СКВАЖИИНЫЙ ПРИБОР для АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Советский патент 1972 года по МПК G01V1/52 

Изобретение относится к скважинной аппаратуре, используемой для акустических исследований упругих свойств горных пород, пересекаемых буровой скважиной.

Известное устройство для бокового акустического зондирования околоскважинного пространства содержит один излучатель и три или более акустических приемника. С помощью смонтированного в зонде переключателя, дистанционно управляемого от наземного пульта, к усилителям нодключают любую пару приемников, изменяя измерительную базу и расстояние от излучателя до ближайшего приемника, причем переключение на любой вид записи осуществляется с наземного пульта без извлечения зонда на поверхность.

Недостатки известного устройства заключаются в том, что оно не обеспечивает регистрации истинных передаточных характеристик горных пород и частотного акустического зондирования наряду с боковым зондированием.

Предложенный скважинный прибор отличается от известного тем, что в него введены щирокополосный излучатель, по крайней мере три щирокополосных приемника, к двум из которых поочередно присоединяются избирательные логарифмические усилители с перестраиваемой полосой пропускания. Выходы усилителей подключены к двум амплитудным детекторам и через амплитудные ограничители к

одному фазовому детектору со следя1цей системой. Выходы амилитудных детекторов подключены к схеме сравнения i последовательно к усилителю постоянного тока, иагруженному на одну измерительную жилу кабеля, а выход фазового детектора иоследователыю иодключей к фильтру нижних частот и усилг1телю постоянного тока, нагруженному на другую измерительную жилу кабеля.

Это позволяет осуществить боковое частотное акустическое зондирование по одновременному измерению амплитудно- и фазочастотных характеристик исследуемых горных пород. На чертеже показана блок-схема предложенного сквалсинного прибора.

Скважинный прибор присоединен трехжнльиым каротажным кабелем к регистратору / и содержит широкополосный излучатель 2 акустических импульсов, но крайней мере три широкополосиых акустических ириемни-ка 3, 4 и 5, генератор зонднрующих импульсов 6, синхронизатор 7, два избирательных логарифмических усилителя 8, 9 с перестраиваемой по заданной программе полосой пропускания, программное устройство 10, электронный коммутатор //, блоки разделешш воли 12, 13, амплитудные ограничители 14, 15, флзовый детектор 16, фильтр иижних частот 17, усилители

амплитудные детекторы 21, 22, блок сравнения 23.

Скважннный прибор перед измереннем подключается К каротажному кабелю, выход которого подсоединен к каротажной станции. С поверхности по одпой ,пз Жнл кабеля подается папряженне питания скважинного прибора частотой 50 гц, управляющее также синхронизатором 7. Синхронизатор вырабатывает icopoTкие электрические импульсы, пернодическн запускающие генератор зондирующих импульсов 6. При помощи акустического излучателя 2 каждый раз при его возбуждении через скважинпую жидкость в породу посылаются упругие импульсы с широким спектром излучения (1-50 кгц). Упругие колебания, нройдя через породу, принимаются расположеннымн но одну сторону от излучателя и разделенными по длине зонда щирокополосными акустическими приемниками 3-5, преобразующими их в электрические колебания. Последние усиливаются дву.мя избирательными логарифмическими усилителями 5, 5,,поочередпо но задаваемой программным устройством 10 программе подключае.мыми к одной из трех возможных пар акустических приемников с помощью бесконтактного электронного коммутатора И, и подаются в блоки разделения волн 12, 13.

Перестройка полосы пропускания избирательных логарифмических усилителей производится на базе схемы с преобразованием частоты контуров, управляемой программным устройством, запускаемым с новерхности включением в жилу кабеля постоянного напряжения 270 в.

Блоки разделения волн в каждом из двух приемных сигналов выделяют импульсы одинаковой длительности соответственно для продольной и поперечной волн на основании соотношения tp 0,55 is, где tp - время, затраченное продольной волной на путь от нзлучателя до приемника ъ акустическом зонде; 4 - время, затраченное понеречной волной на путь от излучателя до приемника. Выделенные импульсы подаются на входы амнлитудных ограничителей 14, 15 и входы двух амплитудных детекторов 21, 22. Ограниченные по амнлитуде входные сигналы со стабилизированной амплитудой напряжения от двух прпемных каиалов поступают на вход фазового детектора 16, где сравниваются фазы акустических сигналов от трех комбинаций акустических приемников. Ограничение сигналов амнлитуднымп ограничителями введено для исключения влияния изменения амплитуды входных сигналов на выходное напряжение фазового детектора. Выходное напряжение фазового детектора пропорционально косинусу угла сдвига фаз и при угле, составляющем я/2, равно нулю; при углах больше или меньше я/2 вы.ходное напряжение получает положительное или отрицательное значение. Выходное напряжение постоянного тока фазового детектора, пропорциональное сдвигу фаз двух сигпалов, поступает на вход фильтра нижних частот 17, пропускающий только медленные изменения исходного нанряжения фазового детектора; быстрые же флуктуации, вызванные шумами, подавляются и не проходят на вход усилителя постоянного тока.

Выходное наиряжение усилителя, пропорциональное сдвигу фаз сигналов, управляет следящей системой таким образом, что фазовое рассогласова П1е иоддерживается близким к

пулю. Следящая система 20 состоит из реверсивного электродвигателя, уиравляемого выходным ианряжением усилителя постоянного тока и связанного кинематически с регулирующим органом комненсациоиного фазовращателя. При наличии напряжения разбаланса на выходе усилителя ностояниого тока двигатель вращается в ту или иную сторону, зависящую от знака напряжения разбаланса, изменяя фазу компенсационного фазовращателя до исчезиовення разбаланса. Такая компенсационная система измерения фазочастотных характеристик позволяет увеличить отношение сигнал/щум примерно на 30-40 дб. В качестве фильтра нижних частот применена обычная

схема многозвенного ./ С-фильтра. Получаемые иа выходе УПТ зиачения фазочастотных характеристих горных нород по разрезу скважины в виде медленно изменяющегося напряжения подаются в одну из измерительных жил

каротажного кабеля « далее в регистратор.

Узконолосные сигналы, поступающие на входы двух амплитудных детекторов, создают на -их выходах медлепио изменяющиеся напряжения, которые подаются в схему сравнения

23, нозволяющую получать иа выходе отнощение узкополосных сигналов, детектируемых амнлитудными детекторами.

Получаемые на выходе схемы сравнения значения амнлитудно-частотных характеристик

горных пород на участке измерительной базы акустического зонда после усиления усилителем ностоянпого тока в виде медленно изменяющегося напрялсеиия подаются в другую измерительную жилу каротажного кабеля и далее в регистратор. При записи получаемых данных в цифровом виде на магнитную ленту аналоговый выход анпаратуры подключается ко входу преобразователя с магнитной записью, устанавливаемого в лю,бой серийно

выпускаемой каротажной станции.

Регистрируемые цифровые данные могут обрабатываться иа ЦВМ по различным алгоритмам, причем получают значения коэффициентов затухания а(а);) для примененных узкоиолоспых фильтраций, а также значения фазового интервального времени , по зависимостям:

а(мг) -- In С(ш),