Устройство акустического каротажа Советский патент 1989 года по МПК G01V1/40 

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть использовано в промысловой геофизике при исследовании околоскважинного пространства акустическими методами.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости устройства акустического каротажа и повышение эффективности геофизических исследований скважин акустическими методами.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; нг фиг. 2 - функциональная схема устройства селекции первого вступления упругих колебаний; на фиг. 3 - временные диаграммы, по- ясняклцие работу устройства.

Устрой ство содержит сква инный прибор 1, каротажный кабель 2, вход 3 наземной панели, устройство 4 поис- .ка и вьщеления синхроимпульсов, усилитель 5, амплитудный блок 6, коммутирующий триггер 7, амплитудный дискриминатор 8, логические элементы И 9 и 10, триггеры П и 12, устройства 13 и 14 селекции первого вступления упругих колебаний, триггеры 15 и 16, аналоговый преобразователь 17, измеритель 18 разности временных интервалов, аналоговый преобразователь 19, фоторегистратор 20.

Устройство 13 (14) селекции первого вступления упругих колебаний содержит токозадающий переменный резистор 21, шину 22 земли, шину 23 питания, управляемый электронный ключ 24, токозадающий резистор 25, запоминающий конденсатор 26, усилитель 27:постоянного тока, генератор 28 линейно нарастающего напряжения, компаратор 29,одновибратор 30, логический зле Ф

Ч

14607

мент ИЛИ 31, логические элементы И 32 и 33, логический элемент И-НЕ 34 и одновибратор 35.

Скважкнный прибор 1 соединен ка- g ротаясным кабелем 2 с входом 3 земной панели, к которому подключены вход устройства 4 поиска и вьзделения

синхроимпульсов, вход усилителя 5 и вход амплитудного блока 6. Выход уст-ю ройства 4 поиска и выделения синхроимпульсов соединен с входом коммутирующего триггера 7. Выход усилителя 5 подключен к входу амплитудного дискриминатора 8, а выход амплитудно-15 го блока 6 - к фоторегистратору 20. Один выход коммутирующего триггера 7 соединен с вторым входом устройства 13 седекдии первого вступления упругих колебаний и со счетным входом 20 триггера 15, а другой выход - с вторым входом устройства 14 селекции первого вступления з пругих колебаний и со счетйым входом триггера 16.

Выход амплитудного дискриминато- 25 ра 8 соединен с первым входом элемен7 та И 9 и с первым входом элемента И 10. Выход элемента И 9 соединен со счетным входом .триггера П, а выход элемента И О - со счетньв/входом 30 .триггера 12. Выход триггера П соединен, с первым входом устройства 13 се- декции первого вступления упругих йолебаний и с вторым входом элемента И 9, а выход триггера 12 - с первым 35 входом устройства 14 селекции первого вступления упругих колебаний и с BTOi5biM входом элемента И 10. Второй выход устройства 13 селекции первого вступления упругих колебаний соеди- 40 нен с Е-входом триггера П, а первый выход - с R-входом триггера 15. Второй выход- устройства 14 селекции « первого вступления упругих колебаний соединен с R-входом триггера 12s 45 а первый выход - с R- входом триггера 16.

Вькод триггера 15 соединен с входом аналогового преобразователя 17 и с одним из входов измерителя 18 go разности временных интервалов. Выход триггера 16 соединен с входом анало- , гового преобразователя 19 и с другим входом, измерителя 18 разности временных интервалов. Выходы аналоговых 55 пре образователей .17 и 19 и выход йз- мерителя 18 разности временных интервалов подключены к фоторегистрато- РУ 20.

10

Первый вывод переменного токоза- дающего резистора 2 устройства селекции первого вступления упругих колебаний соединен с неинвертирующим входом усилителя 27 постоянного тока и с земляной шиной 22, средний вывод - с первым выводом токозадающего резистора 25, с инвертирующим входом усилителя 27 постоянного тока и с одним из полюсов запоминающего конденсатора 26, а второй вывод - с первым контактом управляемого электронного ключа 24 и с шиной 23 питания. Второй вывод токозадающего резистора 25 соединен с вторым контактом управляемого электронного ключа 24, управляемый вход которого подключен к элементу И ЗЗ,

Выход усилителя 27 постоянного тока соединен с вторым полюсом запоминающего конденсатора 26 и с первым входом компаратора 29, второй вход которого соединен с выходом генератора 28 линейно нарастающего напряжения, вход последнего соединен с вторым входом элемента ИЛИ 31 и является вторым входом устройства 13 (l4) селекции первого вступления упругих колебаний, а вторым в-вкодом последнего является выход элемента ИЛИ 31. Выход компаратора 29 соединен с первым входом элемента И 32, с первым входом, элемента ИЛИ 31 и с входом одновибратора 30, выход которого соединен с вторым входом элемента И 32. Выход последнего соединен с первым входом элемента И 33 и с входом одно вибратора 35. Второй вход элемента И 33 соединен с первым входом элемента И-НЕ 34 и является первым вkoдoм устройства 13 114) селекции первого вступления упругих колебаний, первым выходом которого является выход элемента И-НЕ 34, а второй вход последнего соединен с выходом одновибра- тора 35.

Устройство работает следующим образом.

От скважинного прибора 1 {фиг.1) информационный сигнал (эпюра 36) поступает по каротажному кабелю 2 на вход 3 наземной панели, которая содержит временной и амплитудный блок. Во временном блоке информационньй сигнал усиливается усилителем 5 и воздействует на вход амплитудного дискриминатора В. Последний выделяет сигнал, амплитуда которого превышает

51

заданный порог дискриминации (эпю- ра 37), Информационный сигнал также поступает на устройство 4 поиска и

выделения синхроимпульсов. Импульсы, снимаемые с этого устройства и соответствующие моментам срабатывания излучателей ультразвуковых колебаний воздействуют на вход коммутирую-дего триггера 7. Последний вырабатывает коммутирующее напряжение (эпюры 38 и 39), которое впоследствии разделяю по каналам сигналы ближнего и дальнего зондов.

Сигнал с выхода амплитудного диск риминатора 8 поступает на первые входы логических элементов И 9 и 10 первого и второго каналов, которые вместе с триггерами I1 и 12 образуют формирователь временных интервалов. На R-входы триггеров 11 и 2 подаются . импульсы следящей блокировки (эпюры 40 и 41) с устройств 13 и 14 селекции первого вступления упругих колебаний, которые устанавливают их в единичное состояние и исключают возможность срабатывания триггеров по счетному входу на время блокировки. Перевод триггеров Пи 12 в нулевое состояние осуществляется в момент разблокировки последних первым же импульсом с выхода амплитудного дискриминатора 8 (эпюра 37). В результате на выходе триггера I1 формируется последовательность импульсов длитель- ностью первого приближения (эпюры 42), а на выходе триггера 12 - последовательность импульсов длительностью первого приближения (эпюра 43). Импульсы длительностью f и f2р воздействуя на вторые входы логических элементов И 9 и 10, прекращают дальнейшее поступление импульсов с выхода амплитудного дискриминатора 8 на счетный вход триггеров 11 и 12.

Устройство 13 (14) селекции первого вступления упругих колебаний представлено на фиг.2, На первый вход устройства подаются импульсы длительностью tfpC C jp) первого приближения (эпюры 42 (43)), а на второй вход - импульсы (эпюра 38 (39)), начало которых совпадает с моментом появления очередного синхроимпульса, а длительность их превьшает-максимальное значение интервала, за который появляется ожццаемый сигнал (первое вступление упругих колебаний).

106

Резисторы 21 и 25,источник постокл него напряжения 22 и 23, управляемый . электронньй ключ 24, усилитель 27 постоянного тока,запоминающий конденсатор 26, генератор 28 линейно нарастающего напряжения,компаратор 29,одновиб ратор 30 и два логических элемента 32 33 образуютформирователь следящего временного окна/Jt (порядка 100 мкс) перед первым вступлением упругих колебаний. Этот формирователь предназначен для формирования импульсов, которые начинаются заблаговременно до по явления ожидаемого сигнала (первого вступления продольной волны), причем интервал заблаговременности постоянен относительно момента наиболее .вероятного появления ожидаемого сигнала. Он используется для сле- дяещей блокировки щумов при вьщеле- нии первого вступления продольной волны. Длительность импульсов временного окна (порядка 100 мкс) выбирается из условия,обеспечения автоматического поиска первого встзшления продольной волны. Но в процессе каротажа во временном окне возникают случайные мпyльcныe шумы, что приводит к ложному срабатыванию устройства. Это снижает точность и информативность измерений временных параметров импульсного акустического сигнала. Поэтому в устройстве 13 (l4i) используется одновибратор 30, который укорачивает временное окно перед первым вступлением упругих колебаний, и два логических элемента И 32 и 33, образующие формирователь узкого окна /51 (порядка 2-3 мкс).

Запуск одновибратора 30 осуществляется выходным импульсом компаратора 29, который сравнивает вьпсодные напряжения запоминающего конденсатора 26 и генератора 28 линейно нарас- тающего напряжения. В результате на выходе одновибратора формируются импульсы постоянной длительности (зпю- ра 44 (45)), которые воэдействхтот на вход формирователя узкого окна, образованного двумя логическими элементами И 32 и 33. На вход последнего т ак- же воэдествуют выходные импульсы компаратора 29 и импульсы длительностью (1р) поступающие на первьй вход устройства 13 (14). На выходе логического элемента И 33 формируются импульсы Длительностью t узкого временного окна (эпюра 46 (47)), которые воздействуют на управляемый вход управляемого электронного ключа 24.

Длительность разрешающего импуль- са t равна:

,Jt l2/I,f,

где f - частота появления ожидаемых (импульсов;

I, - ток, протекающий через запоминающий конденсатор 26, ре- ЗИС..ХОР 25, замкнутый управляемый электронный ключ 24 и источник постоянного напряже- ния 22 и 23;

1 - ток, протекающий через запо- минающий конденсатор 26, резистор 21 и источник постоянного напряжения 22 и 23, Таким образом, формируется временное окно t, которое на основании априорной информации, запомненной конденсатором 26, автоматически следит в установившемся режиме за наибо- лее вероятным появлением ожидаемого сигнала. Ширина окна при этом остается постоянной, т.е. Jt const5 во всем диапазоне изменения временных интервалов.

При включении или сбоях устройства узкое временное окно dt расширяется до величины /it, что обеспе чивае снова режим автоматического поиска первого вступления продольной волны,

Изменением сопротивления резистора 21 устанавливается требуемая ширина временного окна 4t, а тем самым и 4t, так как длительность импульса

одновибратора 30 укорочения окна по- стоянна.

На выходе логического элемента ИЛИ 31 по-д воздействием коммутирующего напряжения с второго входа устройства 13 (14) и выходных импульсов компаратора 29 формируются импульсы следящей блокировки (эпюра 40 (41)), где штрихпунктирной линией отмечен интервал блокирования в автоматическом режиме работы. Импульсы следя- щей блокировки с второго выхода устройства 13 (14) поступают на R-входы триггеров 11 и 12 соответственно первого и второго каналов (фиг. 1).

Перепад напряжения с выхода логи- ческого элемента И 32, соответствующий заднему фронту выходного импульса одновибратора 30, воздействует на одновибратор 35. На выходе последнег

формируются импульсы длительностью (эпюра 48 (49)), которые являются временным окном для осуществления правильного выделения первого вступления продольной волны.

Выходные импульсы одковибратора 3 длительностью 24t поступают на один из входов логического элемента Й-НЕ 34t а на другой вход последнего подаются импульсы длительностью ( i) В результате при совпадении момента окончания временных интервалов .ip (1 ) с выходными иг-1пульсами одновиб ратЪра 35, являющимися временными окнами отбора первого вступления упругих колебаний, на выходе логического элемента И-НЕ формируются импульсы (эпюра 50 (5))э которые фиксируют первое вступление щругих колебаний. Эти импульсы с первого в.ыхода устройства 13 (14) поступают на R-входы триггеров 15 и 16 первого и второго каналов (фиг.1). На счетньй вход посладких подается коммутирующее напряжение с выхода коммутатора 7. В результате на выходах триггеров 15 и 6 формируются уточненные (с точностью до tdt) временные интервалы и г|р(эпюры 52 и-53).

Потоки импульсов длительностью я I р поступают соответственно на аналоговые преобразователи 17 и 19 и на измеритель 18 разности временных интервалов.

Напряжения, пропорциональные значениям временных интервалов E lfp, -2 , й S и напряжение с выхода амплитудного блока 6 регистрируются фоторегистратором 20 как функции глубины залегания полезньк ископаемых .

Применение предлагаемого устройства акустического каротажа на месторождениях полезных ископаемых позволяет увеличить объем и достоверность получаемой информации по сравнению с известным устройством и тем самьм поБьшает эффективность и точность определения количественного содержания полезных ископаемьк в естественном залегании.

Формула изобретения

1. Устройство акустического каротажа, содержащее скважинный прибор , соединенный каротажным кабелем с наземной панелью, которая содержит

14607

устройство поиска и вьщеления синхроимпульсов , усилитель и амплитудный блок, которые своими входами соеди- йены межд.у собой и подключены на вход наземной панели, выход устройства поиска и выделения синхроимпульсов соединен с выходом коммутирзпощего триггера, выход усилителя подключен к входу амплитудного дискриминатора, ю а выход амплитудного блока подключен к фоторегистратору, а также два триггера первого и второго каналов, два аналоговых преобразователя первого и второго каналов и измеритель раз- is ности временных интервалов, выходы которых соединены с фоторегистрато-- ром, отличающееся тем, что, с целью повьшения помехоустойчивости устройства акустического каро- 20 тажа и повьппёния эффективности геофизических исследований скважин акустическими методами, устройство дополнительно содержит два элемента И первого и второго каналов, два уст- 25 ройства селекции первого вступления упругих колебаний первого и второго каналов и два триггера первого и второго каналов соответственно, причем первые входы элементов И соединены 30 с выходом амплитудного дискриминатора, а вторые входы последних соединены с выходами первых триггеров первого и второго каналов,счетные входы которых соединены с выходами двухдс

элементов И, а R-входы первьк триггеров соединены с первыми входами устройств селекции первых вступлений . первого и второго каналов, вторые выходы последних соединены с R-входами 40 вторых триггерюв, входы устройств селекции первого вступления упругих колебаний первого и второго каналов соединены с выходами первых триггеров первого и второго каналов 45 соответственно, а вторые входы соединены с выходами коммутирующего триггера и со счетными входами вторьк триггеров первого и второго каналов, выходы которых соединены с выходами .gQ аналоговых преобразователей первого. и второго каналов, а также с первым

1010

и вторым входами измерителя разности временных интервалов, выходы последних, а также выходы амплитудного блока подключены к фоторегистратору.

2. Устройство по п. 1,отличающееся тем, что устройство селекции первого вступления упругих колебаний содержит усилитель постоянного тока, между инвертирующим входо и выходам которого подключен запоминающий конденсатор, к инвертирующему входу усилителя подключен первый вывод токозадающего резистора и сред- .ний вывод переменного токозадающего резистора, первый вьгоод которого соединен с неинвертирующим входом усилителя постоянного тока и с земляной шиной, а второй вьгаод последнего соединен с шиной питания и с первым контактом управляемого электронного ключа, второй контакт которого соединен с вторым выводом токозадающего резистора, выход усилителя постоянного тока соединен с цервым входом компаратора, второй вход последнего соединен с выходом генератора линейт но нарастающего напряжения, вход которого является вторым входом устройства, выход компаратора соединен с первым входом первого логического элемента И, с входом первого одновиб- ратора и с первым входом логического элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым входом устройства, а выход логического элемента ИЛИ соединен с вторым выходом устройства, выход первого одновибратора соединен с вторым входом -первого логического элемента И, выход которого соединен с входом второго одновибратора и с входом второго логического элемента И, а второй вход последнего соединен с первым входом логического элемента И-НЕ и является первым входом устройства, выход второго логического элемента И .,соединен с управляемым входом электронного ключа, а выход второго одновибратора соединен с вторым входом логического элемента И-НЕ, выход которого является первым выходом устройства.

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть использовано в промысловой геофизике для исследования околоскважинного пространства акустическими методами при поисках, разведке и оценке запасов полезных ископаемых. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости аппаратуры акус-.- тического каротажа и повьшение эффективности геофизических исследований. Цель достигается за счет исключения ложного срабатывания аппаратуры от случайньк шумов, возникающих в процессе каротажа во временном окне перед первым вступлением упругих колебаний. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. i (Л