Акустический профилемер подземных полостей, заполненных жидкостью Советский патент 1993 года по МПК G01V1/40 

Предлагаемое изобретение относится к области акустических исследований подземных полостей, в частности для исследования подземных хранилищ, заполненных водой, рассолами, нефтью, нефтепродуктами, сжиженными, газами и другими жидкостями на этапах их строительства и эксплуатации.

Известные устройства для акустических измерений дальности в воде эхо-методом основаны на определении интервального времени tn распространения упругих колебаний между моментами излучения и приема ультразвукового импульса. По известной скорости распространения ультразвуковых колебаний в среде V, рассчитывают расстояние L от излучателя до

отражающей стенки. При этом используется зависимость

-tn

О)

XJ со о

i

Коэффициент 1/2 учитывает пробе ультразвуковым импульсом двойного рас стояния. Путем последовательного скани рования в горизонтальной плоскости ) дискретного смещения точки наблюдения по глубине получают набор сечений, по которым определяют форму и объем контролируемой полости.

Погрешность получаемых результатов зависит от точки определения L, а следовательно от ошибок, допускаемых при измерении 1И и взятого значения V, которое, в общем сдучае, отличается от реального (исел

00

тинного). Если измерение временного инер- вала Ти с высокой точностью, при использовании современных технических средств, осуществить достаточно легко, то выбрать значение скорости ультразвуковых колеба- ний в жидкости, с приемлемой точностью не представляется возможным. Скорость ультразвуковых колебаний в жидкости зависит от целого ряда факторов, включая температуру, давление и плотность среды. По этой причине в указанных устройствах скорость ультразвука в жидкости, заполняющей полость определяется по времени tK прохождения ультразвуковым импульсом фиксированного расстояния к между двумя акустическими преобразователями (или отражателями). При этом скорость ультразвуковых колебаний в жидкости, заполняющей полость определяется из соотношения

- .. :

v

(2)

Подставив полученное значение в. (1), находим25

./21к -

С к.

(3)

Указанный алгоритм решения задачи определения расстояния до отражающей стенки исследуемой полости используется в известных устройствах, предназначенных для этой цели.. -. . . - . ..

Импульсное зондирование стенок осуществляется путем излучения и приема от- раженных от стенок ультразвуковых сигналов электроакустическим преобразо

вателем, находящимся в скважинном зонде.

Здесь же находится блок азимутальной привязки и ряд других вспомогательных устройств. Регистрация отраженных сигналов производится путем фотографирования с экрана электронно-лучевой трубки (индика- тора кругового обзора), находящейся, в наземной части аппаратуры, Многократные измерения временных интервалов путем сканирования ультразвуковым лучом в гори

зонтальном сечении позволяют определить

полную конфигурацию полости на глубине расположения акустического преобразователя скважинного прибора. Последовательная фиксация размеров горизонтальных сечений на различных глубинах позволяет оценить форму и определить объем полости. Так как скорость распространения ультразвуковых колебаний на разных горизон- тах йёП ОСто я ннаГ то.в каждом сечении

0 5

0

5

0 5

0

5

0

5

полости производится ее измерение (редким калибровка). Для чего измеряют время пробега колебаний на фиксированном (калиброванном) расстоянии. По положению отметки от калибратора относительно масштабных колец, которые создаются путем подсвечивания масштабных меток времени производится коррекция развертки по длительности. По такой схеме выполнен ряд устройств аналогичного назначения. Так, например, известен скважинный гидрбло- катор, содержащий скважинный снаряд с калибровочным устройством, опускаемый на каротажном кабеле, наземную аппар ту- ру с усилителям и импульсов, блоком развертки дальности и индикатор кругового обзора на электронно-лучевой трубке с регистратором......

В качестве прототипа заявляемого устройства выбран скважинный геолокатор для определения конфигурации подземных камер, содержащий наземную регистрирующую аппаратуру, выключающую усилители импульсов, индикатрр обзора, блок развертки дальности и записи масштаба, фоторе- тйстратор и самописец с дискобой диаграммой, и скважинный снаряд, опускаемый на каротажном кабеле и включающий блок уплотнения, блок преобразования, блок управления, генератор ультразвуковых колебаний, коммутационное устройство, усилители, при этом в скважинном снаряде электроакустический преобразователь закреплен неподвижно относительно корпуса, а круговой обзор осуществлен с помощью наклонного вращающегося оура- жателя, связанного через многозубцовую магнитную муфту с двигателем обзора, на оси которого размещён чувствительный эле- мент Системы азимутальной привязки, принимающий через дифференциал направление вращения отражателя и передающий сигнал рассогласования на сл$дя- щую систему. Кроме того скважинный снаряд снабжен калибровочным устройством, включающим, например, акустически полупрозрачный отражатель, распрлоя ен- ный на фиксированном расстоянии Ьод дном снаряда, и систему поворота отра|жа- теля в момент калибровки .-

Указанное устройство обладает следующими недостатками: . .. . ;

з) В известном устройстве произвоДит- ся формирование и передача на поверхность временного интервала IK в виде прямоугольного импульса длительностью порядка 60 мксек. Изменение фронтов этого импульса вызванное наложением ujyiUo& при передаче его по каротажному кабелк|) на поверхность, в процессе измерения (прй использовании порогового устройства) приводит к погрешности, значение которой может достичь нескольких микросекунд, Аналогичная величина погрешности может быть обусловлена и изменением индуктивности кабеля при его размотке с барабана подъем- ника;

б) Погрешность измерения tK полностью входит в погрешность измерения дальности за счет операции деления WT.K, при этом следует отметить, что в большинстве случа- ев tn IK. To же самое происходит и при калибровке развертки когда по малому интервалу tK устанавливается развертка с длительностью значительно большей, чем эта величина;

в) при измерении скорости ультразвуковых колебаний в жидкости, заполняющей полость, требуется повторная калибровка масштабной сетки блока разверки. Так как этот момент не известен, то необходимо производить калибровку в каждом цикле измерения (в каждом сечении). Это увеличивает общее время получения профилограмм, усложняет работу оператора и может привести к ошибкам;

г) Недостаточная точность известных устройств при определении скорости ультразвуковых импульсов в жидкости, значительно усложняет задачу определения горизонта раздела двух жидких сред в исс- ледуемой полости и требует в большинстве случаев использования вычислительной техники;

д) В известном устройстве используется калибратор с фиксированным расстоянием между акустическим преобразователем и отражающей площадкой. В процессе эксплуатации может произойти изменение этого расстояния, что приведет к появлению систематической, трудно обнаруживаемой ошибки. Недостаточно и метрологическое обеспечение при эталонировке - проверяется интервал времени прохождения ультразвуковым импульсом фиксированного калиброванного расстояния. Так как вре- менной интервал одиночный и короткий, то его измерение с высокой точностью требует дорогостоящей аппаратуры и высокой квалификации оператора. Возникающая при этом погрешность войдет в последующее измерение дальности. Можно проводить эталонировку путем использования соосно расположенных труб разного диаметра, одна из которых внутренняя, короче внешней. Поверхность трубы меньшего диаметра им- митирует размер исследуемой скважины, а большего диаметра - стенку каверны, при этом возникают трудности для каждого но- минального размера скважины необходимо

отдельное эталонирово ное устройство. Линейные размеры скважины эталонировоч- ного устройства должны быть выдержаны с высокой точностью, аналогичные требования предъявляются и к центрированию скважинного прибора в процессе эталони- ровки. Расцентровка, нарушение соосности или цилиндричности труб приводят к систематическим ошибкам при проведении измерений.

Указанные недостатки метрологического обеспечения известных устройств затрудняют получение сопоставимых результатов при разных условиях исследований и использования разных образцов и отдельных экземпляров аппаратуры;

е) Техническая сложность указанных устройств;

ж) Трудоемкость обработки данных, затрудняющая получение экспресс-информации.

-Цель изобретения - повышение точности, оперативности и упрощения устройства. Для достижения указанных целей электронная схема известного скважинного зонда дополнительно содержит; первый и второй формирователи, триггер разрешения, схему окна разрешения, схему задержки, ждущего мультивибратора, схему окна управления, триггер-делитель, схему 1/1, при этом акустический преобразователь подключен на вход усилителя отраженных сигналов, а выход последнего соединен со входом первого формирователя, выход первого формирователя через схему окна управления подключен на установочный вход триггера разрешения, акустический приемник калибратора соединен со входом усилителя сигналов калибратора, выход последнего подключен на вход второго формирователя, выход второго формирователя через схему окна разрешения соединен с блоком возбуждения излучателя калибратора, а выход последнего подключен к акустическому излучателю калибратора, одновременно выход второго формирователя соединен с управляющим входом триггера-делителя, прямой выход триггера-делителя подключен на вход второго блока уплотнения, вход ждущего мультивибратора соединен с блоком управления, а выход с управляющим входом схемы окна управления, лрямой выход триггера разрешения подключен на управляющий вход схемы окна разрешения, а его инверсный выход подключен на один из входов схемы И, второй вход которой соединен с инверсным выходом триггера-делителя, выход схемы И подключен на управляющий вход триггера-делителя, установочный вход которого соединен с

блоком управления, вход схемы задержки также соединен с блоком управления, а выход схемы задержки одновременно подклю- чен на управляющие входы триггера-делителя и триггера разрешения, на входы блока возбуждения излучателя ка- либратора и блока возбуждения зондирующего сигнала, выход последнего соединен с акустическим преобразователем.

С целью повышения помехоустойчивости наземная регистрирующая аппаратура дополнительно содержит фильтр, третий и четвертый формирователи, счетчики дальности и времени с. индикаторами, второе окно разрешения, эталонный генератор, при этом вход фильтра подключён к выходу усилителя, а выход фильтра одновременно соединен с входами третьего и четвертого формирователей, выход третьего формирователя подключен на вход счетчика дальности с индикатором, выход четвертого формирователя соединен с управляющим входом второго окна разрешения и одновременно с блоком развертки дальности и масштабных меток и с индикатором кругового обзора; эталонный генератор через второе окно разрешения подключен на вход счетчика времени с индикатором. .,

С целью упрощения эталонироёки.акустичёский приемник калибратора закреп- лен на дисковом основании; соединяемом 6 защитным кожухом микрометрической резьбой, а сам диск удерживается фйк ат:of poiyi выполненным в виде; цйлиндричёбкйй|

гайки. - .../ : :. - ,: :1 7 :-: . .:. -. -П.

Проведённые патентные исследования и анализ технических решений позволяют сделать вывод, что совокупность существенных признаков заявляемого устройства яв- ляется новой. - - Ч - ; Л:.

.Указанныеi Отличия являютбя сущеет- венными, поскольку они вместе с й;звебтн1ы-; мй, составляют новую совбкупность признаков, обеспечивающих при исдрлйзо- ваний изобретения достижениеi полОЖ й- тёлШйЧэ эффекта. : ,,/ ,

На фиг. 1 приведена структуройа я схема предложенного устройства скважинного зонда на фиг.2 приведена структур яус%;Ма предложенного устройства наземной ре- гистрйрующей аппаратуры; на фиг.З , приведены эпюры йапря жений Злектрон- ной схемы а) екважинногр зонда; б) наземной регистрирующей аппаратуры; на фиг.4 схематически показана конструкция узла калибратбра с регулируемым рабстоянйем между;преобразШатеЛями. л , Ч - ;;

На фиг.1 показаны: ждущий мультивиб- ратор 1, схема окна управления 2, первый формирователь 3, усилитель 4 отраженных

сигналов, схема задержки 5, триггер рШре- шения 6, блок возбуждения 7 зондирующего сигнала, схема И 8, схема окна ния 9, блок возбуждения 10 излучатели ка- либратора, триггер-делитель 11, второй формирователь 12, усилитель 13 сигналов калибратора, блок управления 14, калиЬра- тор 15, акустический излучатель 16 калиЬра- тора, акустический приемник 17 калибратора, акустический преобразЬва- тель 18, вращающийся отражатель 19, Ьто- рой блок уплотнения 20, датчик угла 21, устройство сканирования 22 и привязки к магнитному меридиану. ,i

Акустический преобразователь 18 подключен на вход усилителя 4 отраженных сигналов, а выход последнего соединен со входом первого формирователя 3, выход первого формирователя 3 через схему о|кна управления 2 подключен на установочный вход триггера разрешения 6, Акустический приёмник 17 калибратора соединен со fexo- дом усилителя 13 сигналов калибратора,1 выход последнего подключен на вход второго формирователя 12, Выход второго формирователя 12 через схему окна разрешения 9 соединен с блоком 10 возбуждения излучателя калибратора, а выход последнего г|од- |кЛючен к акустическому излучателю1 16 калибратора. Выход второго формировфте- ля 12 одновременно соединён с управл|яю- щим входом триггера-делителя 11. Прямой выход триггера-делителя 11 подключен на вход второго блокаГ уплотнения 20. Вход ждущего мультивибратора 1, соединен с блоком управления 14, а выход с управлйю- щим входом схемьГокна управления 2. Прямой выход тригг ёр а разрешения; 6, подключён на управляющий вход схемы {окна разрешения 9, а его инверсный выход под к лючён ни один из входов схемы И) 8, второй вход которой сй ёдинен с инверсйым выхбДо м трйггера-йелйтеля 11. Выход clxe- мы И 8, под Ключе и на уп равл я ющий трйг гё р й-дёл итёлй 11; .вход схемы за дер ки 5 йоёдйнен с блоком управления 14, а ее выход Одновременно через з амкнутые KJDH- такты а, б подключён на управляющие входы тр йггёра-делитёля 1 Ги триггера раз- реШенйя, а также на входы блока возбуждения излучателя калибратбра 10 и блока возбуждения зондирующего сигнала 7. Е;ы- хОД блока возбуждения зондирующего c/tr- нала 7 соединен с акустическим преобразователем .18, Установочный триггера-делителя 11, подключен к блоку управления 14. Устройство сканирования 2Ј и прШязк й к магнитному, меридиану, соединено с вращающимся отражателем 19.и с датчиком угла 21. Датчик угла 21 соедифн

со вторым блоком уплотнения 20, К последнему подключен и блок управления 14. К выходу второго блока уплотнения 20 подключен каротажный кабель.

На фиг.2 показаны: первый блок уплотнения 23, усилитель 24, фильтр 25, третий формирователь 26, четвертый формирователь 27, счетчик дальности 28, счетчик времени 29, индикатор 30 счетчика дальности, индикатор 31 счетчика времени, второе ок но разрешения 32, эталонный генератор 33, блок развертки 34 дальности и масштабных меток, индикатор 35 кругового обзора, следящая система 36 азимутальной привязки. На вход первого блока уплотнения 23 подключен каротажный кабель, а выход первого блока уплотнения 23, одновременно соединен со следящей системой азимутальной привязки 36 и с усилителем 24. Выход усилителя 24 подключен на вход фильтра 25, а выход последнего одновременно соединен со входами третьего формирователя 26 и четвертого формирователя 27. Выход третьего формирователя 26 подключён к счетчику дальности 28 с индикатором 30 счетчика дальности. Выход счетчикадальности 28 соединен с блоком развертки дальности и масштабных меток 34. Выход четвертого формирователя 27 одновременно подключен на управляющий вход второго окна разрешения 32, на блок развертки 34 дальности и масштабных меток, на индикатор 35 кругового обзора. На вход второго окна разрешения 32 подключен эталонный генератор 33, а выход второго окна разрешения 32 соединен со счетчиком времени 29, с индикатором 31 счетчика времени. Выход первого блока уплотнения 23 подключен к це(1и обнуления счетчиков, к блоку развертки дальности и масштабных меток 34 и к следящей системе азимутальной привязки 36, последняя соединяется с индикатором кругового обзора 35..

Алгоритм определения расстояния до стенки полости и значения скорости пробега ультразвукового импульса в жидкости, заложенный в функциональную схему устройства заключается в следующем. Осуществляется формирование импульсной последовательности сигналов интервал между которыми равен времени tK прохождения ультразвуком фиксированного расстояния IK между двумя преобразователями, установленными в жидкости, заполняющей полость:

V

Так как начало цикла импульсной последовательности совпадаете моментом посылки зондирующего сигнала, а конец с приходом отраженного от стенки полости сигнала, то в течение этого времени сформируется N интервалов т.к. Следовательно N t«

N 1К

-п- tn с точностью до одного интервала tK. Подставив полученное значение tn в ранее приведенное выражение (1), находим

I -

N U V N 1К 2V 2

(4)

Искомое расстояние от сканирующего преобразователя до стенки исследуемой полости равно числу пробегов ультразвуковым импульсом фиксированного расстояния между двумя преобразователями деленному на два. Операция деления импульсной последовательности легко осуществляется при помощи делителя на два. Полученные после деления сигналы типа меандр подаются по кабелю на поверхность в устройство измерения дальнбсти и времени. При помощи ёчётчшаf подсчитывается число пё- рёпадов; эт6го напряжения и полученная сумма в масштабе 1к равна искомой дальности L. Одновременно этот сигнал используется для формирования временного промежутка, который, как уже отмечалось, с небольшой погрешностью равен tM. Чис лен- ное значение его Дпительнбсти определяет- ся при помощи аналогичного счетчика на

который подаются в течении указанного времени стандартные импульсы от эталонного генератора. Так как необходимо определить время прохождения сигнала от сканирующего излучателя до стенки равное

tn/2, то частоту стандартных импульсов с периодом Т перед подачей на счетчик делят на два. Суммарное число стандартных импульсов, зарегистрированное счетчиком, численно равное времени W2 в масштабе

времени Т. Очевидно, можно взять частоту стандартных сигналов в два раза ниже и получить тот же результат.

3 ксплуата ция п редложе н но го устройства происходит следующим образом, Скважинный зонд «подсоединяется к каротажному кабелю и опускается в скважину на требуемую глубину. Включается питание. Импульсы синхронизации от блока управления 14 подаются: на установочный

вход триггера-делителя .11, на вход схемы задержки 5, на вход ждущего мультивибратора 1 и второй блок уплотнения 20. Задержанный импульс с выхода схемы задержки 5, через замкнутые клеммы а и б подается на управляющий вход триггера-делителя 11 и опрокидывает его, тем самым формируя первый положительный перепад на его выходе, задержанный импульс одновременно подается в блок возбуждения 7 зондирующего бигнала и запускает его. Происходит посылка зондирующего импульса в исследуемую полость. Одновременно стандартный импульс с выхода схемы задержки 5 подается в блок возбуждения 10 излучателя калибратора и вызывает его срабатывание. Акустический излучатель 16 калибратора возбуждает ультразвуковой импульс, распространяющийся в камере калибратора15, при Зтйм момент его излучения совпадает с посылкой зондирующего сигнала. Им- пульс схемы задержки 5, одновременно подается на триггер разрешения 6 и взводит его. Тем самым открывается схема окна разрешения 9. Ультразвуковой импульс, прошедший расстояние IK, попадает на аку- стический приемник 17 калибратора и преобразуется последним в электрический сигнал, который усиливается усилителем 13 сигналов калибратора. Усил&нн.ый сигнал преобразуется (формируется) вторым фор- мйроватёлем 12 в стандартный сигнал (по длительности и амплитуде), который через открытую схему окна разрешения 9 поступает на повторный запуск блока акустического излучателе 10 калибратора. Одновременно стандартный импульс второго формирователя 12 поступает на вход Триггера-делителя 11 и опрокидывает его.: Происходит процесс формирования импульсной последовательности меандра интервал между которыми равен времени {к и одновременно указанная последовательность делится на два триггером-делителем 11. Выходной сигнал триггера-делителя 11 в виде напряжения типа меандр через вто- рой блок уплотнения 20 подается по кабелю в наземную регистрирующую аппаратуру. В момент прихода отражённого ультразвукового импульса на акустический преобразователь 18 возникает электрический сигнал. После его усиления в усилителе отраженных сигналов 4, указанный сигнал формируется в первом формирователе 3 в стандартный сигнал. Через открытую схему окна управления 2, стандартный сигнал опрокидывает триггер разрешения б и тем самым закрывает схему окна разрешения 9. Происходит прекращение п бвтфхого запуска блока акустического излучателя калибратора 10, прекращается формиробанйе импульсной последовательности, и тем самым прекращается формирование меандра. Назначение ждущего мультивибратора 1 - исключить опрокидывание триггера разрешения 6 за счет паразитного импульса, вс з- никающего в момент излучения зондируо- щего сигнала, Это достигается следующим образом. В момент подачи синхронизирующего импульса на вход схемы задержки 5 этим же импульсом запускается ждущий мультивибратор 1, его выходной сигнал Закрывает схему окна управления 2. Так к|ак длительность выходного сигнала ждущего мультивибратора 1 выбирается большей суммарного времени задержки и длительйо- стй зондирующего сигнала, то тем исключается срабатывание триггера разрешения 6.

Как отмечалось ранее, при проведении измерений выполняется условие к « L и 1к to, следовательно формирование r/ie- андра необходимо выполнить с соблюдением условия по измерению дальности и времени с погрешностью, не превышающей величины масштабных единиц к и tK. Предложенной, схемой эта задача реализуется. Так как начало меандра совпадает с IJIM- пульсрм запуска, то счетчик дальности должен срабатывать по положительному перепаду, совпадающим с четными импульсами калибратора. Если зондирующий Сигнал пришел после четного импулцса калибратора, то положительный переп ад, совпадающий с четным импульсом будет просуммирован счетчиком, а следующий импульс калибратора - нечетный сформированный от этого четного .импульса перебЬо- Сйт выход триггера-делителя в нуль. При этом погрешность измерения дальноЬти оказывается со знаком плюс, но не боЬе е значения IK, а времени при измерении длительности меандра, по заднему фронту-по- следнего импульса имеет значение - минус, но не более tK. Приход зондирующего UM- пульса после Нечетного приводит к следующему; в момент опрокидывания триггера разрешения 6 С учетом потенциала инверсного выхода триггера-делителя 11, к кйто- рым подключены выходы схемы И - 8| на выходе этой схемы появится импульс, кфто- рый и перебросит прямой выход тригг

делителя 1.1 на высокий потенциал и z положительный перепад будет зафикс /

ра- тот

Р°- ван Счётчиком дальности. Импульс калибраfбра от предыдущёгс запуска устанOIBHT триггер-делитель в нуль. Цикл закончен/Измерение дальности и времени выполняется с той же погрешностью, что и в предыдущем случае, при этом знак погрешности минус, как при измерении дальности, так и ни. Как уже отмечалось, перед началом ик- ла измерения импульс синхронизации от блока управления 14, поданный на вочный вход триггера-делителя 11 обеспечйвает формирование меандра с положительного перепада.

Устройство сканирования 22 и привязки к магнитному меридиану обеспечивает при помощи вращающегося отражателя 19 сканирование ультразвуковыми импульсами в горизонтальном сечении отражающих границ исследуемой полости. Информация об угловом положении вращающегося отражателя, относительно магнитного меридиана, через датчик угла 21 и второй блок уплотнения 20 по кабелю подается в наземную регистрирующую аппаратуру, на первый блок уплотнения 23, а с его выхода на следящую систему азимутальной привязки 36. Двигатель следящей системы соответственно поворачивает на требуемый угол отклоняющую катушку индикатора кругового обзора 35, тем самым обеспечивается отображение процесса сканирования на экране электронно-лучевой трубки.

На первый блок уплотнения 23 с блока управления скважинного зонда 14 в каждом цикле измерения приходит импульс синхронизации. Этим импульсом производится обнуление счетчиков 28, 29 дальности и времени и дается разрешение на запуск блока развертки 34 дальности и масштабных меток. Сигнал типа меандр с первого блока уплотнения 23 поступает на усилитель 24. Усиленный-сигнал с выхода усилителя 24 подается на полосовой фильтр 25, а после него одновременно на третий 26 и четвертый 27 формирователи. Третий формирователь 26 восстанавливает меандр и при этом увеличивает крутизну фронтов. Сигнал с выхода формирователя 26 подается на счетчик дальности 28, где производится суммирование числа положительных перепадов меандра. Полученное значение соответствует измеренной дальности в масштабе 1К, которое высвечивается на табло индикатора дальности 30. Четвертый формирователь 27 преобразует сигнал типа меандр в прямоугольный импульс с длительностью равной длине меандра. Передний фронт этрго импульса, после его дифференцирования поступает в блок развертки дальности и масштабных меток 34и производит запуск развертки. Задний фронт прямоугольного импульса после дифференцирования поступает в индикатор 35 кругового.обзора для отметки положения отражающей границы. Одновременно прямоугольный импульс с выхода четвертого формирователя 27 подается на второе окно разрешения 32 и открывает его. Стандартные импульсы от эталонного генератора 33 с периодом 2Т подаются через второе окно разрешения 32 на счетчик времени 29. Количество импульсов подсчитанное счетчиком 29 в масштабе Т укажет время распространения ультразвукового импульса от сканирующего преобразователя до стенки камеры tn/2. Величина измеренного времен5 ного интервала высвечивается на табло индикатора 31 счетчика времени, одновременно измеренные значения дальности L и времени т.и/2 заносятся в память для последующей обработки и, при необхо0 димости выводятся на цифропечать для документирования и оперативной обработки, а также; через интерфейс в ЭВМ, Счетные импульсы счетчика дальности 28 подаются в блок развертки 34 дальности и масштабных

5 меток для формирования масштабных меток кратных выбранному интервалу. Так, например, на выходе первой декады счетчика дальности, мы получим последовательность импульсов соответствующих одному метру,

0 двум метрам и т.д. (при (к 0,1 м), Выход второй декады даст масштаб, кратный десяти метрам. Следует отметить, используя счетчик времени аналогично можно получить временные масштабные метки крат5 ные единицам Т, десяткам Т и т.д.

На фиг,4 показана конструкция узла ка- либратора: защитный кожух 37, ограждающий центратор 38, соединительный кабель

0 39, приемный акустический преобразователь 40, диск 41 с микрометрической резьбой, цилиндрическая гайка-фиксатор 42, конусный наконечник 43.

Как видно из приведенной конструкции

5 на диске 41 с микрометрической резьбой установлен приемный акустический преобразователь 40, к которому подсоединен соединительный кабель 39, ограждающий центратор 38 удерживает на своей поверх0 ности соединительный кабель 39 и исключает его попадание на участок прохождения ультразвукового импульсаг при распространении последнего от излучателя до приемника калйбратора. Как отмечалось выше,

5 диск 41 с микрометрической резьбой, при помощи которой соединяется с защитным кожухом 37 имеет на наружной стороне выступ, при помощи которого можно вращать диск, и следовательно перемещать его в сто0 рону излучателя (по чертежу вверх) или от излучателя (по чертежу вниз). При этом цилиндрическая гайка (фиксатор) 42 должна быть отвернута, Указанные операции могут

быть выполнены только после того, как бу5 дет вывернут наконечник 43, закрывающий отсек калйбратора снизу. Следует отметить, что намотка соединительного кабеля 39 выполнена б.ез натяжения с учетом максимально возможного смещения диска.

Алгоритм эталонировки акустического гфофилёмера заключается в следующем. Перед началом и после проведения измере- ний акустические преобразователи калибратора с фиксированными расстояниями IK между ними помещают в сосуд с жидкостью с известной скоростью распространения ультразвуковых колебаний, при заданной температуре и стандартном атмосферном давлении, поддерживают заданную.темпе- ратуру и учитывают отклонение от стандартного атмосферного давления, формируют эталонные интервалы времени с длительностью tg, равной максимальному значёни ю tw, сигналом, совпадающим с началом ts, опрё- деляют начало цикла многократного фо рмйрования импульсов, и и тёр вал , ме.жду которыми равен времени ti прохождения

-ультразвуковым и мпульсом фйксйрованнОго расстояния к между дв у;мя:г|рербразова-

:тёлями 1 а сигналом , собТёётствующим концу интервала т.з прёкращаютуказанный цикл, пб/ прказ анй ям счётчиков дальности и времени, путем повторных измерений, если необходимо, йзмёняют расстояние 1к до.тре-

..буёмдгЬ /пр й этом показа нйй счетчика вре- мени с допустимым /отклонением должны соотйёТстврвать значению ts /2, а отноше:нйе показаний счетчиков дальности1 и.вре- мени, известной скорости распространения ультразвуковых.колебаний в жидкости; заполняющёйсосуд. :::; ;;:-.::;. .:...:;0 .. . . ..;

Эталбнировка аппаратуры осущ ёствл яется следующим образом; Нижняя часть

сква жй н.но.го зонда, где размещается калиб- ратрр с предварительно вывернутым4конус- ным наконечником 43 и отв:ерн:у:той цилиндрической гайкой (фиксатором) 42 (фиг.4), помещают в сосуд с жидкостью, ско- - р ость-распространений ультразвуковых колебаний в которой, .известна. При ЗТОМ в сосуде поддерживается требуемаятемпера- тура и учитывается реальное атмосферное давление. От внешнего устройства форми- рования эталойногр интервала времени t3 Запускаемого импульсом с выхода схемы за- держки 5 клемма а (фиг.1) и сформирбван- ным стандартным -- импульсом, соответствующим началу эталонного интер- вала времени t9, который подается на клём- ,, осуществляется перевод схему в режим измерения. Перед эталонтлровкой клеммы а и б размыкаются. Вторым стандартный импульсом от внешнего гене- ратора, соответствующим концу эталонного интервала времени т.э подаваемого на клемму в, которая соединена с входом первого формирователя 3, измерение прекращается.; . .; --;---:-;- ; . .,.: - . :- :

По показаниям табло индикатора времени 31 (фиг.2) определяют необходимость подстройки эталонного генератора. Если значение времени полученное на табло

t э

t -у- , то частоту эталонного генератора необходимо повысить и наоборот, есл и

t я - ;

t 2 . то понизить. Путем последов - тельной подстройки добиваются равенства

t -is. . : .

.2 -.. ; . . :.. . ;

. Этал5н йройка тракта измерения даль- ноЬти производится на основании расчетнЬ- го значения, Пусть, например, используется жидкость со скоростью распространения упругих колебаний 1500 м/с, при выбрай- ном значении 100 мс звуковой импульс пробежит 150 метров, а с учетом коэффициента 1/2-75 метров. При этом на табЛо времени должно высветиться значение t

-7Г -гг 50 мс, а на табло индикатора

Ј. Ј. .... ,,;.... : . ,/.. ..../ .. . . . ,

дально.сти 75 метров. Если окажется; ч|о L 75 метроё, то необходимо уменьшить разовое расстояние, что достигается приближением диска к излучателю калибратора, В случае L 75 м, то диск удаляют 6т излун а- теля в ту или иную сторону, путем последовательных приближений добиваютйя равенства L 75 м. . . . . ;

Отношение показаний дальности и времени при этом должно соответствовать зйа- чению скОросТй ультразвуковых колебаний в жидкдсти, с учетом допускаемых отклойе- ний. После окончания этал онировки,.за4о- рачйв-ается. Цилиндрическая гайка (фиксатор) 42 и конусный наконечник 48 (фиг.4). Перед началом рабочих измерений клеммы а и б () перемыкаются, j .

Предпзгаемое устройство обладает crte- дующими техническими преимуществами перед прототипом..: -. :... ..

В каждом цикле измерения скважиннйй зонд формирует цуг напрйжений типа л)|е- андр, число перепадов которого соответЬт- вует расстоянию от сканирующего излучателя до отражающей стенки, а го длительность - времени пробега ультразвуковым импульсом указанного расстояния. Иными словами в одн;0м и том же сигнале заложена информация о времени и paccjro- яиии, и не требуется, как в прототипе, измерения времени пробегаульТразвукоЬо- го импульса передавать временной вал калибратора. Измерение дальности г|ри использовании устройства производится в реальном масштабе времени, без дополнительных преобразований и расчетов путчем

простой индикации числовых значений, что повышает оперативность получения информации и упрощает работу оператора.

Повышается точность измерений. В предложенном устройстве при измерении дальности определяется только число перепадов меандра, что исключает измерение коротких интервалов времени, как это производится в прототипе. И тем самым исклю- чается погрешность в определении дальности связанные с изменением фронтов этих импульсов за счет помех или других факторов,

С помощью предложенного устройства, по одновременным показаниям счетчиков дальности и времени легко определить границу раздела жидкостей - показания счетчика дальности остаются без изменения при резком изменении времени пробега ультразвукового импульса, что повышает техниче- ские возможности аппаратуры.

Повышается помехоустойчивость, как за счет понижения частоты измеренного сигнала при делении последовательности на два, что приводит к улучшению условий передачи сигнала по кабельному каналу связи, имеющему ограниченную верхнюю частоту пропускания, так и за счет использования полосового фильтра в наземной регистрирующей аппаратуре. Калибровка развертки осуществляется импульсом счета счетчика дальности по всей длине развертки с одной и той же точностью. При этом не требуется вмешательство оператора,

Эталонировка аппаратуры осуществля- ется путем установки калибратора в сосуд с жидкостью, скорость распространения ультразвуковых колебаний в которой заранее известна. Регулировка положения акустического приемника калибратора осуществля- ется по показаниям счетчиков времени и дальности. Операция легко осуществима и позволяет при эксплуатации получать сопоставимые материалы независимо от условий проведения измерений и используемой аппаратуры..

Следует отметить упрощение предложенной аппаратуры по сравнению с прототипом, что облегчает обслуживание.

.Формула изобретен и я

1, Акустический профилемер подземных полостей, заполненных жидкостью, содержащий наземную регистрирующую аппаратуру с первым блоком уплотнения, усилителем, блоком развертки дальности и масштабных меток, индикатором кругового обзора, следящей системой азимутальной привязки, фоторегистратором, самописцем с дисковой диаграммой и скважинный зонд, соединенный с наземной регистрирующей

аппаратурой каротажным кабелем и включающий защитный кожух, второй блок уплотнения, блок управления, устройство сканирования с привязкой к магнитному меридиану, датчик угла, вращающийся отражатель, акустический преобразователь, блок возбуждения зондирующего сигнала, усилитель отраженных сигналов, калибра- тор с акустическим излучателем и приемником, блок возбуждения излучателя калибратора и усилитель сигналов калибра- тора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, оперативности и упрощения профилемера, а также его помехоустойчивости, скважинный зонд дополнительно содержит первый и второй формирователи, триггер разрешения, схему окна разрешения, схему задержки, ждущий мультивибратор, схему окна управления, триггер-делитель, схему И, при этом акустический преобразователь подключен на вход усилителя отраженных сигналов, а выход последнего соединен с входом первого формирователя, выход первого формирователя через схему окна управления подключён на. установочный вход триггера разрешения, акустический приемник калибратора соединен с входом усилителя сигналов калибратора, выход последнего подключен на вход второго формирователя, выход второго формирователя через схему окна разрешения соединен с блоком возбуждения излучателя калибратора, а выход последнего подключен к акустическому излучателю калибратора, одновременно выход второго формирователя соединен с управляющим входом триггера-делителя, прямой выход триггера-делителя подключен к входу второго блока уплотнения, вход ждущего мультивибратора соединен с блоком управления, а выход- с управляющим входом схемы окна управления, прямой выход триггера разрешения подключен на управляющий вход схемы окна разрешения, а его инверсный выход подключен на один из входов схемы И, второй вход которой соединен с инверсным выходом триггера-делителя, выход схемы И подключен на управляющий вход триггера-делителя, установочный вход которого соединен с блоком управления, вход схемы задержки также соединен с блоком управления, а выход схемы задержки одновременно подключен на управляющие входы триггера-делителя и триггера разрешения, на входы блока возбуждения излучателя калибратора и блока возбуждения зондирующего сигнала, а выход послед- него соединен с акустическим преобразователем, при этом наземная регистрирующая аппаратура дополнительно содержит фильтр, третий и четвертый формирователи, счетчики дальности и времени с индикаторами, вторсГё окно разрешения, эталонный генератор, при этом вход фильтра подключен к выходу усилителя, а выход фильтра одновременно соединен с входами третьего и четвертого формирователей, выход третьего формирователя подключен на входСчетчика дальности с индикатором, выход четвертого формирователя соединен с управляющим входом второго окна разрешения и одновременно с блоком развертки

дальности и масштабных меток и с индикатором кругового обзора, эталонный генера-; тор через второе окно разрешения; подключен на вход счетчика времени с индикатором,

2. Профилемер по п.1, о т л и ч а ю щ и й- ся тем, что, с целью упрощения эталониров- ки, акустический приемник калибратора снабжен фиксатором и закреплён на дисковомосновании, соединенном с защитным: кожухом микрометрической резьбой.

Использование: в области акустических исследований полостей при изучении подземных хранилищ, заполненных водой, рассолами, нефтью и другими жидкостями. Сущность изобретения: Скважинный зонд профилемера содержит схемные устройства, формирующие для передачи в наземную регистрирующую аппаратуру цуг напряжений типа меандр, число перепадов которого соответствует расстоянию от сканирующего излучателя до отражающей стенки полости, в масштабе базы крлибра- тора, а его длительность - времени пробега ультразвуковым импульсом указанного расстояния. На зонде укреплен калибратор, расстояние между излучателем и приемником которого можно подтралевать с помощью микрометронной гайки-фиксатора. Помехоустойчивость устройства повышена за счет применения полосового фильтра s наземной аппаратуре и понижения частоты информационного сигнала, передаваемого по кабелю. 1 з.п. ф-лы,.4 ил, ел

. Фиг.1

fci.V