Устройство для ультразвукового каротажа буровых скважин Советский патент 1961 года по МПК G01V1/52 G01V1/44 

Известны устройства для ультразвукового каротажа скважин, фиксирующие скорость распространения ультразвуковой волны по породе. Эта скорость тесно связана с физическими свойствами горных пород. По результатам измерения можно судить о пористости и плотности исследуемых пластов. В этих устройствах применены скважинные приборы, снабженные двумя излучателями и одним приемником или двумя приемниками и одним излучателем. Прием сигналов на поверхности осуществляется или на электронно-лучевую трубку, с которой производится поочередное ди скретное фотографирование волновой картины, или с помощью счетно-решающих устройств. Последние фиксируют время пробега ультразвуковой волны между двумя излучателями. Отсчет ведется по приходу первых вступлений сигналов от каждого излучателя на приемник. Для указанной цели тракт информации снабжен коммутатором. Наличие такого коммутатора увеличивает уровень помех в этом тракте. Первый способ приема сигналов весьма непроизводителен: в распоряжении оператора оказывается серия фотоснимков волновой картины, снятых через определенные интервалы вдоль ствола скважины. Для получения материалов для интерпретации И сопоставления результатов измерения с материалами, полученными при исследовании скважин другими методами, требуется длительная камеральная обработка снимков. Кроме того, сам процесс поточечного фотографирования занимает очень много времени. При втором способе приема сигналов снимается ограничение по скорости проведения измерений, но зато исключается возможность получения дополнительной информации, заложенной в волновой картине приходящего на приемник ультразвукового сигнала.

№ 142361

Для устранения этих недостатков в описываемом устройстве непрерывная регистрация кривой времени распространения ультразвуковой волнысовмещена с одновременной фиксацией полной волновой картины приходящего на приемник сигнала. Этот эффект достигается за счет применения электронно-лучевой трубки со ждущей разверткой по строк е:, ярйобть луча которой модулируется сигналом информации. Изображение полученной таким образом строки проецируется на фотоматериал, перемещаемый с помощью собранного на сельсинах электрического вала в соответствии с движением кабеля, а следовательно, и скважинного снаряда. Для получения эффекта накопления информации на фотоматериале и увеличения тем самым помехозащищенности системы прием сигналов информации осуществляется 25 раз в секунду. Эффект увеличения помехозащищенности устройства достигается за счет того, что сигнал информации при указанной частоте повторения за время 10-кратной экспозиции практически не изменяется, а помеха имеет случайный характер, и поэтому не проявляется на диаграмме.

В описываемом изобретении также применен трехэлементный зонд, состоящий из двух излучателей и одного приемника. Такие зонды обеспечивают повышенную точность измерения за счет исключения из результатов измерения времени пробега ультразвуковой волны по раствору. Для исключения коммутатора в тракте информации и уменьшения тем самым уровня помех коммутатор перенесен в цепь излучателей. Результат измерения, учитывая принцип взаимности, остается тем же.

Следующие друг за другом сигналы информации от одного и другого излучателя в наземной аппаратуре попадают на свою часть строки экрана электронно-лучевой трубки, что достигается соответствующей формой тока строчной развертки трубки. Цепи скважинного коммутатора и ждущей развертки трубки синхронизированы переменным током промышленной частоты.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - форма напряжения, снимаемого с блока развертки; на фиг. 3 - кривые пробега ультразвуковой волны.

В скважинном приборе размещены импульсные генераторы 1, магнитострикционные излучатели 2, пьезокерамический приемник 3, электронный усилитель 4 и коммутирующее устройство 5. Между излучателями и приемником, расположен акустический изолятор 6. Коммутатор скважинного прибора в начале положительного полупериода сетевого напряжения 50 гц включает импульсный генератор первого излучателя. Через 10 м1сек в начале отрицательного полупериода коммутатор включает импульсный генератор второго излучателя. Таким образом, весь цикл длится 20 м/сек. Коммутация осуществляется при помощи пик-трансформатора, на первичную обмотку которого подается синусоидальное переменное напряжение, а во вторичной обмотке возникают короткие сигналы возбуждения импульсного генератора. Им-пульсный генератор скважинного прибора посылает короткий импульс тока в обмотку магнитострикционного излучателя, заставляя его колебаться на собственной механической частоте и посылать в окружающую среду ультразвуковой сигнал. Пьезокерамический приемник при нимает сигналы, приходящие по буровому раствору, в том числе головные волны, возникающие в буровом растворе при распространении преломленных волн вдоль стенки скважины. Последние усиливаются скважинным усилителем и подаются в одну из жил трехжильного стандартного каротажа кабеля 7. По одной жиле кабеля подается напряжение сетевой частоты, используемой для питания накала ламп усилителя, импульсных генераторов, а также для синхронизации работы скважинного прибора. По второй жиле с новерхности нодается постоянное напряжение для питания анодных цепей аппаратуры и по этой же жиле передаются на поверхность сигналы информации. Третья жила используется в качестве обратного провода.

Для разделения напряжения сигнала и напряжения анодного питания в скважинном приборе и в наземной части аппаратуры применяются разделительные фильтры 8.

Сигналы информации, выделенные на фильтре 8, поступают на вход усилителя 9. Усиленный сигнал с выхода усилителя поступает на катод электронно-лучевой трубки 10. Блок синхронизации /У выдает положительные импульсы одновременно с моментом включения магнитострикционного излучателя 2 для включения ждущей развертки трубки и включения блока марок времени.

С блока /2 развертки снимается напряжение, являющееся суммой двух одинаковых пилообразных напряжений и напряжения прямоугольной формы (см. фиг. 2).

Благодаря такой напряжения развертки фиксация сигнала информации от одного излучателя осуществляется на участке / от центра трубки к ее краю, а сигнала от второго излучателя - на участке // от противоположного ее края к центру. Далее цикл работы повторяется.

Блок 13 марок времени выдает положительные импу; ьсы через 150 мк/сек, которые подаются на модулятор (сетку) электронно-лучевой трубки. Строка, полученная на экране электронно-лучевой трубкп, промодулированная по яркости пришедщими сигналами информации и импульсами маркера, через фотообъектив 14 проецируется на фотоматериал 15, протягиваемый лентопротяжным механизмом 16, связанным сельсинной передачей 17 с блок-балансом 18.

Скважинный снаряд прижимается к стенке скважины рессорой 19.

Такое прижатие исключает возможность поворота скважинного снаряда вокруг его вертикальной оси. Это обеспечивает постоянное прижатие камер излучателей и приемника к стенке сквал ины, чем улучшается качество получаемых диаграмм.

На последних снимках отдельные строки сливаются в линии осей синфазности, образующие диаграммы, хорошо сопоставляющиеся с диаграммами, получаемыми при других методах исследования буровых скважин. На диаграмме фиксируются две кривые: времени пробега ультразвуковой волны от одного излучателя до приемника и времени пробега волны от другого излучателя до другого приемника.

На этой диаграмме (см. фиг. 3) Л - время пробега волны от ближнего приемника излучателя, t - время пробега волны от дальнего излучателя. Время / /2-Л равно времени пробега волны между двумя излучателями. Непосредственно по диаграмме время i можно отсчитывать с помощью линейки (изображена на фиг. 3). Для этого индекс О, подставляют к исследуемой точке на диаграмме ближнего излучателя, а от Oz до соответствующей точки на диаграмме дальнего излучателя берут отсчет времени (. Очевидно, что линейку можно разграфить и в величинах обратных t, т. е. в скоростях пробега ультразвуковой волны по породе.

Предмет изобретения

1. Устройство для ультразвукового каротажа буровых скважин, состоящее из скважинного снаряда, включающего два излучателя и приемник упругих колебаний, и расположенной на поверхности регист№ 142361

рирующьй аппаратуры, в которой находится механизм протяжки фотобумаги, отличающееся тем, что, с целью увеличения количества фиксируемой на диаграмме информации и уменьшения влияния помех. регистрирующая аппаратура включает электронно-лучевую трубку с ждущей строчной разверткой, луч которой модулируется но яркости приходящим с нриемника упругих колебаний сигналом и проецируется на фотобумагу.

2. Устройство по н. 1, отличающееся тем, что сияхронизация работы излучателя и ждущей развертки электронно-лучевой трубки производится неременным током промыщленной частоты.

18

ipij г

, rjT-ггт гоо «00 600 800 1000 i f/f сек