,, и импульсы ИЗ, соответствующие моменту запуска излучателя И при опросе приемников П.

Выходные импульсы ИЗ, и ИЗ поступают на управляющие входы счетчиков 3 времени и счетчикадТ,схему Т, и схему 16 управления. Измерение времен распространения волны от излучателя И до ближнего П и дальнего П приемников осуществляется поочередно счетчиком 3 времени по принципу заполнения временного интервала от импульса излучения до импульса первого вступления в волновой картине импульсами 2 мГц, поступающими от генератора 5. Параллельные выходы счетчика времени 3 соединены с входами первого, ЦАП 7 и сдвиговых регистров ТО и 12. Формирование цифрового кода времени Т в счетчике 3 заканчивается с поступлением на его вход импульсов ИПУ. Сформированный код Т преобразует ся первым ЦАТТ 7 в напряжение, которое поступает в схему t z 8 анало- говой памяти и вьщачи Т, и Tg . поминание напряжения, соответствующее Т, , схемой Т, Tj 8 производится по каждому импульсу ИЗ после прихода импульса ИПУ до прихода импульса ИЗ , , а напряжения Т, - по каждому импульсу ИЗ после прихода импульса ИПУ до прихода импульса ИЗ, . С выхода схемы Т Tj 8 напряжения Т, иТ. поступают на входы регистратора 20.

Измерение интервального времени производится реверсивным счетчиком лТ 4. По импульсу ИЗ,- счетчик дТ 4 сбрасывается в ноль, включается на вычитание, разрешается прохождение импульсов счета и импульсы генерато5 .12

pa 5 заполняют счетчик ЛТ 4 с частотой 2 мГц до момента прихода импульса ИПУ, который прекращает счет.; По импульсу ИЗ счетчик ЛТ 4 включается на сложение и разрешается про- хождение импульсов генератора 5 в счетчик. Счетчик ЛТ 4 заполняется импульсами до прихода импульса ИПУ. Таким образом, в счетчике йТ 4 после прихода второго импульса ИПУ форми- руется цифровой код интервального времени лТ , равный разности кодов , , С выхода счетчика дТ 4 .параллельный код &Т подается на входы сдвигового регистра Т| 9. Последова- тельный выход регистра 9 соединен с первым входом сумматора 11. Функциональные элементы, обозначенные позициями 9-16 и 18, образуют вычислитель интервального времени 4Т и вы- числитель функции изменения диаметра скважины 4D . Функционирование вычислителя лТ и uD обеспечивает схема 15 управления. Сигналом для работы вычислителя являются импульсы ИГ, поступающие от датчика 21 импульсов глубины на вход схемы 15 управления. Первый импульс ИЗ,,прищедщий на свой управляющий вход схемы 15 управления, после действия импульса ИГ подготав- ливает схему 15 управления к работе. По первому пришедшему импульсу ИПУ, после действия импульса ИЗ, вписывается значение кода Т, в сдвиговый регистр 12, формирование которого к этому времени закончено в счетчике 3 времени.

Второй импульс ИПУ запускает схему 15 управления (к этому времени ... сформированы коды в счетчике 3 време

ни, в счетчике йТ 4 -лТц) на формирова ние управляющих сигналов для вычисления ДТ , лС и выдачи на регистр дБ 16 кода функции &D , а на регистр аТ 18 - кода fit .

После формирования импульса записи 4D схема 15 управления сбрасывается в режим ожидания следующего импульса глубины ИГ. С приходом следующего ИГ работа вычислителя повторяется.

Расширение функциональных возможностей предлагаемого устройства в сравнении с известным достигается вычислением функции - Изменения диаметра скважины uD , позволяющего получить дополнительную информацию и повысить этим геологическую эффективность устройства. Упрощение структуры предлагаемого устройства в сравнении с

o s 0 5 о

5

Q

0

5

206

известным обеспечивается за счет меньшего числа функциональных элементов даже при расширенных функциональных возможностях.

В устройстве применены в качестве памяти последовательные сдвиговые регистры, что обеспечивает естественное продвижение по ним информации синхронно с движением кабеля и не требует дешифраторов для отыскания нужной ячейки при записи и считьша- нии, упрощает схему управления ими. Вычисления производятся одноразрядным сумматором и многократно используются при вычислениях регистры 9, йТци регистры 10 и 12, что обеспечивает также упрощение структуры устройства и уменьшает аппаратурные затраты. Единая схема управления также позволяет упростить структуру устройства.

Формула изобретения

Устройство для акустического каротажа скважин, состоящее из трехэлементного скважинного п-рибора, соединенного каротажным кабелем с наземной измерительной панелью, включающей фильтр, пороговое устройство, синхронизатор, счетчик времен, первый циф- роаналоговый преобразователь (ЦАП), сх ему аналоговой памяти и выдачи времен Т, и Tj (схема Т, Т ) , реверсивный счетчик интервального времени ( лТ ), второй цифроаналсговый преобразователь (ЦАП), регистр интервального времени (регистра лТ ), генератор, датчик импульсов глубины и регистратор, в котором пороговое устройство соединено входом с входом синхронизатора и через фильтр - с каротажным-кабелем, а выходом - с первыми входами реверсивного счетчика дТ , счетчика времени и схемы Т Т , синхронизатор соединен выходом с,вторыми входами реверсивного счетчика ДТ , счетчика времен и схемы Т, Т , генератор соединен выходом с третьими входами реверсивного счетчика дТ и счетчика времен, первый ЦАП соединен входами с выходами счетчика времен и выходом- с вторым входом схемы , которая соединена выходами с первым и вторым входами регистратора, второй ЦАП соединен входами с выходами регистра ДТ и выходом - с третьим входом регист- ратора о т л и.ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьш1ения точности измерения

интервального времени распространения упругой волны по горным породам, расширения функциональных возможностей и упрощения конструкции, в наземную панель введены одноразрядный сумматор схема управления, регистр изменения диаметра скважины (регистр uD ), третий цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и пять сдвиговых регистров регистр времени (регистр Т, ), ре- гистр измеренного интервального времени (регистр &Т), регистр операций, первый и второй регистры памяти, при этом регистры соединены: регистр йТ параллельными входами с выходами ре- версивного счетчика дТ , выходом - с первым входом сумматора; регистр операций параллельными входами - с входами регистра Т, и выходами счетчика времени, последовательным выходом - с вторым входом сумматора и входом второго регистра памяти, параллельными выходами - с входами регистра 4Т и регистра tS , последовательным входом - с выходом-сумматора; первый регистр памяти входом - с выходом регистра Т, и третьим входом сумматора, вькодом - с четвертым входом сумматора; второй .регистр памяти выходом - с пятым входом сумматора и последовательным входом регистра Т ; третий ЦАП - входами с выходами регистра uIL и выходом - с четвертым входом регистратора; схема управления - раздельно входами - с датчиком импульсов глубины, синхронизатором и пороговым устройством, выходами - с управляющими входами сумматора, регистра AT , регистра дВ и пяти сдвиговых регистров: регистра Т, , регистра ЛТ , регистра операций, первого и второго регистров памяти.

И

/72

0tf2.J

Редактор А. Козориэ

Фие.З

Составитель Н. Журавлева Техред Н.Бонкало

Заказ 2115/32Тираж 728 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор В. Синицкая

Изобретение относится к геофизическим исследованиям нефтяных и газовых скважин акустическими методами. Для повышения точности измерения интервального времени распространения упругой волны по горным породам, расширения функциональных возможностей и упрощения устройства в наземную панель устройства для акустического каротажа скважины введены одноразрядный сумматор, схема управления, регистр изменения диаметра скважины (регистр &D ), цифроаналого- вый преобразователь (ЦАП) и пять сдвиговых регистров: регистр времени (регистр Т ), регистр измеренного интервального времени (регистр лТ ) , регистр операций, первый и второй регистры памяти, при этом регистрлТц соединен. параллельными входами с выходами реверсивного счетчика лТ , выходом - с первым входом сумматора, регистр операций параллельными входами - с входами регистра Т, .и выходами счетчика времени, последовательным выходом - с вторым входом сумматора и второго регистра -памятиупараллельными выходами - с входами регистра бТ и регистра 41) , последовательным входом - с выходом сумматора. Первый регистр памяти соединен входом с выходом регистра Т и третьим входом сумматора, выходом - с четвертым входом сумматора. Второй регистр памяти соединен выходом с пятым входом сумматора и последовательным входом регистра Т, , ЦАП - входами с выходами регистра tD и выходом - с четвертым входом регистратора. Схема управления соединена раздельно входами с датчиком импульсов глубины, синхронизатором и пороговым устройством, выходами - с управляющими входами сумматора, регистра лТ , регистра uD, и пяти сдвиго- рых регистров. 3 шт. (О IsD Ю О) iNd