УСТРОЙСТВО для ИМПУЛЬСНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН Советский патент 1973 года по МПК G01V1/52 

1

Изобретение относится к устройствам для исследования буровых скважин любых типов с целью построения их геологических или литологических разрезов, а также установления прочностных характеристик слагающих скважину пород.

Известны устройства для импульсного ультразвукового каротажа скважин, основан.ные на регистрации скорости распространения или затухания упругих колебаний, состоящие из скважинного снаряда, содержащего генератор импульсов, резонансный усилитель, иьезоэлектрические излучатель и приемник упругих колебаний, и регистрирующей схемы. Недостатком таких устройств является малая разрещающая способность способа измерений и громоздкость скважипного снаряда.

Для повышения точности, ускорения процесса измерений и сокращения размеров скважинного снаряда в предлагаемом устройстве генератор импульсов вынолнен по схеме мультивибратора в автоколебательном режиме, а резонанспый усилитель - по широкополосной схеме, на выходе которой включены детектор и интегрирующий каскад. Пьезоэлектрические излучатель и премник упругих колебаний выполнены каждый, например, из пяти источников ультразвука, соединенных параллельно, и установлены в одной плоскости.

Пьезоэлектрические излучатель и прпемник упругих колебаний могут быть совмещены или установлены на расстоянии один от другого не более диаметра излучателя.

Способ измерений, использованный в устройстве, основан на регистрации количества отраженной от стенок буровой скважины энергии. Величина отраженной энергии определяется отношением волновых сопротивлений жидкости, заполняющей скважину, и горных пород, слагающих геологический разрез скважины. Волновое сопротивление жидкости в первом приближении можно считать постоянным (ирактически оно .монотонно и незначительно изменяется с глубиной). Поэтому изменение величины отраженной энергии от стенок буровой скважины определяется фактически изменением волновы.ч сонротнвлений, слагающих разрез скважины пород.

Па чертеже представлена блок-схема оиисыijacMoro ycTpoiiciBa.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, излучатель 2, звукоизолирующую прокладку 3, приемник 4, иредварительный усилитель 5, скважинный снаряд 6, каротажный кабель 7, наземный усилитель 8, детекторный 9 и интегрирующий W каскады, центрирующие пружины 11, самописец 12 и регистратор 13.

Количество отраженной акустической энергии определяется следующим образом. В исследуемую скважину, заполнеипую л идкостью, на трехжильном каротажном кабеле 7 опускают скважинный снаряд 6 в котором размещены генератор / импульсов, излучатель 2, звукоизолирующая прокладка 3, приемник 4 и иредварительиый снлитсль 5. Транзисторный генератор / импульсов выра-батывает импульсы иапряжения амплитудой : 20-50 В с частотой иосылок 0,1 -10,0 кГц и : длительностью 2-10 мксек. Эги импульсы по;стуиают на излучатель 2, иреобразующий их JB акустический сигнал. Си1нал доходит до 1стенкн скважины н частично ироходит, иенытывая преломление, в исследуем} ю сред, а ;частичио отражается и ноиадает иа приемник 4. Для исключения ирямого прохождеиия сн1:нала от излучателя к ириемнику но скзажин:ному снаряду ними помещена звукоизолирующая нрокладка 3, изготовленная из ленопласта или снециального эпоксидно-с ри:кового компаунда. Излучатель и ириемиик изуотовлены из пьезокерамики тииа ЦТС, ПКД, ;Титанат бария и др. Для изготовления лизкомастотиых излучателей и приемников могут Ьыть использованы матерпаль, обладаюпи1е Свойством магиитострикцщ. : На приемник 4 поступают сигиалы разной ратности отражения, которые складываются Йруг с другом н образуют единый суммарный ракет колебаний. Этот иакет преобразуется в электрический сигнал такой же формы и ностуиает на нредварительный транзисторный усилитель 5, выполненный но схеме эмиттерй-ого повторителя. Усилитель служит для согласования выхода ириемника 4 со входом наземного усилителя 8, устраняя .влияние соедийительиого кабеля 7. Количество отраженной от стенок буровой скважины энергии нронор1)1ионально Площади, ограничеиной огибающей суммарный пакет колебаний кривой. Для 1 змерения этой площади к выходу усилителя S лодключен детекторный каскад 9 и через не110 интегрирующий каскад 10 с ноказываюи1пм Прибором. Интегрирующий каскад интегрир)-бт сигнал, а показываюищй прибор позволяет аудить о величиие отраженной акустической эйергии. К выходу интегратора может быть подключен самописец 12, с приводом лентопротяжного механизма которого связан привод спуско-подъемного устройства скважпнного снаряда. Блоки J-5 смонтированы в скважинном снаряде 6, блоки 8-10 - в пульте регистратора 13. Скважинный снаряд 6 центрируется в скважине пружинами /). При регистрации отраженной от стенок скважины акустической энергии чувствительность и разрещающие возможности способа измерения тем выще, чем меньше расстояние между излучателем и -приемником и чем вьппе частота посылок возбуждаюи 1,их им.п льсов (оптимальная частота порядка I-4 мГн,) и астота сооствениых колебаний излучателя и приелпгпка {оитимальная частота 0,5-1,5.«/г{ в зависимости от )а скважины). Поэому в описываемой констр кции скважинного излучатель и приемник акустических колебаний расположены на расстоянии 1-2 с. один от , в то время как в известных конструкциях это расстояние равно 20-50 см. меньшение расстояния между излучателем и ириемнико.м позволяет четко отбивать гра1ПЩЫ .между слоями горных пород, слагающих геологический разрез скважины, выделять jsa разрезе скважииы слои практически любой мощности (от 1-2 ел/ и выще), значительно уменьщить .ioniHocTb возбуждающих импульсов и коэффнциеггт усиления усилителя (практически достаточен коэффициент усиления всего усилительного тракта в пределах 300- 400) н зиачитсльио повысить собствепные чаетоты излучателя и нриемиика (до 1,5 мГц). Регистрация интеграла огибаючцей иозвотуру, так как при иенользоваиии щирокополоеного усилителя си1-налов е меньши.м коэффициентом усиления в из.мерительную схе.му не входят блокн нормализации сигналов, измерения временных иптерва.юв, преобразования временных П1ггервалов в значение екороети, сравнения амплитуд cinnia.ioB, запоминания и др. Иенол1)3)емые вместо них схемы детектирования (один-два диода) и интегрирования (одна - две ламны или транзистора) нроще в изготовлении и наладке. П ред м е т изобретен и я 1.Устройство для импульсного у;паТразв кового каротажа скважпн, состоящее из скважинного снаряда, содержаи его генератор имцульсов, резопанепый усилитель, пьезоэлектрические излучатель и ириемник упругих колебаний, и регистрирующей схе.мы, отличающееся тем, что, с целью иовьинения точности, ускорения гроцесса измерений и сокращен)1я размеров CKJUUKHHHOIO снаряда, генератор нмнульсов вьп1о,11еи но схеме м :1ьтивибратора щ автоколебательном , резонансн 1Й успл)ггель выполнен П) )цироконолоспо; 1 схеме, на выходе которой включены детектор и иитегрируюн,11Й каскад, а пьезоэлектрические излучатель п. приемник ynjjyrnx Колебаний вынол11ены каждый, панрнмер, из пяти источннков ультраз -ка, соедпиенцых па)аллельно, и -СТаНОВЛеНЫ в ПЛОСКОСТ. 2.Устройство по п. 1, отличающееся те.м, что пьзоэлектрическпе из;1 чатель и п)иелгчик упругих колебаний совмсп1,сны. 3.Устройство по п. 1, от,гичаощееся тем, что гп зоэлектрпческие пзл чател1) н приемник пругнх колеба.чпй хттаповлепы на пасстоямин один от дрхтого не более диаметра излучателя.

Н измерит,

Bf -падающая Волна пр -преломленной Волна BQ-отраженная Волна