Устройство для импедансного акустического каротажа Советский патент 1988 года по МПК G01V1/52 

сл

о о ю

Изобретение относится к устройствам акустического каротажа скважин и предназначено для использования в геофизических исследованиях,

Целью изобретения является повьше- ние чувствительности и точности измерений импеданса горных пород путем .повышения добротности зонда и снижения его рабочей частоты.

На фиг,I схематически показано предлагаемое устройство; на фиг.2 - блок-схема реализации блока возбуждения и преобразования колебаний; на фиг.З - блок-схема второй реализации указанного блока.

Устройство состоит (фиг,) из сква- жинного акустического зонда 1, возбуждающего преобразователя 2, приемного преобразователя 3, цилиндричес- кой оболочки 4, высокодобротного вибратора 5 продольных колебаний,дискового акустического трансформатора 6 акустических ловушек 7, блока 8 возбуждения и преобразования, .центрирующего устройства 9, каротажного кабеля 10 и наземной контрольно-регистрирующей панели II,

На фиг.2 приведен первый вариант выполнения блока 8 возбуждения и преобразования колебаний. Блок 8 содержит предварительный усилитель 12, фазовый корректор J3, фильтр 14, управ- ляемьй усилитель 15, выходной усилитель 16, измерительный преобразова- тель 17 амплитуды и частоты выходного сигнала, линейный усилитель 18, детектор 19, сравнивающее устройство 20, источник 21 опорного сигнала.

На фиг.З приведен второй вариант выполнения блока 8 возбуждения и преобразования колебаний, который содержит генератор 22 импульсов, фильтр 23 измерительный преобразователь 24 собственной частоты и логарифмического декремента затухания- колебаний,

В первом варианте выполнения блока 8 возбуждения и преобразования колебаний приемный преобразователь 3 и возбзпкдающий преобразователь 2 включен в кольцо самовозбуждения, состоящее из предварйП-ельного усилителя 12, фазового корректора 13,фильтра 14, управляемого усилителя 15 и выходного усилителя 16. Кроме того, приемный преобразователь 3 подклю- чен через линейный усилитель 18 и детектор 19 к одному из входов сравнивающего устройства 20, к второму входу которого подключен источник 2 сигнала. Выход сравнивающего устройства подключен к управляющему входу управляемого усилителя 15.

Устройство при первом варианте выполнения блока возбуждения и регистрации колебаний работает следующим образом.

Высокодобротный вибратор 5 продольных колебаний, включенный посредством возбуждающего 2 и приемного.3 преобразователей в кольцо самовозбуждения, совершает гармонические автог колебания на одной из резонансных частот продольных колебаний, которая выбирается фильтром 14,

Соблюдение баланса фаз в кольце самовозбуждения устанавливается фазовым корректором 13, Для устранения погрешности, обусловленной нестабильностью коэффициента усиления в кольце самовозбуждения, введена автоматическая стабилизация амплитуды автоколебаний, задаваемая источником 21 опорного сигнала. При отклонении амплитуды автоколебаний от заданной появляется сигнал рассогласования на выходе сравнивающего устройства 20, который астатически регулирует коэффициент усиления управляемого усилителя J5.

Таким образом, при постоянной амплитуде резонансных автоколебаний вы- со;содобротного вибратора 5 продольных колебаний амплитуда возбуждения на возбуждающем преобразователе 2 пропорциональна механическому импедансу высокодобротного вибратора 5 продольных колебаний, который на частоте резонанса часто активен и равен сумме импеданса потерь 2 и импеданса излучения Z упругих волн цилиндрической оболочкой 4.

Это излучение происходит благодаря тому, что при колебаниях стержня возникающие механические напряжения сжатия дисковым акустическим трансформатором 6 превращаются в радиальные колебания оболочки 4, излучающей, в свою очередь, через промывочную жидкостьупругие волны в окружающую скважину среду. Импеданс излучения Z обусловлен отводом упругих волн от поверхности оболочки 4, Чем выше исходная добротность стержня, тем меньше собстйенный импеданс потерь Zg, а следовательно, и вьш1е чувствитель- 1405002

ность системы, поэтому стержень из- му декременту затухания колебаний, готавливается из высодобротного мате- которые передаются по каротажному ка- риала, например из дюралюминия, Из белю 10 в наземную контрольно-регист- объема, ограниченного оболочкой 4, рирующую панель 11, для этой же цели откачивается воздух. Фильтр 23 обеспечивает выделение

Для уменьшения отвода колебатель- затухающих колебаний лишь одной соб- ной энергии по корпусу зонд 1 снабжа- ственной моды высокодобротного вибра- .ется акустическими ловушками 7, кото- тора 5 продольных колебаний, рые представляют собой комбинацию IQ Логарифмический декремент d затуха- фланцеви проточек, размещенных на ния колебаний связан с добротностью краях корпуса зонда. Цилиндрическая Q вибратора 5 зависимостью оболочка 4 для уменьшения потерьj

энергии также изготовлена из .высоко-Q

добротного материала,15 Дб бротность Q обратно пропорциоСнижение собственного импеданса нальна импедансу (Zo+Z), поэтому ре- потерь Zu колебательной системы повы- гистрация логарифмического декремен- шает чувствительность импедансных из- та затухания колебаний позволяет так- мерений. Практически удалось достичь же измерить импеданс горных пород, добротности стержня порядка 6000, 20 Первьй вариант измерения импедан- что во столько же раз увеличивает чув- са более предпочтительный, так как ствительность измерений. Это дает второй, учитывая высокую добротность возможность снизить частоту колеба- резонатора, требует значительное вре- ний и несмотря на уменьшение импедан- мя на установление колебаний и, сле- са излучения Z упругих волн в массив 25 довательно, меньшую скорость прове- горных пород со снижением частоты дения каротажа. обеспечить приемлемую чувствитель- | ность измерений.Положительный эффект изобретения

Снижение частоты конструктивно заключается в повышении чувстви- осуществляется удлинением высокодоб- 30 тельности и точности измерения импе- ротного вибратора 5 продольных колеба- данса горных пород. НИИ, что может быть осуществлено без

осложняющих обстоятельств, так как Формула изобретения его длина не лимитируется. Разрешающая способность измерений по глуби- 5 Устройство для импедансного акус- не при удлинении стержня не ухудшает- тического каротажа, содержащее сква- ся, так как она определяется длиной жинный акустический зонд, состоящий излз ающей поверхности оболочки 4, из возбуждающего и приемного преобра- которая не связана с длиной стержня, зователей, помещенных в цилиндричесСнижение частоты приводит к увели- 40 У оболочку и подключенных к блоку чению глубины исследований по радиу- возбуждения ,и преобразования колеба - СУ и к уменьшению влияния перекосов ний, наземную контрольно-регистрирую- .скважинного акустического зонда,его ЩУ панель, подключенную через каро- смещений от оси скважины и неровное- тажный кабель к блоку возбуждения и тей ее стенок. Это повьщ1ает точность 45 преобразования колебаний о т л и - измерения импеданса горных пород, лающееся тем, что, с целью

Во втором варианте исполнения бло- повышения чувствительности и точнос- ка 8 генератор 22 импульсов возбуж- ти измерений импеданса горных пород дает затухающие колебания высокодоб- путем повышения добротности зонда и ротного вибратора 5 продольных коле- QQ снижения его рабочей частоты, зонд банки. Измерительный преобразова- снабжен высокодобротным вибратором тель 24 собственной частоты и лога- продол-ьных колебаний в виде стержня, . рифмического декремента затухания ко- коаксиально размещенного в цилиндри- лебаний, подключенный через фильтр 23, ческой оболочке, причем середина осуществляет преобразование процесса gg стержня механически связана с цилинд- колебаний в сигналы, соответствующие рической оболочкой дисковым акусти- собственной частоте и логарифмическо- ческим трансформатором.

Фн.1

Фие.2

Изобретение относится к устройствам акустического.каротажа скважин и предназначено для использования в геофизических исследованиях. Целью изобретения является повьшзение чувствительности ,и точностиjизмерений импеданса горных пород путем повыше- ния добротности зонда и снижения его рабочей частоты. Цель достигается тем, что зонд снабжен высокодобротным вибратором продольных колебаний в виде стержня.Вибратор коаксиально размещен в защитной цилиндрической оболочке и механически связан с последней при помощи дискового акустического трансформатора. Акустичес- кич трансформатор преобразует продольные механические направжения стержневого вибратора в радиальные колебания защитной цилиндрической оболочки с последующим переизлучением их в окружающую среду. Использование кодобротного вибратора снижает импеданс собственных потерь и повышает чувствительность импедансных измерений . 3 ил.