СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА Советский патент 1973 года по МПК G01V1/32 G01V1/48 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям нефтяных и других скважин способом акустического каротажа. Оно- может быть использовано в других областях техники, где нужно зарегистрировать .в комнактном виде множество исследовательных волновых импульсных процессов с медленно меняющимися параметрами (например в аппаратуре машинной обработки сейсморазведочных материалов, в приборах для изучения и контроля ударных вибраций оболочек и сложных конструкций, в приборах электрокардиографии и т. д.).

Известен способ -компактной .регистрации сигналов акустического каротажа «способ ЛАК, заключающийся в том, что электрические колебания (сигнал) акустического приемника, а также электрический импульс, возбуждаемый скважинным зондом в момент излучения акустического импульса в скважину, сначала пропускаются через электронный усилитель с фиксированным коэффициентом усиления. Затем усиленный сигнал подается на вход порогового устройства, например ждущего мультивибратора.

В моменты времени, когда сигнал достигает определенного положительного уровня, называемого пороговым уровнем, пороговое устройство генерирует короткие электрические импульсы. Эти импульсы являются электрическими отметками фазовых моментов сигнала. Полученными отметками управляют яркостью электроннолучевой трубки с линейновременной разверткой луча. Начало временной развертки совмещается по времени с моментом излучения акустического импульса в скважину.

В результате на экране электроннолучевой трубки получают серию ярких коротких штрихов (точек), возникающих под действием отметок моментов. Эти .короткие щтрихи (тоЧКи) расположены на экране трубки последовательно по линии временной развертки и называются фазовыми точ.ками. Расстояние от

начала линии развертки до каждой фазовой точки, измеренное в масштабе времени, представляет собой время, отсчитываемое от момента излучения акустического импульса в скважину, которое необходимо для возбуждения соответствующей фазы излучателем и для пробега ее от излучателя до приемника в ви.де упругой волны.

Изображение фазовых точек проектируется при помощи оптической системы с экрана

трубки на диаграммную фотоленту и фотографируется.

Процесс фотографирования непрерывно повторяют множество раз на движущуюся фотоленту. Перемещение фотоленты производят

пропорционально перемещению акустического зонда по скважине. В результате фазовые точки прописывают на фотоленте изгибающиеся линии фазовой корреляции.

Полученный таким способом материал регистрации носит название диаграммы ЛАК. Диаграмма ЛАК отобрагжает с удовлетворительной точностью времена всех фаз, амплитуда которых превышает пороговый уровень.

Однако Бсе линии фазовой корреляции на диаграмме ЛАК имеют одинаковую яркость и толщину, так что кроме времен фаз не имеется возможности отобразить какие-либо другие параметры акустического сигнала; способ ЛАК не позволяет регистрировать какую-либо ипформацию об амплитудах акустических колебаний. Эта «нформадия в ряде случаев является 1более ценной, чем информация о временах фаз. Комплексное же отображение времен и амплитуд фаз позволило бы резко расширить методические возможности акустического каротажа и повысить его эффективность.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона и повышение точности регистрации времен и амплитуд фаз акустических сигналов.

Для этого выходные сигналы периодически изменяют по уровню, выделяют фазовые моменты одновременно на нескольких различных нороговых уровнях и изображают фазовые моменты штрихами различной ширины соответственно величинам пороговых уровней.

Изобретение пояснено чертежами.

На фиг. 1 приведена схема совокупности и последовательности операций; на фиг. 2 - диаграмма влия:ния периодического изменения уровня исходного сигнала на последующее выделение фазовых моментов; на фиг. 3- пример совокупности получаемых линий фазовой корреляции для различных величин амплитуд сигнала.

В предлагаемом способе сначала производят периодическое изменение уровня входного сигнала, - операция 1. Это достигается, например, пропусканием входного сигнала через электронный усилитель с периодически изменяющимся коэффициентом усиления. Затем в усиленном сигнале с периодически «качающимся уровнем производят выделение фазовых моментов одновременно на нескольких (трех-пяти) пороговых уровнях, - операции 2, 3 и 4. Это осуществляется подачей «качающегося сигнала одновре1менно на несколько пороговых устройств, работающих параллельно и имеющих различные пороговые уровни.

Затем производится операция 5 визуализации выделенных фазовых моментов, т. е. превращения их в последовательность видимых фазовых штрихов. Эта операция осуществляется подачей электрических отметок фазовых моментов (импульсов) на модулятор яркости электроннолучевой трубки с линейно-временной разверткой луча. При этом момент развертки должен быть согласован с моментом излучения акустического импульса в скважину.

По сравнению со способами ЛАК операция визуализации фазовых моментов отличается тем, что получаемые фазовые штрихи имеют не фиксированную, а дискретно изменяющуюся ширину. При этом фазовый штрих должен

-быть тем шире, чем больший пороговый уровень превосходит «качающийся сигнал.

Отмеченное отличие достигается тем, что длительность выходных импульсов пороговых устройств, выделяющих фазовые моменты, устанавливается различной и тем большей, чем

выше соответствующий пороговый уровень;

при этом импульс с большей длительностью

даст фазовый штрих с {большей шириной.

Далее изображение фазовых штрихов непрерывно фотографируется на движущуюся диаграммную фотоленту, - операция 6.

Движение фотоленты пропорционально перемещению акустического зонда по скважине, поэтому каждому участку получающейся диаграммы соответствует определенная глубина скважины.

В результате перечисленных операций получают материал, который после обычной

фотообра ботки представляет собой фазовокорреляционную диаграмму, на которой отображаются времена и амплитуды фаз акустических Колебаний в зависимости от глубины скважины. Отсчет времени фаз осуществляется здесь так же, как в способе ЛАК, т. е. для этого нужно измерить в масштабе времени расстояние от начала линии временной развертки до ближайшего края линии фазовой корреляции.

Отображение амплитуд предложенным способом осуществляют следующим образом.

Пусть коэффициент усиления К. в операции 1 изменяется в течение периода т скачкообразно, оставаясь фиксированным на отрезках

времени Oi, 62, 63 и 04, как в упрощенной модификации. Установим изменение так, чтобы пороговые уровни для операции 2 изменялись по следующему закону;

п1 О дб.

/„,:0 + ((Т, „, 4 + 4 8 ,

f/n., 8 + 4 12 дб,

Для операции 3 выберем такое пороговое устройство, .которое имеет минимальное значение порогового уровня, пересчитанного ко входу усиЛИтеля, равное

„1 12 + 16 дб.

Тогда в силу установленного изменения коэффициента усиления скачками через 4 дб, 65 для операции 3 будет выполняться следующии закон изменения порогового уровня на

вь 62, ©3 И 64.

и .г - 16 дб, i/;2-I6 + 4-20 дб, f/пз 20 + 4 24 дб, 24 + 4 - 28 дб.

Аналогично для операции 4 выбирается пороговое устройство со следующим законом измененИя порогового уровня (по входу усилителя):

Uli : 28 + 4 32 дб,

t/n2 32 + дб,

t/;3 36 + 4 40 дб, Х 40 + 4 44 (У,

Все три пороговые устройства должны иметь различные длительности выходных импульсов, т. е. электрических отметок моментов. Это необходима для того, чтобы старшее (по уровням «порогов) пороговое устройство давало наибольшую ширину фазового штриха на диаграмме.

При регистрации фаз, амплитуда которых лежит в пределах от О до 16 дб, осуществляется только операция 2, т. е. срабатывает только младшее пороговое устройство. Среднее и старшее пороговые устройства не работают, так как для них уровень амплитуды U меньше уровней порогов Un и Un на всем периоде т. При этом отображение амплитуд происходит таК же, как в рассмотренном численном примере с упрощенным способом, т. е. записываются ЛИнии фазовой корреляции видов 7, 8, 9 и 10.

При дальнейшем возрастании амплитуды осуществляются одновременно операции 2 и 3, т. е. срабатывают младшее и среднее пороговые устройства. Младшее устройство срабатывает на всем периоде т и дает тонкую сплошную линию вида 10 на диаграмме, а среднее пороговое устройство срабатывает не на всех отрезках в (в зависимости от амплитуды) и дает утолшенную пунктирную линию на диаграмме.

Результирующий вид линии фазовой корреляции в этом случае определяется наложением (суперпозицией) сплоптной тонкой и пунктирной утолщенной линий. Процесс изменения соотношения длин пунктиров и пропусков для утолщенной линии совершенно аналогичен процессу для тонкой линии с той лишь разницей, что эти изменения происходят на других интервалах амплитудной градации. Эта аналогия определяется аналогией операций 2 и 3, которые различаются лишь величинами пороговых уровней.

При возрастании амплитуды свыше 32 дб осуществляются одновременно операции 2, 3

и 4, а линия фазовой корреляции является результатом наложения трех линий от трех пороговых устройств. При этом тонкая и утолщенная линии (от младшего ,и среднего порогового устройства) являются сплошными, а толстая линия будет пунктирной. Изменение соотнонтения между длииами пунктиров и пропусков для толстой линии будет проис.ходить аналогично изменению для тонкой и

утолщенной линий в силу аналогии операций 2, 3 и 4.

Рассмотренный пример предложенного способа обеспечивает отображение фаз Колебаний двенадцатью различными линиями фазовот корреляции 7-18. Такая форма записи позволяет взять отсчет времени каждой фазы измерением длины от нулевой линии временной развертки до ближайшего края линии фазовой корреляции (как в способе ЛАК) и

зстановить относительно узкий интервал уровней, в котором находится отображаемая амплитуда, по кодовому виду линии фазовой корреляции. При оценке амплитуд обеспечивается динамический диапазон в 44 дб (158

раз) с погрешностью измерения не более ±2дб (±26%).

В общем случае можно использовать т .различных операций по выделению фазовых моментов (т различных пороговых устройств), а период т изменения уровня входных сигналов разбивать на дискретные отрезки в (не обязательно одинаковой длительности). Тогда общее количество линий фазовой -корреляции, различающихся кодовым видом, будет z m-n, т. е. будет обеспечено разделение Z различных градаций амплитуды. Если ширина (в децибеллах) каждой градации составляет (в численном примере ), то общий динамический диапазон

D регистрации амплитуд составит

D (z-MJ) дб.

а максимальная погрешность отсчета амплитуды будет

(Д60 дб.

Zi

При заданном числе z увеличение точности отсчета, т. е. уменьшение ошибки , ведет к уменьшению динамического диапазона D.

Наоборот, если важно получить широкий динамический диапазон Д то это возможно осуществить увеличением ширины градации

Д(7, т. е. за счет увеличения погрешности отсчета. Увеличением числа различных линий z может быть достигнуто одновременное увеличение точности и динамического диапазона, но при этом ухудшается четкость различия

между соседними (по значению амплитуды) линиями фазовой корреляции, а сложность и трудоемкость обработки диаграммы повышаются. Сокращение же числа z ведет к повышению четкости и наглядности материала регистрации.

Таким образом, предложенный способ обладает большой гибкостью и позволяет разработать соответствующее устройство- с нужным сочетанием характеристик в зависимости от особенностей акустических сигналов и методического назначения аппаратуры.

Предмет изобретения

Способ регистрации сигналов акустического каротажа путем усиления входных сигналов, выделения их фазовых моментов по фиксированному пороговому уровню « отраже8

НИН фазовых моментов на движущейся диаграммной ленте в виде узких штрихов, образующих последовательность по линии временной развертки, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения точности регистрации времен и амплитуд фаз акустических сигналов, входные сигналы периодически изменяют по уровню, выделяют фазовые моменты одновременно на нескольких различных пороговых уровнях и изображают фазовые моменты штрихами различной ШИрины соответственно величинам пороговых уровней.

Сигнал Диаг/уамма

Время

вз

S4

// i2 iJ i