Устройство для акустического каротажа на отраженных волнах Советский патент 1979 года по МПК E21B47/14 G01V1/00 

1

Изобретение относится к области сейсморазведки, в частности к устройствам акустического каротажа.

Известны устройства для акустических исследований, регистрирующие информацию об исследуемом объекте, содержащуюся в отраженном от объекта акустическом сигнале. Например, одно из устройств 1 позволяет получать представление о конфигурации подземных хранилищ, регистрируя время прихода отраженного от стенки хранилища зондирующего акустического импульса. Устройство «Профиль-2 2 регистрирует два взаимно перпендикулярных диаметра скважины также путем регистрации времени прихода отраженного от стенки скважины зондирующего акустического импульса. Недостаток этих устройств заключается в том, что они из всей информации, содержащейся в отраженном сигнале, используют только время прихода отраженного сигнала.

Известно устройство для акустического каротажа на отраженных волнах 3, которое осуществляет регистрацию акустической «фотографии стенки скваж;ины, акустической жесткости пород и профиля скважины, используя для этого эхо-сигналы, полученные при отражении от стенки скважины зондирующих импульсов высокочастотных (1-2 МГц) акустических колебаний. Устройство содержит высокочастотный электроакустический канал, включающий в скважинном приборе электропривод, высокочастотный сканирующий электроакустический преобразователь, азимутальное ориентирующее устройство, блок синхронизации, генератор, амплитудный ограничитель, усилитель, детектор, блок стробирования,

блок автоматической регулировки усиления, блок осреднения, выходной каскад и блок регистрации.

Недостаток известного устройства заключается в том, что малая длина волны зондирующих упругих колебаний (K:vl мм), необходимая для получения высокой разрещающей способности акустической «фотографии, приводит к больщой погрещности .при определении акустической жесткости

пород. Это связано с тем, что из бурового раствора, заполняюп1его скважину, на ее стенки осаждается глинистая корка, толщина которой зависит от величины пористости пород, слагающих стенку скважины, и может достигать порядка 10 Я. Глинистая корка обладает исключительно высоким поглощением акустических колебаний этого частотного диапазона, что приводит к резкому уменьщению амплитуды эхо-сигналов против пород, покрытых глинистой коркой, не

соответствующему коэффициенту отра кения на границе скважинный раствор - порода в случае отсутствия глинистой корки. В результате регистрируемая этим устройством величина акустической жесткости пород не является достоверной.

Однако, используя для зондирования упругие колебания с большой длиной волны, обладающие больщой проникающей способностью, на которые не будет заметно сказываться наличие глинистой корки, можно значительно повысить точность измерения акустической жесткости пород. Кроме того, если в запись акустической жесткости, полученную с помощью высокочастотных колебаний, ввести в качестве поправки значение акустической жесткости, полученной с помощью низкочастотных колебаний, то результирующая запись даст дополнительную информацию о наличии и величине глинистой корки, т. е. позволит судить о величине пористости исследуемых пород.

Цель изобретения - повыщение информативности и точности измерения аппаратуры на отраженных волнах.

Цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены низкочастотный электроакустический канал, инвертор и сумматор, низкочастотный электроакустический канал содержит низкочастотный сканирующий электроакустический преобразователь, блок синхронизации, генератор, амплитудный ограничитель, усилитель, блок автоматической регулировки усиления, блок стробировання, блок осреднения и выходной каскад. Выход блока осреднения низкочастотного канала соединен через инвертор с одним входом сумматора, выход блока осреднения высокочастотного канала соединен с другим входом сумматора. Выход сумматора подключен к входу выходного каскада высокочастотного канала, а низкочастотный сканирующий электроакустический преобразователь соединен механически е высокочастотным сканирующим преобразователем через редуктор, понижающий обороты в целое число раз.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2, а-и даны временные диаграммы, поясняющие его работу.

Электропривод 1 механически соединен чувствительным элементом азимутального ориентирующего устройства 2, например, гироскопического, высокочастотным (f « 1-2 МГц) электроакустическим преобразователем 3 и через понижающий редуктор 4- с низкочастотным электроакустическим преобразователем 5.

В высокочастотном канале схема 6 формирования импульса азимута соединена с чувствительным элементом азимутального ориентирующего устройства 2 и с одним из трех импульсных входов выходного каскада 7; выход блока 8 синхронизации подключен к пусковым входам генератора 9 ударного возбуждения, нагруженного на акустический преобразователь 3, блока 10 стробирования и к второму импульсному входу выходного каскада 7. Через двусторонний амплитудный ограничитель 11 акустический преобразователь 3 подключен к входу высокочастотного усилителя 12, выход которого через амплитудный детектор 13 и блок 10 стробирования подключен к третьему импульсному входу выходного каскада 7, к входу блока 14 осреднения и к входу блока 15 автоматической регулировки, подсоединенного к усилителю 12 и к одному из входов сумматора 16, выход которого подключен к потенциальному входу выходного каскада 7.

В низкочастотном канале выход блока 17 синхронизации подключен к пусковым входам генератора 18 ударного возбуждения, нагруженного на акустический преобразователь 5, блока 19 стробирования и к одному из двух импульсных входов выходного каскада 20. Через двусторонний амплитудный ограничитель 21 акустический преобразователь 5 связан с входом высокочастотного усилителя 22, выход которого через блок 19 стробирования подключен к второму импульсному входу выходного каскада 20 и к входу блока 23 осреднения, выход которого подключен к потенциальному входу выходного каскада 20 и через инвертор 24 - к второму входу сумматора 16, и к входу блока 25 автоматической регулировки усиления, подключенного к усилителю 22.

Наземный регистратор содержит электронный блок 26 визуализации быстро- и медленноменяющихся сигналов и фотокамеру 27.

Устройство работает следующим образом.

В скважинном приборе электропривод 1 вращает с одинаковой частотой вращения (л:5 об/мс) чувствительный элемент 2 азимутального ориентирующего устройства и высокочастотный акустический преобразователь 3 и через редуктор 4 с пониженной частотой вращения ( 1 об/мс) низкочастотный акустический преобразователь 5 вокруг оси скважинного прибора. Схема 6 формирования импульса азимута выдает синхроимпульс, например, положительной полярности в момент определенного направления акустического преобразователя 3, например в момент направления его на север (фиг. 2,а), который поступает на первый из импульсных входов выходного каскада 7. Блок 8 синхронизации выдает синхроимпульсы (фиг. 2,а) с частотой повторения около 2 кГц противоположной, отрицательной полярности, запускающие генератор 9, блок 10 стробирования и поступающие на второй импульсный вход выходного каскада 7.

Возбужденный генератором 9 акустический преобразователь 3 излучает пакет зпругих волн в паправлении к стенке скважины, принимает отраженный от стенки пакет волн и преобразует его в импульс электрических колебаний (фиг. 2,6), который, пройдя двусторонний амплитудный ограничитель 11, предохраняюпдий усилитель 12 от высоковольтного импульса излучения преобразователя 3, усиливается усилителем 12, детектируется для передачи по кабелю детектором 13 (фиг. 2,в).

Полученный видеосигнал через блок 10 стробирования поступает на блок 14 осреднения и на третий импульсный вход выходного каскада 7. Блок стробирования закрывается в момент прихода импульса от блока 8 синхронизации и открывается для прохождения видеосигнала через определенное время, равное наименьшему времени прихода отраженного пакета волн (фиг. 2,г). Блок осреднения осредняет пиковое значение амплитуды видеосигналов за несколько оборотов преобразователя 3 (фиг. 2,д) и подает медленно меняющееся напряжение на вход блока 15, управляющего коэффициентом усиления усилителя 12, и на один из входов сумматора 16, выход которого подключен к потенциальному входу выходного каскада 7.

В низкочастотном канале блок 17 синхронизации выдает синхроимпульсы с частотой следования около 200 Гц (фиг. 2,е), зацускающие генератор 18 ударного возбуждения, блок 19 стробирования и поступающие на первый импульсный вход выходного каскада 20. Генератор 18 выдает пакет электрических колебаний на акустический преобразователь 5, который излучает пакет упругих волн в направлении к стенке скважины, принимает отраженный от стенки пакет волн и преобразует его в импульс электрических колебаний (фиг. 2,ж), который, пройдя двусторонний амплитудный ограничитель 21, усиливается усилителем 22 и через блок 19 стробирования поступает недетектированным на второй импульсный вход выходного каскада 20 и на вход блока 23 осоеднения.

Блок 19 стробирования закрывается в момент прихода импульса от блока 17 синхронизации и открывается для прохождения отраженного сигнала (фиг. 2,г). Блок 23 осредняет пиковое значение амплитуды отраженного сигнала с постоянной времени, равной примерно времени одного оборота преобразователя 5 (фиг. 2,з) и подает медленно меняющееся напряжение на вход блока 25, подключенного к усилителю 22, на потенциальный вход выходного каскада 20 и через инвертор 24, меняющий полярность этого напряжения на противоположную полярности выходного напряжения блока 14 осреднения, на второй вход CVMMP Oра 16.

Па выходе сумматора 1G получается разностное напряжение, которое поступает на потенциальный вход выходного каскада 7 (фиг. 2,и). Таким образом, с выходного каскада 7 высокочастотного канала в наземный регистратор поступают синхроимпульсы азимута, синхроимпульсы запуска генератора 3, видеосигналы и медленно меняющееся напряжение, а с выходного каскада 20 низкочастотного канала в наземный регистратор поступают синхроимпульсы запуска генератора 18, отраженные сигналы и медленно меняющееся напряжение. В наземном регистраторе в блоке 26 визуализации осуществляется визуализация на экранах электронно-лучевых индикаторов акустической «фотографии стенки сквал ины, профиля скважины и двух медленно меняющихся напряжений,-одно из которых соответствует акустической жесткости пород, измеренной в низкочастотном канале, а другое - наличию и величине глинистой корки на исследуемых породах. Для запуска развертки электронного луча по экрану электронно-лучевого индикатора, визуализирующего профиль скважины, измеряемый низкочастотным каналом, используются пересчитанные синхроимпульсы азимута так, что одна развертка на

экране индикатора соответствует одному обороту низкочастотного электроакустического преобразователя. Для упрощения аппаратуры редуктор 4 понилсает обороты преобразователя 5 в целое число раз.

Фотокамера 27 осуществляет фотографирование экранов электронно-лучевых индикаторов блока 26 в одном масщтабе по отношению к движению скважинного прибора.

Применение предлагаемого устройства позволит повысить точность измерения акустической жесткости пород, оценить наличие и величину глинистой корки на породах, тем самым улучтпить точность определения физико-механических свойств пород, величину их пористости и повысить информативность акустических методов исследования скважин.

Формула и 3 о б р е т е н и я

Устройство для акустического каротажа на отраженных волнах, содержа1псс вьтсокочастотпг тй электроакустический капал, включающий п скпажинном приборе элсктроприпод, высокочастотный сканирующий электроакустически г рообразовател 5. аз мутальное ориентирующее устройство, блок синхронизации, генератор, амплитудный огранич стель, ус литель, детектор, блок стробирования, блок автомат 1:ческой регулировки усиления, блок осреднения и выходной каскад и в наземном регистраторе - блок визуализапи быстро- и медленно меняю цихся процессов и фотокамеру, отличаю щ е е с я тем, чт целью повыщения и.н.-.

7

формативностн и точности измерения на отраженных юлнах, в него дополнительно введены низкочастотный электроакустический канал, содержащий понижаюидий редуктор, низкочастотный сканирующий электроакустический преобразователь, блок синхронизации, генератор, амнлитудный ограничитель, усилитель, блок автоматической регулировки усиления, блок стробирования, блок осреднения и выходной каскад, инвертор и сумматор, нри этом выход блока осреднения низкочастотного канала соединен через инвертор с одним входом сумматора, выход блока осреднения высокочастотного канала соединен с другим вхо8

дом сумматора, выход сумматора подклю4Ci ч входу выходного каскада высокочасrorii.no канала, а низкочастотный сканирующий электроакустический преобразователь соед1 Ьен мсхапическп с высокочастотным сканирующим электроакустическим иреобразопателем через редуктор, понижающий обороты в целое число раз.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР До 172507, кл. G 01V 1/40, 1962.

2.РЖ «Геофизика № 5, 1971, 5Д345К.

3.Патент США № 3369629, кл. 181-5, . 1968.

...п

ГТ11гТ-

,..;I L

§

ТГ

и

гх

/к