УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН Советский патент 1973 года по МПК G01V1/52 

1

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и может быть использовано при проведении исследований скважин методом непрерывного акустического каротажа.

При непрерывном акустическом каротаже скважинный прибор перемещают по стволу скважины. Излучатель через равные промежутки времени т посылает в породу упругие импульсы, которые после прохождения по породам воспринимаются приемником и регистрируются измерительной схемой.

Проходя по породе от излучателя к приемнику, упругая волна часто столь сильно ослабляется (особенно первое ее вступление), что может не выделиться среди шумов приемного тракта. В результате этого затрудняется определение момента вступления волны в измерительной схеме аппаратуры и, следовательно, возникают погрешности в определении времени пробега упругих колебаний на базе излучатель-приемник. Малые габариты скважинной аппаратуры ограничивают возможность увеличения мощности излучателя тем более, что в ряде случаев увеличение мощности влечет за собой появление волн-помех (реверберационные волны, прямые волны по корпусу прибора), делая этот путь увеличения отношения сигнала к помехе малоэффективным.

Современные методы приема позволяют выделить полезные сигналы среди превышающих их щумов. Одним из таких методов является синхронное накопление сигналов.

Известна каротажная акустическая аппаратура, содержащая скважинный снаряд с излучателем и приемниками ультразвуковых колебаний и наземный регистрирующий блок с электроннолучевой трубкой. Накопление осуществляется на экране электроннолучевой трубки за счет того, что время послесвечения экрана превыщает период посылки акустических импульсов. Благодаря этому сигналы, принятые от различных посылок и преобразованные в электрические, а затем па экране электроннолучевой трубки в световые, cyм iируются синфазно и ярче выделяются на экране по сравнению с щумами, которые суммируются случайным образом.

Однако суммирование происходит на экране трубки в виде световых импульсов, полученный суммарный сигнал в виде световой энергии затруднительно подвергнуть дальнейщей автоматической обработке (выделение вступления волны, определение амплитудных характеристик, фильтраций и т. д.). Кроме того, обусловленное послесвечением экрана постоянство числа накоплений не является оптимальным для различных участков разреза.

Целью изобретения является получение оптимального числа накоплений и повышение точности измерений.

Для этого использован усилитель, охваченный положительной задержанной регулируемой обратной связью, в цепь которой включены блок задержки и усилитель с переменным коэффициентом усиления, связанный с блоком дифференцирования, подключенным к регистратору. Таким образом, накоплению подвергаются импульсы электрической энергии и предусматривается, что на разных участках разреза накопление будет различным, оптимальным для данных условий проведения измерения.

Изобретение пояснено чертежами. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры электрических сигналов, регистрируемых приемником акустических колебаний скважинного прибора при двух смежных посылках упругих импульсов. Устройство состоит из помещаемого в скважине скважинного прибора 1, оснащенного излучателем 2 и приемником 3 упругих импульсов. Скважинный прибор 1 при помощи каротажного кабеля 4 соединен с регистрирующей схемой 5. Усилитель 6, включенный перед регистрирующей схемой 5, охвачен задержанной положительной регулируемой обратной связью, в цепь которой включены блок 7 задержки и блок 8 вспомогательного усилителя, коэффициент усиления которого можно регулировать. Блок 9 синхронизации синхронизирует работу задержки и всей схемы в целом. Вход дифференцирующего блока 10, управляющего коэффициентом усиления вспомогательного усилителя соединен с выходом регистрирующей схемы 5.

В предложенном устройстве для улучшения отнощения сигнал/шум используют синхронное накопление, суммирование сигналов, принятых приемником акустических колебаний, от разных посылок синхронно моменту посылки. Когда скважинный прибор 1 стоит на месте или движется в породах, характеризующихся постоянной скоростью пробега упругих колебаний, то время пробега волны от излучателя 2 до приемника 3 при любой посылке упругого импульса в породу будет одинаковым. При суммировании принятых сигналов от разных посылок полезная упругая волна будет суммироваться синфазно, в то время как щумы суммируются случайным образом. Отнощение сигнал/щум увеличится.

При пересечении акустическим зондом разреза, сложенного породами с переменной скоростной характеристикой, принимаемый акустический сигнал будет иметь квазисинусоидальную форму. Если суммировать принятые от разных посылок сигналы синхронно относительно момента посылок, то полезные сигналы будут суммироваться с некоторым сдвигом AT, обусловленным изменчивостью скоростной характеристики пород, скоростью подъема скважипного снаряда (скоростью каротажа), частотой посылки упругих импульсов.

Эффект накопления будет проявляться при временных сдвигах Ат между суммируемыми сигналами, не превышающих . квазисинусоидального сигнала. Этот фактор и определит возможное количество суммирований,

1/47.,.....

вид. рд2 д - СДВИГ межа именно п

Дт

ду принятыми сигналами от двух смежных посылок (прирост времени пробега между излучателем и приемником от посылки к посылке). Оптимальное (в данном случае максимально возможное) число суммирований неодинаково для различных участков разреза и зависит от модуля градиента кривой Г, f(x) - времени пробега упругой волны от излучателя к приемнику.

grad,T,

fiX

где AT - прирост кривой T f(x) (времени пробега) на единицу расстояния вдоль ствола скважины.

Сдвиг Ат между двумя принятыми сигналами от двух смежных посылок определится расстоянием А/, которое успеет пройти зонд за время между посылками, и .

AT А/1 grauf r I

Расстояние, пройденное зондом за время между посылками:

А/

кар.

где 1/кар. - скорость каротажа (скорость

подъема скважинного зонда), УНОС. - частота посылок упругих импульсов.

Таким образом, сдвиг Ат между двумя смежными принятыми сигналами

AT |grad,r|.

пос.

Количество суммирований п, ограниченное максимально допустимым сдвигом суммируеТ

мых сигналов - Допределится как

/п,

вид.

Т

At

I grad.,T

ир.

Для данной конструкции прибора можно принять fnoc,Tвwf. const. Число возможных накоплений связано обратно пропорциональной зависимостью со скоростью каротажа и . Принимая во внимание, что

К.., fa grader f

можно записать

ЛГ

Д;с Л7

, ,, , т

V..,.erad,.- ,T,

Д

t Дл:

где t - текущее время. Таким образом, оптимальное количество накоплений обратно пропорционально градиенту времени пробега упругой волны относительно текущего времени k и /пососи; 4 В акустической аппаратуре, регистрирующей время пробега упругой волны между излучателем и приемником в виде непрерывной кривой (x), время пробега, зарегистрированное при каждой посылке упругого импульса, преобразуется в постоянное напряжение, изменяющееся пропорционально зарегистрированному времени. Дифференцируя это напряжение в натуральном масштабе времени, можно получить переменную величину, соответствующую gradttT. Предложенное устройство работает следующим образом. При перемещении скважинного прибора 1 по скважине излучатель 2 посылает в породу упругие импульсы, которые, проходя по породе, воспринимаются приемником 3, преобразуются в электрические импульсы и по кабелю 4 поступают на наземную регистрирующую схему 5. Для осуществления накопления принятых от разных посылок сигналов в приемный тракт регистрирующей схемы включен усилитель 6 с задержанной обратной связью и коэффициентом усиления, равным единице. Цепь обратной связи состоит из блока 7 задержки и блока 8 вспомогательного усилителя. Время задержки строго постоянно и синхронизировано с периодом посылки (временем между двумя посылками). Синхронизация осуществляется блоком 9 синхронизации. Блок 8 вспомогательного усилителя изменяет коэффициент положительной обратной связи в пределах О-0,999... под влиянием управляющего сигнала, поступающего с дифференцирующего блока 10. Блок 10 дифференцирует напряжение, поступающее с регистрирующего устройства, пропорциональное времени пробега упругой волны по породам, слагающим разрез скважины. Накопительное устройство работает следующим образом. Сигнал U(t), поступающий на вход усилителя 6, после усиления попадает в цепь обратной связи. В цепи обратной связи блоком 7 задержки сигнал (t) задерживается на время, равное периоду посылки, и поступает на блок 8 вспомогательного усилителя. В блоке 8 сигнал умножается на коэффициент т и поступает на вход усилителя 6. Сигнал m-Ui(t), поступающий из цепи обратной связи, синфазно суммируется с сигналом, поступающим на вход от второй посылки Uz(t), и на выходе усилителя получается сумма двух сигналов U,(f) + mU,(. Эта сумма двух сигналов снова поступаст в цепь обратной связи. На выходе после третьей посылки упругого импульса будем иметь и (i) ти„ (t - &t) + , (t - 1М Аналогично для последующих посылок будем иметь вых (f Un (f + Mn-l (t - Д/) + + ... (72 t - (n - 1) Д -Ь , (t. - tiM). Так как , значимость всех последующих членов этой суммы убывает в геометрической прогрессии. Количество членов, а соответственно и посылок в этой сумме, влияющих на выходной сигнал, полностью обусловлен коэффициентом обратной положительной связи ш. При уменьшении т уменьшается количество членов, эффективно влияющих па выходной сигнал усилителя 6. В предельном случае, когда ш 0, обратная связь выключается и накопление отсутствует, при количество суммирований неограниченно больиюе. Прн проведении каротажа на участках с большим s radfT чпсло возможных накоплений посылок с целью увеличения соотношения сигнал/шум ограничено и обратно пропорционально gradtT. Поэтому электрическое напряжение, поступающее с регистрирующей схемы 5, пропорциональное кривой T f(t), дифференцируется и изменяет коэффициент усиления блока 8 всномогательного усилителя. Под влиянием этого управляющего напряжения в блоке обратной связи обеспечивается тот или иной коэффициент обратной связи в зависимости от gradtT. Предмет изобретения Устройство для ак}стического каротажа скважин, содержащее скважинный снаряд с излучателем и приемником ультразвуковых колебаний и наземную аппаратуру, содержащую усилитель, блок синхронизации и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и получення оптимального числа накоплений, усилитель охвачен положительной задержанной регулнруемой обратной связью, в цепь которой включены блок задержки и усилитель с переменным коэффициентом усиления, связанный с блоком дифференцирования, подключенны.м к регистратору.