Устройство для акустического каротожа Советский патент 1979 года по МПК G01V1/52 

1 Изобретение относится к геофизическим приборам для разведка попезтвсых ископаемых, в частности, к устройствам ддя акустического каротажа скважин. HaeecTfui устройства для акустического каротажа ЛАК-3, СПАК-.2, СПАК-4, содержащие снарай-зонд с взлучаюшшл и приемным эпектроакустич е(жими i eo6pe зоватепями. генератор возбуждения вэпучатеяя и измерительную схему для oiip деления интервального времени между моментами возбуждения излучаемого нмауЩя са и первого вступления сигнала на iqjB- емнике ll . Приборы, основанные на измерёнвгв fesfrтервапьного времени не обеспечивают однозначной интерпретации результатов, так как результаты измерений зависят от, мног гих факторов - пористости, модулей упругости средь, ее плотности, трапиноватости, свойств заполнителя пор и т.д. Поэтому в приборах СПАК-2М, СПАК-4 и АКЦ-2 добавлен дополнительный блок для измерения погпошения упругих волн , . Измерение поглощения позволяет значительно повысить надежность интерпретации. Однако, само погж щение .измеряется jC очень большой иог11 ешйостью, так как на результаты измерений влияют перекосы снаряда в скважийе, неровности ее стенок, кавернозность, трещиноватость и дзугие факторы. Поэтому одна ид важных характеристик среды, ее пористость, может | быть определена не всегда с надлежащей точностью. Наиболееблизким техническим решением является прибор для определения ймстроты роста поглощения с частотой, существенш (СВ иаанной с пористостью сред, путем вэмёрёния смещения частоты максимума спектральной плотности акустичоских сигналов, прошедших через упругую среду. Этот прибор содержит излучатель упругих волн в исследуемую среду, приемник волн, индикатор и устройство для ручной перестройки избирательного фильт ра на частоту, соответствующую максимуму показаний индикатора з . Указантюе смещение частоты максимума спектральной плотности может быть измерено значительно точнее, чем само поглощение, так как вариации амцлитудьг принятого сигнапа не аыаыаакзт дополнительной погрешности намерений, Однако, из.а необходимости использования узкополосных сигналов с явно Bbipaженным максимумом спектральной ппотности, прибор обладает низкой чувствитёльнЬстью, так как смещение чйЫ-оты максимума спектральной плотности вкустичееких сигналов после их прохождения че рез исследуемую среду незначИтепьно. Кроме того, процесс измерений трудно поддается автоматизации. Цель предлагаемого изобретенияповышение точности определения пористоети пород, Для этого в снаряд-зонд введен смеситель, первый вход которого подкгаочен через временной овпектор к приемному электроакустическому преобразователю, второй вход - к перестраиваемому гетеродину, выход смесителя через попоссвой фильтр присрединен к разделительному каейаду; один иа шходЬв {эаздепйтеШьног о каскада - к последовательно соединенным квадратичному детектору полного сигнала и управляемому аттенюатору, причем выхо ды квадратичного детектора отфильтрованнбгЪ сИгнайа и yiipM6nia:&Moi 6 at enibafopa подключены ко входам сравнивающего устройства, выход которого подключён к управляющему входу перестраиваемого гетеродина, авькод гетеродинайЬШШбчён к измерительному прибору, кроме того, к перестраиваемому аттенюатору подключено программно-исполнительное устройство.

На фиг. 1 показана функциональная Схема предлагаемого устройства; на фиг.

2показана типичная зависимость поглощения уп ругих волн в горных породах от частоты} на фиг. 3 - показаны энергетические спектры сигналов.

Предлагаемое устройство содержит снарядя-зонд 1, излучающий g и приемный

3электроакустические преобразователи, генератор 4 возбуждения излучателя, скважннное устройство 5 снаряд-зонда, где нмекэтся временной селектор 6, смеситель 7, гетеродин 8, полосовой фильтр 9s разделительный каскад 10, фипьтр 11 верхних нпя нижних частот, квадратичный детектор 12 отфильтрованного сигнала, изад|р атвчны И детектор 13 полного сигнаТипичная зависимость поглощения от частоты приведена на фиг. 2 Из-за роста поглощения с частотой высокочастотные составляющие энергетического спектра принимаемого сигнала ослабляются сильнее низкочастотных, что приводит к перераспределению энергии по спектру сигнала и концентрации энергии в низкочастотной области..

Разделим энергетический спектр излучаемого сигнала некоторой частотой 60 j Так, чтобы энергия высокочастотной (или низкочастотной) части сигнала составляла

заданную часть (например, половину) от энергии всего сигнала. В этом случае площади под кривой 17 слеча и справа от частоты бйд равны.

Теперь проведем эту же процедуру для

Энергетического спектра принятого сигнала (крибая IB). Ввиду указанного выше перераспределения энергии в спектре принятого сигнала частота раздела СО будет меньше частоты со i. Смещение частоты па, управляемый аттенюатор. 14, срл нивающее устройство 15, частотомер 16. На 4иг. 3 17-энергетический спектр излучаемого акустического сигнала, 18энергетический спектр сигнала на приемном электроакустическом преобраэовате- . пе, 19-гармокический сигнал гетеродина, 20-энергвтический спектр сигнала суммарных частот после смесителя, 21-.частотная характеристика коэффициента передачи фильтру верхних частот, о) - частота разДепа энергетического спектра излучаемого сигнала в заданном отношении, COj - то же для сигнала на приемнике, (о„ - частота гетеродина.f Предлагаемое устройство работает следующим образом, Снар яд-зонд 1 име.ет широкополосные излучатель 2 и приемник 3. Излучатель .2 .возбуждается генератором 4 широкопоmxJHoro импульсного или шумового сигнала. Упругие волнь излучаются в исследуемую среду и распространяются вдоль оси скважины в виде скользящих неоднородных упругих и пов хностных волн, создающих головные волны в заполняющей скважине ясидкости. Головные волны принимаются акустическим преобразователем З.Его сигнал поступает в скважинное устройство снаряда-зонда 5., Энергетические спектры сигналов на излучателе 2 и приемнике 3 существенно отличаются ввиду того, что поглощение упругих волн в горных породах растет с частотой. раздтзпя характеризует быстроту ростл об (СО ), которая, в свою очередь, зависит от пористости горных пород и ее характера, а также от размеров зерен попикристаппов. Поэтому измерение частоThi раздепа дает важную информацию о горных породах. Скважинное устройство снаряд-зонда автоматически производит определение частоты раздепа энергетического спектра при-10 нятого сигнапа в любом заданном соотношении. Это осуществляется следующим об разом. Сигнал с приемника 3 через временной селектор 6 поступает на смесител f И смешивается с гармоническим сигналом перестраиваемого гетеродина 8 частотой СО ft На выходе смесителя, как известно, будут сигналы разностньтх и суммарных частот. . В предлагаемом устройстве используете яг сигнал суммарных частот, что дает ряд преимуществ: однозначность отсчета, упрощение конструкции узлов, уменьшение их р меров и т.д. Спектр суммарных частот (частота гетеродина плюс частота соответствующей спектральной компоненты сигнапа) выделяется полосовым фильтром 9. Энергетический спектр сигнапа суммарных частот показан на фиг. 3 (кривая 20). Полосовой фипьт р 9 защищает также все уст ройство от допрпнитепьных помех. Далее сигнал с полосового фипьтра 9 через разделительный каскад 10 поступает в два различных канала, В одном из них помещен фильтр 11 верхних (или нижних) частот с фиксированной частотой среза. Отфильтрованный сигнал детектируется квадратичным детектором 12. На его выходе будет постоянный во времени сигнал, пропорциональный энергии высокочастотной (или низкочастотной) отфильтрованной части этого сигнала. Квадратичный детектор 13 дает сигна , пропорциональный энергии всего сигнапа. Он делится аттенюатором 14 в заданном отношении (например, пополам) и сравнивается с выходным сигналом квадратичного детектора 12 с помощью сравнивающего устройства 15, на выходе которого формируется разность входных величин Этот выходной сигнал изменяет частоту . гетеродина 8 до тех пор, пока сам не уменьшится до величины порога чувствительности схемы, что будет означать, .что энергия отфильтрованной части сигнала составляет заданную часть от энерг.ии всего сигнала. При аг тематической пере- 6 468 ,.В стройке частот1Л гет9родит1а сг.кг) суммарных частот передвигается по шкале частот относительно постоянтюй частоты среза фипьтра до тех пор, пока в полосу прозрачности не попадает заданная,часть энергии всего сигнапа. Отсчет результатов измерений производится с помощью чаЬтотомера 16, который может располагаться .на поверхности, тогда как все остапьное устройство может быть размешенс) в скважинном снаряде, В этом случае сигнал закодирован в ввде частоты, что очень удобно с точки зрения помехоустойчивости. Перестройка гетеродина может быть осуществлена чисто электронными .средствами или электромеханическими устройствами. При измерении частоты гетеродина возможно ее смещение с частотой стабильного генератора с последующим выделе-: нием и измерением разности частот. Это повышает разрешающую способность частотомера 16. Отношение энергий отфильтрованного и полного сигналов может непрерывно изменяться по .программе, что достигается сочленением управляемого аттенюатора, 14 с обычным или шаговым двигателем. В этом случае может быть получена зави- . симость поглощения упругих волн в горных породах от частоты из измеренных зависимостей частоты раздела спектра от отношения энергий отфильтрованного и полного сигналов. Предлагаемое устройство позволяет простыми средствами осуществить спект рометрические измерения Непосредственно в скважине без передачи анализируемых сигналов на поверхность, что устраняет влияние частотно-зависимого поглощения кабеля. Простота устройства дает возможность совмещения его в одном скважинном снаряде-зонде с уже существующими приборами акустического каротажа, что rm T nt-kQXjrTT о v rr nrMTtTti - trr4Tirk TtTf дает значительный технико-экономический эффект, так как существенно повышает количество получаемой инdx)pмaцки о разрезе скважины и увеличива;5т надежность интерпретации получаемых данных. Это паз- воляет повысить достоверность выделения и оценки запасов нефтегазовых пластов. Ф-ормула изобретения. Устройство для акустического каротажа, одержащее снаряд-зонд с излучающим и