АКУСТИЧЕСКИЙ ЦЕМЕНТОМЕР Советский патент 1971 года по МПК E21B47/14 G01V1/40 

Изобретение относится к области промыслово-геофизического исследования скважин, в частности, акустическими методами.

Известная аппаратура для акустического исследования скважин состоит из скважинного прибора и наземного устройства. Основными элементами скважинного прибора являются двух- или трехэлементный зонд, схема возбуждения излучателя и усилитель сигналов приемника. Основными элементами наземного устройства являются синхрогенератор, генератор пусковых импульсов и блоки измерения амплитуд и времени. Синхрогенератор периодически запускает генератор пусковых импульсов и одновременно блоки измерения амплитуд и времени. Пусковые импульсы, достигнув по кабелю скважинного прибора, запускают схему возбуждения излучателя, который генерирует в окрул ающую среду, например породу, серию упругих колебаний. Эти колебания, достигнув приемника, преобразуются в электрические колебания, которые после необходимого усиления подаются в наземное устройство в блоки измерения амплитуд и времени распространения. При исследованиях в обсаженной скважине и использовании двухэлементного зонда такая аппаратура может быть применена в качестве акустического цементомера.

Недостаток известной аппаратуры состоит в том, что запуск наземных блоков измерения амплитуд и времени осуществляется от синхрогенератора в момент подачи в кабель пускового импульса. В этом случае в зафиксированное время входит, кроме измеряемого интервала времени, двойное время пробега сигнала по кабелю. Время пробега сигнала по кабелю не является постоянным в процессе каротажа, так как параметры каротажного кабеля зависят от ряда факторов: количества кабеля, смотанного с лебедки в скважину, температуры, давления и др. Изменение времени пробега сигнала по кабелю приводит к

смещению полезного сигнала по отношению к интервалам измерения, что снижает точность измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерения акустического цементомера.

Цель достигается подключением к блоку синхронизации устройства временной фиксации отраженных от конца кабеля пусковых импульсов для совмещения момента запуска

блоков измерения времени и амплитуд с моментом подхода к наземному устройству отраженных от конца кабеля пусковых импульсов.

го процесса и показаны интервалы измерения амплитуд и времени.

Прибор состоит из скважинного снаряда А и наземного устройства Б, соединенных каротажным кабелем. В скважинпом снаряде находятся электроакустические преобразователи; излучатель 1 и приемник 2, разделенные акустическими изоляторами.

В средней части скважинного снаряда находятся схема 3 возбуждения излучателя и усилитель 4. Основными блоками наземно10 устройства являются блок синхронизации 5, генератор 6 пусковых импульсов, устройство 7 фиксации отраженных пусковых импульсов, блок измерения амплитуд 8 и блок измерения времени 9.

Схема 3 периодически возбуждает излучатель 1, который после каждого возбуждения генерирует серию упругих колебаний. Упругие колебания, пройдя через окружающую среду, обсадную колонну 10, породу 11, цемент (буровой раствор) 12, попадают на приемник 2, где преобразуются в электрические колебания. Далее электрический сигнал в виде пакета высокочастотных колебаний переменной амплитуды усиливается до необходимой величины усилителем 4 и по каротал ному кабелю подается на вход наземного устройства. Блок синхронизации 5 определяет такт работы цементомера. Импульс блока синхронизации запускает генератор пусковых импульсов 6, и последний через каротажный кабель запускает схему возбуждения 3. Одновременно с запуском генератора пусковых импульсов от блока сипхронизации 5 запускается устройство фиксации отрал енных от копца кабеля пусковых импульсов 7, выполненное в виде ждуш,его мультивибратора с регулировкой длительности генерируемого импульса. Задний фронт импульса совмещается по времени с сигналом запуска, отраженным от копиа кабеля, за счет неполного согласования кабеля со скважинным снарядом. Такое совмещение поддерживается в течение всего времени каротажа. Совмещенный с отраженным сигналом задний фронт импульса мультивибратора запускает блок измерения амплитуд 8 и блок измерения времени 9. На эти же блоки поступает в соответствующее время сигнал от скважинного снаряда. В общем случае скорости упругих волн в колонне и в породе различны, и в принятом сигнале можно выделить волну по колонне и волну по породе, так как эти волны разделены во времени (фиг. 2). По амплитудам этих волн и по времени их появления можно судить о качестве сцепления цемента с колонной и с породой. Для измерения амнлитуд используют интервал нескольких первых периодов продольной волны, как наименее искаженных. В соответствии с выщеизложенным оценку качества цементирования производят по трем параметрам: Тп, Лп, АК, где Гп - время распространения волны по породе на фиксированной базе между излучателем и приемником, Лп- амплитуда волны по породе, Лк - амплитуда волны по колонне.

В блоке измерения времени фиксируется момепт прихода волны по породе. Этот момепт сдвинут относительно синхроимпульса па суммарное время 7 , включающее в себя, кроме времени пробега волны по породе Т, время пробега импульса запуска по кабелю к скважинпому прибору 7i као и время пробега полезного сигнала по кабелю к панели управления каб, т. е.

Те + а Ь7 2набТак как Гщаб 7кас, ТО последнее выражение может быть записано в виде т от - -1 т

- i- као т -I пОтсюда следует, что выгиеуказанное суммарное время ГЕ больще измеряемого времени Гп на двойное время пробега по кабелю. Момепт прихода отраженного сигнала и соответствует этому двойному времени. Таким образом, в интервал времени от момента прихода отраженного пускового импульса, отмеченного устройством фиксации отраженных импульсов, до момента прихода волны по породе входит только время прохождения упругой волны по породе и не входит время пробега по кабелю, которое не является стабильным и зависит от ряда факторов. С помощью измерительиого триггера, находящегося в блоке измерения времени 9, формируется прямоугольный импульс, у которого передний фронт соответствует моменту фиксировапия отраженного пускового импульса, а задний фронт определяется момептом прихода волпы по породе. Этот импульс преобразуется в напряжение (ток), средняя величина которого, пропорциональная длительности импульса, подается

на фоторегистратор каротажной станции в качестве параметра Гп. Начало временного интервала, в котором измеряют амплитуду волны по породе, соответствует моменту фиксации волны по породе и устанавливается с

помощью порогового устройства. С помощью пикового детектора запоминается максимальная амплитуда в вышеуказанном интервале и в качестве параметра А„ подается на фоторегистратор. В таком же по длительности интервале запоминается амплитуда волны по колонне - параметр Лк, но начало интервала измерения устанавливают не с помощью порогового устройства, а с помощью фантастрона с регулируемой длительностью импульса.

Фаптастрон расположен в блоке измерения амплитуд 8 и запускается от устройства времеппой фиксации отралсепных пусковых импульсов. Задний фронт импульса фантастрона определяет начало интервала измерения

волны по колонне. Установку заднего фронта осуществляют по первому поступлению сигнала, хорошо видимому при настройке аппаратуры в свободной (пезацемектированной) колонне. Задний фронт импульса фаптастрона

плитуды волны по колонне во время всего каротажа, даже если первое поступлегрь сигнала не различается в шумах (такой случай имеет место нри качественном сценленки). Влияние дестабилизирующих факторов, сказывающееся в изменении времени.нрихода полезного сигнала за счет изменения времени пробега по кабелю, не приводит к смещению интервала измерения по отношению к сигналу. Это опреде:1яется тем, что синхронно с изменением времени прихода полезного сигнала перемещается зафиксированный момент прихода полезного сигнала.

Тг.-:;:-,; образом, ноложение интервала измерентя -плитуды волны по колонне по отношенпю к первому вступлению волны по коло не остается иеизменныл.

Предмет изобретения

Акустический цементомер, состоящий из скважинного снаряда, содержащего акустический зонд, усилитель и схему возбужден я, и наземного устройства, содержащего блок синхронизации, генератор пусковых имнульсов и блоки измерения времени н амнлитуд, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, з нем к блоку синхронизации подключено устройство временной фиксации отраженных от конца кабеля пусковых импульсов, запускающее блоки измерения времени и амнлитуд.

Тп

5Волна по растборд