Аппаратура акустического каротажа нефтяных и газовых скважин Советский патент 1979 года по МПК E21B47/18 G01V1/00 

- , Изобретение относигся к обласги промыспово-геофизических исследований, скважин, предназначено для геофизических исследований акустическими методами поглощающих свойств горных пород в услови ях естественного залегания и может быгь использовано в промысловой геофизике. Используемые для этой цели известные устройства 1, 2, 3 к |4 позволяют определять геологические параметры горных пород путем измерения скорости распространения упругих колебаний в исследуемой среде и логарифмического декремента затухания продольной или поперечной ны импульсного акустического Сигнала, Ближайшим техническим решение к предлагаемому изобретению является устройство 5j содержащее трехэлементный акустический зонд, вь числйтель временных я амплитудньлх параметров акустического сигнала, дискрнманаторв устройство выдел ния синхроимпульсозз коммутирующий трйг Геи, истоковый повторитель, регйстрагор Недостатком известных устройств исследования околоскважинной среды акустическими методами является ненадежность выделения первого вступления посдольной волны импульсных акустических сигналов, пришедших от излучателей к приемнику акустического зонда. Эта ненадежность обусловлена акустическими шумами н наложением различных типов волн, возбуждакядихся в окопоскважинной В реаульгаге снижаются точность н эффективность определения геологических параметров среды методами акустического каротажаЦелью данного изобретения является повышение точности w эффективности определения поглошаюших свойств среды путем измерения отношений энергий импульсных акустических сигнале ближнего и дальнего приемников акустического зонда. Цель достигается тем, что предлагаемая аппаратура акустического каротажа нефтяных и газовых скважин содержат кэмеритель отношение энергий йкшульсиых акустических сигналов, вход которого сое дннен с выходом акустического зонда, а выход через истоковый повторитель соеди нен с рэгистраторок. Измеритель отношэНИИ энергий импульсных акустически.х сигналов содержит зарядную цепь, разряд иую цепь и запоминающий конденсатор, пр чем входы зарядных цепей подсоединены к выходу акустического зонда, а выходы соединены с .запоминающим конденсатором и истоковым повторителем. Зарядная цепь содержит диффереисцирующий конденсатор, токовый повтори гель, формирующий конденсатор, нормально разомкнутый элект.р(Онный ключ, преобразователь напряжение-гок, катушку индуктивности и диод, причем вход зарядной цепи через дифферениирующий конденсатор подсоединен к выходу акустического зонда, выход дифференцирующего конденсатора соединен со входом токового повторителя, выход которого соединен с незазёмленным чходом формирующего конденсатора, входом электронного ключа и входом преобразователя напряжение-ток, соединен с незаземле иным выходом катушки индуктивнос ти и анодом диода, катод которого подсо единен к незаземлённому аолюсу запоминв шего кЬндансатора. Разрядная цепь содержит .дифференцирующий конденсатор, токовый повторитель, формирующий конденсатор, нормально разсмкнугый электронный ключ, преобразбватель напряжение ток, катушку индуктивности, транзистор И источник напряжения смещения, причем выход разрядной цепи: через дифференцируюШий конденсаторподсоединен к выходу акустического зонда, выход дифференцирующего конденсатора соединён со вх-о дом токового .повторителя, выход которог соединён с незаземленным.входом формирующего конденсатора, входом электронного ключа и входом преобразователя напряжение-ГОК, выход преобразователя соединен с незаземле.нным вьгводом ка- тушки индуктивности и эмиттером транзистора, в базу,ко торого включен источ- в-ик напряжения смещения, а коллектор соединен с незаземленным полюсом запо- - -, минающего конденсатора, электронные ключи .зарядной и разрядной цепи имеют два управляемых входа причем пёрвь1е управляемые входы подсоединены к .выходу дискриминатора, вход которого соединен с выходом акустического зонда, а вторые управляющие входы подсоединены к выходу коммутирукшего три гера. На фиг. 1 представлена, блок-схбма предлагаемой аппаратуры акустического каротажа; на фиг, 2 диаграммы сигналов в соответствующих точкйх блок-схемы, Аппаратуры состоит из трехэлементного акустического зонда 1 с акустическими преобразователями 1-1, 1-2, 1-3, опускаемого в сквая йну 2, вычислителя 3 временных и амплитудных параметров импульсных акустических сигналов, дискриминатора 4, устрой:ства 5 выделения синхроимпульсов, триггера 6, измерителя 7 отношения энергий импульсных акустических сигналов;, содержащего два дифференцирую- щих конденсатора 7-1, 7-2, два токовых повторителя 7-3, 7-4, два формирующих конденсатора 7-5, 7-6, два нормально разомкнутых электронных ключа 7-7, 7-8, два преобразователя напряжение-ток 7-9, 7-10, две катушки индуктивности 7-11, 7-12, диод 7-13, транзистор 7-14, запоминающий конденсатор 7-15, истЬкового повторителя 8, дискриминатора 9, регист ратора 10, источника напряжения смешения,i При воздействии импульсов питающего напряжения на излучателе 1-1 акустнчеокого зонда 1 .возбуждаются упругие колебания, которые, распространяясь в среде скважины 3 затухают в ней и через некоторые интерваль времени достигают приемников 1-:2, 1-3. В приемниках уп|эугие колебания преобразуются в электрические сигналы и поочередно поступают в тракт усиления и передачи на дневную поверхнЬсть, В момент срабатывания излучателя в тракт передачи поступает синхроимпульс. Полный сигнал на выходе акустическо- то зонда показан на фиг. 2а. Сигнал зонда поступает да вычислитель 3временных и амплитудных параметров акустического сигнала, г.де измеряется время,- за которое упругие колебания рао прортраняются в среде на пути, равном расстоянию между приемниками 1-2, 1-3, и логарифмический декремент затухания упругих колебаний. Одновременно сигнал зонда поступает на вход дискриминатора 4И через дифференцирующие конденсаторы 7-1, 7-2, на входы токовых повторителей 7-3, 7-4 измерителя 7 отношения энергий акустических.сигналов. На выходе дискриминатора 4 формирую ются импульсы напряжения (фиг, 26), передний и задний фронш которых соогвеьствуют моментам перехода акустичесгсвми

колебаниями нулевой линии. С выхода дискриминатора 4 сформированные мгтульсы напряжения подаются на вход ус гройсгва 5 выделения синкроимпульсов, когорые поступают на счетный кход триггера 6 для формирования коммутирующих импульсов напрюкения (фиг, 2в). Импульсы напряжения с выхода триггера поступают на управляющие входы ключей 7-7 и 7-8. Под действием послепних ключ 7-7 замыкается и тем самым закорачивает конденсатор 7-5 на время прохождения сигнала дальнего приемника 1-3, ключ 7-8 замыкается на время прохождения сигнала ближнего приемвяКа 1-2

поступлении на вход иа еригепя 7 импульсов напряжения сигнала ближнего приемника через дифференцирукядий конденсатор 7-1;, токовый повторитель 7-3 и формирующий конденсатор 7-5 будут протекать импульсы тока отрицательной полярности. Каждый импульс тока заряжает конденсатор 7-5 от некоторого напряжения, пропорционального амплитудному значению входного сигнала. После окончания действия каждого импульса тока производится сброс заряда с Конденсатора 7-5 с помощью ключа 7-7. Ключ 7-7 управяяется задними фронтами импульсов (фиг, 26), поступающих на первый управляющий вход. На конденсаторе 7-3 формируются импульсы напряжения с крутыми задними фронтами (фкг 2г)ь

При поступлении на вход измерителя 7 импульсов напряжения сигнала дальнего приемника через дифференцирующий- конденсатор 7-2, токовый повторитель 7-4 и формирующий Конденсатор 7-6 протекают импульсы тока положительной полярности. Каждый импульс тока заряжает кондёнсатор 7-6 до напряжения, пропорционального амплитудному значению сигнала дальнего приемника. Оброс заряда с конденсатора 7-6 производится с помощью КЛ15ча 7-8. Ключ 7-8 управляе1ся передними фронтами Импульсов (фиг, 26), поступающих тоже на первый его управляющий вход

Осциллограмма напряжения на конденсаторе 7-6 показана на фиг, 2д,

Пгиее импульсы напряжения с конденсатора 7-5 преобразуются преобразовате- л ем 7-9 в импульсы тока, которые поступают на заряд катушки индуктивности 7-11, Под действием каждого импульса тока катушка получает энергию равную L где 1 - амплитудное значение импульсе тока, Ь - индуктивность катушкЕ 7-11, В момент окончания дейсгвйя импульса гока на катушкв образуется скачок напряжения самоиндукция, &OTO рый открывает диод 7-13, и катушка 7-11 отдает запоминакидему конденсатору 7-15 накопленную ранее энергию, Суммарный заряд, сообщаемый запоминающему конденсатору импульсным акустическим сиГнайом ближнего приемника

. - коэффициент пропорционапьносгде:ти;

- aмплиfyднoe значенне 1-го

колебания входного сигнала:

Ц - среднее значение напряжения на конденсаторе 7-15.

Аналогично импульсы напряжения с конденсатора 7-6 преобразуются в таомо щью преобразователя 7-10 в импульсы тока, которые поступают на катушку 7-12 сообщая ей при этом каждой раз энергию

L 2 - величина индуктивности катушки 7-12.

Задний фронт импульса гока соааает на катушке 7-12 скачок напряжейия, В момент, когда напряжение йа катуяж 7-12 равно по величине йа1пряжевию 1} источника смешения, открывается транзистор 7- 4 и с запоминакядего конщевсаторв снимается заряд

..., 2 2 Up

где А - амплитудное значение i -го колебания сигнала дальнего приёмника.

Суммарный заряд, снимаемый импульсным акустическим сигналом даяьиеач) приемника- 9. ..

а 2Uo

Для определения аиаченвя напряжения на запоминающем конденсаторе запишем уравнение баланса токов

ii

du

- m

JT1 O dt

20 2U«

где С емкость конденсатора 7-15; rtiнастота запуска излучателя.

Решение этого уравнения находится при начальных условиях , О ЕО

После окончания действия переходного процесса на конденсаторе 7-15 устанавливается, напряжение

SA

иК,

где с - масигтабвый коэффяийеат взме76рония отношения энергий 1 и Е им чульсных акустических сигналов. Выходное напряжение О измерителя 7 поступае на вхоа регистратора 10 через истоковый побторитель 8 и опновременно с выкодны ми сигналами вычислителя 3 непрерывно регистрируется на диаграглмную ленту, Поскольку на измерение отношения энергий пмпугъспык акустических сигнало шумы и другие мешающие факторы влияют незначительно, так как их амплитуда гораздо меньше средней амплитуды информа ционного сигнала, то введение в известную аппаратуру акустического каротажа измерителя отношения энергий импульсны акустических сигналов позволит повысить точность и эффективность определения аку стическими методами физических свойств околоскважинной среды. Для правильного синфазирования систе мы разделе гая каналов в предлагаемой аппаратуре используется дискриминатор 9 нагтряжения, вход которого соединен с вы ходом измерителя отношения энергии, а выход дискриминатора подсоединен к вхо ДУ установки нуля триггера. Синфазировапие осушествляется по признаку: энер- гия акустического сигнала Е ближнего приемника всегда больше энергии Eg.aKyстическбго сигнала дальнего приемника. Следое ательно, при правильном синфазировании напряжение на запоминающем конденсаторе всегда чисельно больше. . Kf, . При сбое сннфазирования системы раздапения каналов выходное напряжение измерителя 7 становится меньше KQ. В момент, когда выходное напряжение и se- KQ срабатывает дискриминатор 9. В результате чего вырабатывается импульс, который, действуя на . R - вход триггера 6,возвращает систему разделения каналов в нормальное состояние. Формула изобретения I. Аппаратура акустического каротажа нефтяных и газовых скважин, содержащая трехэлементный акустический зонд, вычис литель. временных и амплитудных параметров акустического сигнала, дискримин торы напрйженкя, устрЪйство выделения синхроимпульсов, коммутирующий триггер истоковый повторитель и регистратор, от л и ч а ю щ а я е я тем, что, с,целью повышения .точности и эффективности определения поглощающих свойств горнык пород путем изменения отношения энер- 7 гий импульсных акустических сигналов ближнего и дальнего приемников акустического зонда, она содержит измеритель отношения энергий импульсных акустических сигналов, вход которого соединен с выходом акустического зонда, а выход через истоковый повторитель соединен с регистратором. 2. Аппаратура по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что измеритель отношения энергий импульсных акустических сипналов содержит зарядную цепь, разрядную цепь и запоминающий конденсатор, причем входы зарядных цепей подсоединены к выходу акустического зонда, а выходы сое динены с запоминающим конденсатором и «истоковым. повторителем. 3, Аппаратура по пп. 1 и 2, о т л ичающаяся тем, что зарядная цепь содержит дифференцирующий конденсатор, токовый повторитель, формирующий конденсатор, нормально разомкнутый электронный ключ преобразователь Напряженнеток, катушку индуктивности и диод, при- чем Вход зарвдной цепи через дифференцирующий конденсатор подсоединён к выходу акустического зонда, выход дифференцирующего конденсатора соединен со входом токового повторителя, выход которого соединен с незаземленным вхсаом формиоуюшего конденсатора, входом электронкого ключа и входом преобразователя напряжение-ток, выход преобразователя напряжение-ток соединен с незаземяенным выводом катушки индуктивности и анодом дйода катод которого подсоединен к незаземленному полюсу запоминающего конденсатора. 4а Аппаратура по пп. 1-3, о т л и ающая с я тем, что разрядная цепь одержит дифференцирующий конденсатор, ТХ5КОВЫЙ повгорктепь, формирующий конденатор, нормально разомкнутый электроный ключ, преобразователь напряжениеток, катушку индуктивности, транзистор и СТОЧНИК напряжения смещения, причем ход разрядной цепи через дифференцируюий конденсатор подсоединен к выходу кустического зонда, выход дифференци- ую1цего конденсатора соединен со вхоом токового п.овторитепя, выход котороо соединен с незаземленным входом ормирую5Цего конденсатора, .входом элекгонного ключа а входом преобразователя апряжение-ток, выход преобразователя оединен с незаземленным выводом к гугики индукгивносги и эмиггером гранзйсгора, в базу которого включен источник напряжения смещения, а коллектор соединен с незаземленH IM полюсом запоминающего конденсатора.

5. Аппаратура по пп. 1-4, о т л. и ч а ю щ ,а я с я гам, ч го электронные ключи зарядной н ра ядной цепи имеют управляемые входы, причем первые управляемые входы подсоединены к выходу дискриминатора, вход которого соединен с выходом акустического зонда, а вторые управляюшие входы подсоединены к выхо ду коммутирующего триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 327О1316, кл. 34О-18, 1966.

2.Патент США № 3177467, кл 340-15, 1965.

3.Патент США№ ЗО51О29, кл. 181-5, 1960.

4.Патент США № 3362011, кл. 181-5, 1967.

о. Комплексная аппаратура акустического каротажа СП А К-2, сб. Геофидическая аппаратура , вып. 48, Недра 1972,с. 83-88.

«Г У