Аппаратура акустического каротажа Советский патент 1993 года по МПК G01V1/40 

лэх двух смещений в сторону синхроимпульсов сформированных окон, блок выборки среднего, наиболее вероятного, приращения времени между двумя соседними циклами измерений, блок суммирования, блок оцифровки выходного сигнала, цифроана- логовый преобразователь (ЦАП), блок определения интервального времени, два блока определения амплитудных параметров, блок определения коэффициента затухания, блок определения спектральных характеристик сигнала, блок визуального контроля и фоторезистор. Однако эта аппаратура характеризуется сложностью схемного реше- ния. Это снижает надежность и эффективность работы аппаратуры, особенно в полевых условиях.

Наиболее близкой по техническому решению к предлагаемой аппаратуре является устройство акустического каротажа, содержащее скважинный прибор и наземную панель, включающую устройство поиска и выделения синхроимпульсов, усилитель, коммутирующий триггер, амплитудный дискриминатор, амплитудный блок, измеритель разности временных интервалов, два аналоговых преобразователей, фоторегистратор и два канала обработки временных параметров акустического сигнала, каждый из которых содержит три ло- гических элемента и, два триггера, два токозадающих резистора, управляемый электронный ключ, усилитель постоянного тока, запоминающий конденсатор, генератор линейно-нарастающего напряжения, компаратор, два одновибратора, логический элемент ИЛИ и логический элемент И-НЕ, при этом скважинный прибор соединен каротажным кабелем с входом устройства поиска и выделения синхроимпульсов, усилителя и амплитудного блока, выход устройства поиска и выделения синхроимпульсов соединен с входом коммутирующего триггера, выход усилителя подключен ко входу амплитудного дискриминатора, вы- ход амплитудного блока соединен с фоторе- гистратором, выход амплитудного дискриминатора соединен с первыми входами двух каналов Обработки временных параметров акустического сигнала, вторые входы которых соединены с разноименными выходами коммутирующего триггера, при этом первый вход одного из каналов обработки временных параметров акустического сигнала соединен с первым входом первого логического элемента И, а второй вход одного из каналов обработки времен- ных параметров акустического сигнала соединен с входом генератора линейно нарастающего напряжения, с первым входом логического элемента ИЛИ и с счетным входом второго триггера, выход первого логического элемента И соединен с счетным входом первого триггера, выход которого соединен с вторым входом логического элемента И-НЕ с первым входом третьего логического элемента И, R - вход первого триггера соединен с выходом логического элемента ИЛИ, выход второго одновибратора соединен с первым входом логического элемента И-НЕ, а выход последнего соединен с R - входом второго триггера, инвертирующий вход усилителя постоянного тока подключен к одному из полюсов запоминающего конденсатора к первому выводу то- козадающего резистора и к переднему выводу переменного токозадающего резистора и к переднему выводу переменного токозадающего резистора, первый вывод которого соединен с неинвертирующим входом усилителя постоянного тока и с общей шиной питания, а второй вывод переменного токозадэющего резистора соединен с плюсовой шиной питания и с первым контактом управляемого электронного ключа, второй контакт которого соединен с вторым выводом токозадающего резистора, выход усилителя постоянного тока соединен с вторым полюсом запоминающего конденсатора и с инвертирующим входом компаратора, а неинвертирующий вход компаратора соединен с выходом генератора линейно-нарастающего напряжения, выход которого соединен с вторым входом второго логиче- ского элемента И, с вторым входом логического элемента ИЛИ и с входом первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом второго логического элемента И, а выход последнего соединен с входом второго одновибратора и с вторым входом третьего логического элемента И, выход которого соединен с входом управления управляемого электронного ключа, выход второго триггера соединен с выходом канала обработки временных параметров акустического сигнала, а выходы двух каналов обработки временных параметров акустических сигналов соединены с входами аналоговых преобразователей и с разноименными входами измерителя разности временных интервалов, а выходы аналоговых преобразователей и измерителя разности временных интервалов соединены с входами фоторегистратора. Однако это устройство акустического каротажа имеет следующий существенный недостаток, который заключается в том, что в случае неудачного отбора первого вступления продольной волны, обусловленного сбоями аппаратуры при наличии шумов или резким изменением

скорости распространения упругих колебаний на границах каверн или тонких пластов породы, данная система не может автоматически выделить первое вступление продольной волны. В результате происходит ложное срабатывание аппаратуры, что снижает точность и достоверность изменений времен- ных и амплитудных параметров акустического сигнала.

Цель изобретения - повышение точно- сти измерения временных и амплитудных параметров акустического сигнала за счет исключения ложной информации при сбоях аппаратуры.

На фиг.1 показана функциональная схе- ма аппаратуры; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу заявляемой аппаратуры.

Аппаратура содержит скважинный прибор 1, каротажный кабель 2, блок управле- ния 3, генератор 4, образцовый сигнал, два канала 5 и 6 обработки временных параметров акустического сигнала, логический элемент И 7, первый триггер 8, коммутирующий триггер 9, общую шину пи- тания 10, переменный токозадающий резистор 11, токозадающий резистор 12, управляемый электронный ключ 13, положительную шину питания 14, запоминающий конденсатор 15, усилитель постоянного то- ка 16, генератор 17 линейно-нарастающего напряжения, компаратор 18 одновибратор 19, логический элемент ИЛИ 20, второй логический элемент И 21, одновибратор 22, третий логический элемент И 23, первый логический элемент И-НЕ 24, четвертый логический элемент И 25, второй, третий и четвертый логические элементы И-НЕ 26, 27 и 28, счетчик импульсов 29, триггер 30, аналоговый преобразователь 31, измеритель разности временных каналов 32, аналоговый преобразователь 33, амплитудный блок 34 и фоторегистратор 35. Скважинный прибор 1 соединен каротажным кабелем 2 с одним из входом блока управления 3, вто- рой вход которого подключен к выходу генератора и образцового сигнала. В ыход блока управления 3 соединен с первым и вторым входами двух идентичных каналов 5, 6 обработки временных параметров акустического сигнала и с третьим входом амплитудного блока 34. При этом счетный вход коммутирующего триггера 9 соединен с вторым входом каналов 5, 6 обработки временных параметров акустического сигнала, первый вход которого соединен с вторым входом логического элемента И 7. Выход логического элемента И 7 соединен с счетным входом триггера 8, выход которого соединен с первым входом логического элемента И 7 с вторым входом логического элемента И 23; с первым входом логического элемента И 25 и с первыми входами логических элементов И-НЕ 24,26,27, R - вход триггера 8 соединен с выходом логического элемента ИЛИ 20. Выход коммутирующего триггера 9 соединен с входом генератора 17 линейно-нарастающего напряжения, с вторым входом логического элемента ИЛИ 20 и счетным входом триггера 30. Первый вывод переменного токозадающего резистора 11 соединен с общей шиной питания 10 и с неинвертирующим входом усилителя постоянного тока 16, а средний выход переменного токозадающего резистора 11 соединен с первым выводом токозадающего резистора 12, с одним из полюсов запоминающего конденсатора 15, с инвертирующим входом усилителя постоянного тока 16 и с выходом счетчика импульсов 29. Второй вывод переменного токозэдающего резистора 11 и второй контакт управляемого электронного ключа 13 соединены с положительной шиной питания 14. Второй вывод токозадающего резистора 12 соединен с первым контактом электронного управляемого ключа 13, управляемый вход которого соединен с выходом логического элемента 23. Второй полюс запоминающего конденсатора 15 соединен с выходом усилителя постоянного тока 16 и с инвертирующим входом компаратора 18. Неинвертирующий вход компаратора 18 соединен с выходом генератора 17 линейно-нарастающего напряжения. Выход компаратора 18 соединен с входом од- новибратора 19 и с первыми входами логического элемента ИЛИ 20 и логического элемента И 21. Выход одновибратора 19 соединен с вторым входом логического элемента И 21 и с вторым входом логического, элемента И 21 и с вторым входом логического элемента И-НЕ 26. Выход логического элемента И 21 соединен с первым входом логического элемента И 23 и с входом одно- вибратора 22, выход которого соединен с вторыми входами логических элементов И- НЁ 24, 27 с вторым входом логического элемента И 25. Выход логического элемента И-НЕ 27 соединен с вторым входом логического элемента И-НЕ 28, выход которого соединен с R - входом триггера 30. Выход логического элемента И-НЕ 24 соединен с выходом логического элемента И 25, с первым входом логического элемента И-НЕ 28 и с R - входом счетчика импульсов 29, счетный вход которого соединен с выходом логического элемента И-НЕ 26. Выход триггера 30 соединен с выходом канала 5/6/ обработки временных параметров акустического сигнала. Вход аналогового преобрззователя 31 и первые входы измерителя разности временных интервалов 32 и амплитудного блока 34 подсоединены к выходу канала обработки временных параметров акустического сигнала 5. Вход аналогового преобразователя 33 и вторые входы измерителя разности временных интервалов 32 и амплитудного блока 34 подсоединены к выходу канала обработки, временных параметров 6, Выходы аналоговых преобразователей 31 и 33,выход измерителя разности временных интервалов 32 и выход амплитудного блока 34 соединен с входами фоторегистратора 35.

Излучатели И 1 и И 2 скважинного прибора 1 поочередно генерируют в окружающую скважинный прибор 1 среду импульсы упругих колебаний, которые возбуждены в околоскважинном пространстве серии разнообразных волн, воспринимаемые приемником П. Электрические колебания с выхода приемника П, пройдя усилительный тракт, поступают по каротажному кабелю 2 в наземную измерительную панель, блок управления 3 управляет работой скважинного прибора, а также зависимости от установки режима работы аппаратуры, принимает сигнал скважинного прибора 1 (фйг.2, эпюра) или имитирующий его сигнал генератора 4 образцового сигнала, который используется при калибровке измерительной панели. В блоке 3 формируются синхроимпульсы (фиг.2, эпюра 37), соответствующие моментам срабатывания излучателей И 1 и И 2 скважинного прибора 1, и серия прямоугольных импульсов (фиг.2, эпюра 38), соответствующихположительнымполупериодом сигнала приемника П скважинного прибора 1, прошедших через пороговое устройство (дискриминатор), С выхода блока управления 3 синхроимпульсы и импульсы дискриминатора распределяются по каналам 5 и 6, а сигналы приемника П скважинного прибора 1 после фильтрации поступают в амплитудный блок 34. Каналы 5 и 6 формирования временных интервалов ГТР и г 2р распространения упругих колебаний на каждой из баз акустического зонда устранены и работают совершенно одинаково. Различие состоит лишь в подаче синхроимпульсов с выхода блока управления 3 на вход коммутирующего триггера 9 так, чтобы в канале 5 формировались временные интервалы rip распространения упругих колебаний на ближней базе акустического зонда, а в канале 6 формировались временные интервалы Т2р распространения упругих колебаний на дальней базе акустического зонда. Поэтому в описании

принципа работы наземной измерительной

панели рассматривается только один канал

формирования временных интервалов Ир.

Синхроимпульсы (фиг.2. эпюра 37), с выхода блока управления 3 поступают на вход коммутирующего триггера 9. На выходе последнего формируется коммутирующее напряжение (фиг.2, эпюра 39), которое устанавливает канал 5 в режиме работы

формирования временных интервалов Пр. Серия прямоугольных импульсов (фиг,2, эпюра 38) с выхода блока управления 3 поступает на один из входов логического элемента И 7, который вместе с триггером 8

образуют формирователь временных интервалов т 1Р первого приближения. На R - вход триггера 8 подаются импульсы следящей блокировки за первым вступлением продольной волны упругих колебаний, зарегистрированных приемником Л акустического зонда 1. Импульсы следящей блокировки (фиг.2, эпюра 40) формируются на выходе логического элемента ИЛИ 20 под воздействием на его входы импульсов триггера 9 (фиг.2, эпюра 40) формируются на выходе логического элемента ИЛИ 20 под воздействием на его входы импульсов триггера 9 (фиг.2, эпюра 39) и импульсов с выхода компаратора 18 (фиг.2, эпюра 45).

Передний фронт импульсов следящей блокировки (фиг.2, эпюра 40). воздействуя на R - вход триггера 8, устанавливает инверсный выход последнего в единичное состояние и тем самым исключает возможность срабатывания триггера 8 на время блокировки. Перевод триггера 8 в нулевое состояние осу- ществляется в момент разблокировки последнего первым же импульсом с выхода логического элемента И 7, поступающим на

счетный вход триггера 8 (фиг.2, эпюра 41). В результате на выходе последнего формируются импульсы длительностью т ip первого приближения фиг.2, эпюра 42), которые воздействуя на второй вход логического

элемента И 7, прекращают дальнейшее поступление импульсов с выхода последнего на счетный вход триггера 8, Разблокировка триггера 8 начинается заблаговременно до появления ожидаемого сигнала (первого

вступления продольной волны) причем интервал заблаговременное™ (следящее временное окно At) постоянен относительно момента наиболее вероятного появления ожидаемого сигнала. Временное окно At

используется для следящей блокировки шумов при выделении вступления продольной волны. Длительность импульсов временного окна t выбирается из условия обеспечения автоматического поиска первого

вступления продольной волны, Но, практически, в процессе каротажа во временном окне At могут появиться случайные импульсные шумы, что приведет к ложному срабатыванию триггера 8, который фиксирует момент прихода первого вступления продольной волны к приемнику П акустического зонда 1, что снижает точность измерения временных и амплитудных параметров информационного сигнала. Поэтому временное окно At в установившемся режиме слежения за первым вступлением продоль-. ной волны необходимо укоротить, т.е. сформировать узкое временное окно At. Для этой цели используется одновибратор 19 с регулируемой длительностью формируемых импульсов (фиг.2, эпюра 43), задний фронт которых в последствии определяет начало узкого временного окна At. Запуск одно- вибратора 19 осуществляется задним фронтом выходных импульсов компаратора 18 (фиг.2, эпюра 45), который сравнивает выходное напряжение запоминающего конденсатора 15 и генератора 17 линейно-нарастающего напряжения (фиг.2, эпюра 46), который срабатывает под воздей- ,ствием коммутирующего напряжения (фиг.2, эпюра 39).

На один из входов логического элемента И 23 поступают импульсы с выхода логического элемента И 21 (фиг.2, эпюра 44), которые формируются под воздействием на входах последнего импульсов компаратора 18 (фиг.2, эпюра 45) и импульсов одновибра- тора 19 (фиг,2, эпюра 43), а на второй вход логического элемента И 23 поступают импульсы с выхода триггера 8 (фиг.2, эпюра 42). В результате на выходе логического элемента И 23 формируются импульсы длительностью At (фиг,2, эпюра 4.7), которые являются следящим временным окном перед первым вступлением продольной волны упругих колебаний.Импульсы длительностью At с частотой следования f воздействуют на управляемый вход управляемого электронного ключа 13, который подключает токозадающий резистор 12 к положительной шине питания 14 и через резистор 12, запоминающий конденсатор 15, включенный в цепь отрицательной обратной связи усилителя постоянного тока 16, и источник постоянного напряжения 10, 14 протекает ток IL Через переменный токозадающий резистор 11, запоминающий конденсатор 15 и источник постоянного напряжения 10, 14 протекает ток fj. Таким образом формируются импульсы длительностью At - H/lj f, которые на основании априорной информации, запомненной конденсатором 15, автоматически следят в установившемся режиме за наиболее вероятным появлением ожидаемого сигнала с блока управления 3. Длительностью импульсов At - const во 5 всем диапазоне изменения временных интервалов т 1Р. При включении или сбоях ап- паратуры узкое временное окноАг расширяется до величины, что обеспечивает снова режим автоматического поиска пер0 вого вступления продольной волны упругих колебаний. Изменением сопротивления то- козадющего переменного резистора 11 ус- танавливается требуемая ширина временного окна At, а тем самым и At, т.к.

5 длительность импульсов одновибратора укорочения окна 19 постоянна. Положительный перепад напряжения с выхода логического элемента И 21 (фиг.2, эпюра 44) соответствующий переднему фронту им0 пульса временного окна At (фиг.2, эпюра 47), воздействует на вход одновибрэтора 22. Последний формирует импульсы длительностью 2 At (фиг.2, эпюра 48), которые поступают на одни из входов логического

5 элемента И-НЕ, а на другой вход последнего с выхода триггера 8 поступают импульсы длительностью tip. В результате совпадения момента окончания импульсов длительностью rip с импульсами длительностью2

0-At на выходе логического элемента И-НЕ 24 формируются импульсы удачи (фиг.2, эпюра 49), т.е. импульсы соответствующие моменту правильного отбора первого вступления продольной волны упругих колебаний

5 во временном окне 2 At. На основе логических элементов И 25 и И-НЕ 26 собраны формирователи импульсов неудач справа и неудач слева соответственно. На выходе формирователя неудачи справа 25 форми0 руются импульсы с тех случаях, когда амплитуда первого вступления продольной волны на выходе блока управления 3 ниже порога дискриминации, т.е. тогда, когда формирование временных интервалов за$ канчивается позже, чём заканчивается действие временного окна отбора 2 At. На выходе формирователя неудач слева 26 формируются импульсы в том случае, когда формирование временных интервалов пр

0 по какой-либо причине (например, из-за появления шумов) заканчивается раньше, чем начинается действие временного окна отбора 2 At. Импульсы (при наличии) с выхода формирователя неудач слева 26 поступа5 ют на счетный вход счетчика импульсов 29, который предназначен для формирования импульсов команды направленной на ускорение поиска первого вступления продольной волны. Импульсы с выхода

формирователя неудач справа 25 и импульсы с выхода формирователя удач 24, воздействуя на R - вход счетчика импульсов 29, очищают (обнуляют) последний, чем обеспечивается выдача команды ускорение поиска первого вступления только при трехкратной, например, подряд неудаче слева. На основе логических элементов И-НЕ 27 и И-НЕ 28 собран сумматор импульсов неудач, который предназначен для формирования уточненных (с точностью до ±t) временных интервалов rip. На выходе сумматоров импульсов неудач 27-28 поступают импульсы длительностью rip, импульсы длительностью 2 At и импульсы (при наличии) с выхода формирователя импульсов неудач справа 25. В результате, на выходе сумматора 27-28 формируются импульсы (фиг.2, эпюра 50), передний фронт которых в случае удачи точно совпадает с моментом появления первого вступления продольной волны, а в случае неудачи слева или неудачи справа - отличается от ожидаемого момента появления первого вступления продольной волны на интервал времени At илиДт. Формирователь уточненных временных интервалов пр собран на основе триггера 30, который срабатывает под действием коммутирующего напряжения (фиг.2, эпюра 39) с выхода триггера 9 и возвращается в исходное состояние под воздействием переднего фронта импульсов (фиг.2, эпюра 50) с выхода логического элемента И-НЕ 28. Таким образом на выходе триггера 30 формируются уточненные временные интервалы пр, которые при сбоях работы аппаратуры могут отличаться от истинных на интервал времени ± At.

Потоки импульсов длительностью т 1Р и Т2р с выходов каналов обработки временных параметров акустического сигнала 5 и б поступают на входы аналоговых преобразователейЗ и 33, на входы измерителя разности временных интервалов 32 и на входы амплитуды блока 34. Напряжения, пропорциональные значения временных интервалов tip, rap и Аг, а также напряжения, пропорциональные амплитудным параметрам импульсного акустического сигнала регистрируются фоторегистратором 35 как функции глубины залегания полезных ископаемых.

Применение аппаратуры акустического каротажа на месторождениях полезных ископаемых позволит повысить точность измерений параметров акустического сигнала.

Формула изобретения Аппаратура акустического каротажа, содержащая скважинный прибор, соединенный каротажным кабелем с наземной измерительной панелью, которая включает блок управления, первый вход которого соединен с входом наземной панели, а второй вход соединен с выходом генератора образцового сигнала, выход блока управления соединен с третьим входом амплитудного блока и входами двух идентичных каналов обработки временных параметров акустического сигнала, выходы которых соединены с соответствующими входами двух аналоговых преобразователей, с разноименными входами измерителя разности временных интервалов и с первым и вторым входами амплитудного блока, а выходы аналоговых преобразователей, измерителя разности временных интервалов и амплитудного блока подключены к фоторегистратору, при этом первый вход каждого из каналов обработки временных параметров акустического сигнала соединен с вторым входом первого логического элемента И, а второй вход с

коммутирующим триггером, вход которого соединен с вторым входом канала обработки временных параметров акустического сигнала, первый вход первого логического элемента И соединен с выходом первого триггера, а счетный вход последнего соединен с выходом первого логического элемента И, R - вход первого триггера соединен с выходом логического элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входом генератора линейно-нарастающего напряжения, с выходом коммутирующего триггера и счетным входом второго триггера, выход которого соединен с выходом канала обработки временных параметров акустического сигнала, а также усилитель постоянного тока, инвертирующий вход которого подключен к одному из полюсов запоминающего конденсатора, к первому выводу токозадающего резистора, первый вывод которого соединен с неинвертирующим входом усилителя потоянного тока и с общей шиной питания, а второй вывод соединен с положительной шиной питания и вторым контактом управляемого электронного ключа, первый контакт соединен с вторым выводом токозадаю щего резистора, выход усилителя постоянного тока соединен со вторым полюсом запоминающего конденсатора и с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом генератора линейно-нарастающего напряжения, а выход компаратора соединен с первым входом второго логического элемента И, с первым входом логического элемента ИЛИ и входом первого одновибратора, выход которого соединен с вторым входом второго логического.элемен- та И, выход которого соединен с входом второго одновибратора и с первым входом третьего логического элемента И, второй вход которого соединен с первым входом первого логического элемента И-НЕ и с выходом первого триггера, а выход третьего логического элемента И соединен с входом управления управляемого электронного ключа, отличающася тем, что, с целью повышения точности временных и амплитудных параметров акустического сигнала за счет исключения ложной информации при сбоях аппаратуры, каждый из каналов обработки параметров акустического сигнала дополнительно содержит второй, третий и четвертый элементы И-НЕ. четвертый логический элемент и счетчик импульсов, причем первый вход четвертого логического элемента И соединен с вторым входом третьего логического элемента И и с первыми входами второго и третьего логических элементов И-НЕ, второй вход четвертого логического элемента И соединен с вторым входом третьего логического элемента И- НЕ и с выходом второго одновибратора второй вход второго логического элемента И-НЕ соединен с выходом первого одновибратора, а выход второго логического элемента И-НЕ соединен со счетным входом счетчика импульсов, выход четвертого элемента соединен с первым входом четвертого логического элемента И-НЕ с выходом первого логического элемента И-НЕ и с R-входом счетчика импульсов, выход которого соединен с инвертирующим входом усилителя постоянного тока, выход третьего логического элемента И-НЕ соединен с вторым входом четвертого логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с R-входом второго триггера.

Порог ducKpt/fft/ftayvt/

Фиг.1