Устройство акустического каротажа Советский патент 1979 года по МПК E21B47/14 G01V1/00 E21B47/18 

(54) УСТРОЙСТВО АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

1

Изобретение относится к области геофизической разведки и может быть использовано при геофизических исследованиях скважин в аппаратуре акустического каротажа.

Известна аппаратура акустического каротажа с переменной длительностью мертвого времени в тракте усиления, содержащая скважинныЯ зонд и наземную аппаратуру вк.гаочакяцу блок стробирования, генератор линейно-изменяющегося напряжения, зарядный ключ, накопительный конденсатор, селекторный усилитель, блокинг-генератор, катодный повторитель , регулируемый мультивибратор н регистратор 1.

Однако относительно малая помехоустойчивость вызвана тем, тракт усиления открывается на относительно длительное время, ограниченное с одной стороны концом селекторного строб-импульса регулируемого одновибратора, и максимально возможным временем пробега сигнала от излучателя до приемника с другой стороны. При этом даже при кратковременных затуханиях сигнала (что имеет место при прохождении скважинным зондом каверн и участков трещиноватых пород) устройство обратной связи так воздействует на управляемый одновибратор/ что последний либо на длительное время закрывает селективный усилитель, либо перестает перекрывать мертвое время . Пря втом время восстановления работоспособности селекторного усилителя зависит от частоты посяшок вонлирупоих

0 импульсов, от частоты сигнала н от длительности интервала упреждения, равного промежутку времени от конца запираклдего строб-импульйа до первого вступления сигнала. В периоды

5 медленного восстановления работоспособности селективного усилителя на регистратор поступгиот недостоверные данные о временном положении первого вступления сигнг1ла.

0 Известно устройство, состоящее из блока стробирования, генератора линейного напряжения, зарядного ключа, накопительного конденсатора, регу.пируемого одновибратора, катодного повторителя, одновибратора селекции, дифференцирующей ячейки, блокинг-генератора, селекторного уси.лителя (2 .

Это устройство уменьшает последствия сильного затухания сигнала,

0 однако,при затухании сигнала на время большее N периодов захвата первого вступления эта система не обеспечивает. Здесь N численно равно периоду сигнала (т.е. 30-40 мксек), деленному на длительность импульса одновибратора строба. Известно устройство, содержащее зарйдно-разрядные схемы, триггер заряда, одновибратор строба и одновибратор разряда, фантастрон, логическую схему И, нуль орган, одновибратор переменной задержки 3. При работе фантастрон вырабатывает импульс, длительность которого пропорциональна напряжению с выхода зарядно-раэрядной схемы. По заднему фронту этого импульса запускается одновибратор разряда и идет разряд емкости памяти зарядно-разрядной схемы. После одновибратора разряда по его заднему фронту опрокидалвается тригге заряда и начинается заряд емкости зарядно-разрядной схемы. Одновремен но с опрокидыванием триггера заряда запусхаетсн один из. одновибраторов переменной задержки, а за ним одновибратор строба, имеощий короткую длительность, обеспечивакядий защиту от помех. В установившемся режим е время разряда равно времени .заряда и состояние зарядно-разрядной схемы не меняется при условии, что ток заряда и ток разряда емкости памяти равны друг другу. Это устройство рбЛсщает значительной помехоустойчивостью, благодаря короткой длител ности одновибратора строба, однако, при кратковременном пропадании .вход ного акустического сигнала возможен сбой, этот вид сбоя исключен в описываемом ниже устройстве. Наиболее близким к изобретеншо является устройство, состоящее из одновибратора задержки, генератора, управляемого напряжением, одновибратора строба, триггера заряда, одн вибратора заряда, логической нуль-органа и зарядно-разрядиой схем 4. Сбой при кратковременнс пропсщании сигнала устранен благода ря такш.1 связям элементов друг с другом, при которых изменение состо ния зарядно-разрядных схем происходило бы только при приходе акустиче кого сигнала. Однако помехоустойчивость всех известных устройств различна при выделении первого вступле ния ближней и дальней волновых картин. Объясняется это большим путем, проходящим акустической волной от излучателя до дальнего прие11«ника. Ввиду этого интенсивность волны, пришедшей к дальнему щ иемнику, мен ше интенсивности волны, пришедшей к ближнему приемнику. Поэтому при одном и том же уровне псйлех условия выделения первого вступления дальне волновой картины хуже, чем условия ыделения первого вступления ближней олновой картины. При этом все же ледует иметь в виду, что уровень омех,идущих от дальнего приемниа, все же выше, чем от ближнего риемника. Все это приводит к тому, что стройство, достаточно надежно слеящее за первым вступлением ближней олновой картины, не обеспечивает ребуемой надежности слежения за первым вступлением дальней волновой картины. Целью изобретения является повыение надежности выделения первого вступления дальней волновой картины. Достигается это тем, что в устройство дополнительно Бведены компенсирукщий одновибратор, расширитель импульсов и логическая схема 2 и-ИЛИ, где входы регулирования и запуска компенсирующего одновибратора соединены с наземной панелью, а выход через фантастрон соединен с запускающим входом расширителя импульсов и первым входом логической схемы 2И-41ЛИ, регулирующий вход расширителя импульсов соединен с наземной панелью, а выход - с вторьлм входом логической схемы 2И-ИЛИ, третий и четвертый ее входы соединены с противоположными плечами триггера-каналов соответственно, а выход логической схегл 2И-ИЛИ через разрядный одноеибратор соединен с запуска1ацим входом зарядного одновибратора к разрежающим входом одновибратора строба. На фиг, I приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 изображены эшоры импульсов с выходов эл «1ентов устройства. Устройство содержит наземную панель 1, обеспечивгиощую синхронизацию устройства, усиление приходящего из скважинного прибора сигнала, соответствующие регулировки, компенсирукю ий одновибратор 2, фантастрон 3, представляянзщй собой, в данном случае, генератор импульсов, ynpaBnaeMtsK напряжением; расширитель импульсов 4 - устройство, вырабатывающее импульс, длительность которого строго пропорциональна длительности входного импульса, т.е. tp КЬф, где tp - длительность импульса расширителя импульсов; К - константа - заданный вручную или автсялатически некоторый коэффициент; - длительность импульса фантастрона. Кроме того устройство содержит логическую схему2И-ИЛИ 5, разрядный одновибратор б; зарядный одновибратор 7, логическую схему И 8, зарядно-разрядную схему 9, устройство, имеющее

конденсатор памяти и ее цепь заряда и разряда (источники токов заряда и разряда), служит для запоминания в виде напряжения времени первого вступленил. По существу является пробразователем время - в напряжение усилитель 10, формирователь, обеспечивающий обработку сигнала от скважи ного прибора; триггер 11 каналов, обеспечившощий раздельную обработку сигнала ближней и дальней волновых картин; одновибратор 12 строба, разрешающий изменение состояния зарядноразрядной ячейки только по приходу первого вступления. Передний фронт импульса с его выхода является моментом первого вступления; кабель 13, соединяющий скважинный прибор с наземной панелью; излучатель 14 акустических импульсов; ближний приемни 15 акустических импульсов; дальний приемник 16 акустических импульсов. На фиг. 2 а и 3 изображены соответственно, ближняя и дальняя волновые картины, т.е. сигнал на входе усилителя-формирователя 10 на фиг.1;

б,и - сигналы с выхода усилителяформирователя, соответствующие ближней и дальней волновым картинам;

в,л - импульсы одновибратора строба 12; г, м - импульсы одновибратора разряда 6; д - импульсы одновибратора заряда; е - импульс фантастрона; ж - импульс компенсирующего одновибратора; к - импульс расширителя импульсов.

Принцип, устройства основывается на определенной связи между временами прихода сигнала от излучателя к ближнему и дальнему приемникам.

PaccMoi-. в упрощенном виде распространение акустической волны от излучателя до приемника. Акустический импульс от излучателя, пройдя по буровому раствору,заполняющему скважннуг достигает стенки скважинл и входит в окружсцощую породу. Пройдя по породе расстояние L или + с и вновь распространяясь по буровому раствору, некоторая часть излучен™ ной акустической энерг}«1 достигает ближнего и дальнего приемников и преобразуется ими в электрический сигнал, передаваемый по кабелю в наземную панель. Видно, что часть пути проходимая волной по буровому раствору как до ближнего приемника, так и до дальнего приемника равны.

Обозначим время, затраченное волной на прохождение этого пути через to Путь, проходимый волной по породе до ближнего приемника, равен L, а до дальнего приемника - L+ и определяется конструкцией скважинного прибора.

Соответственно время, затраченное волной на прохождение пути L, .tJ, а пути L+ g через t. Отсюда

чим

Ч K-tf,

L+t

где К

определяется конструк цией скважинного прнбо5Ра.

Таким образом,, время, затраченное волной на прохождение пути до ближнего приемника,составит Т to tja до дальнего приемника - Т t + t; 10 - to + Ktf,

Акустическая волна, пришедшая к ближнему приемнику, имеет большую интенсивность, чем волна, пришедшая к дальнему приемнику. Следовательно, с время Т, от момента излучения до прихода волны k ближнему приемнику может быть определено известными устройствами с большей достоверностью, чем время Tg.

Зная конструкцию скважинного прибора, можно определить значение коэффициента расширения времени t - параметр К. Для одной и той же скважины и скважинного прибора время to можно считать постоянным и оно может 5 быть установлено в процессе предварительной настройки.

Предлагаемое устройство осуществлено на основе изложенных соображений, т.е. при известных t, и К измеряют время tj и, умножая его в К раз определяютпримерную временную область, в которой должно появиться первое вступление дальней волновой картины.

5 Устройство работает в статическом режиме, т.е. в режиме, когда условия прохождения акустической волны неизменны от цикла к циклу, следующим образом. Вначале, в первом Q цикле, дoJLжнo быть определено время Ti - время от момента излучения акустического импульса до его прихода к ближнему приемнику. Синхронизирующим импульсом от наземной панели, совпадающим с моментом излучения акустического импульса, запускается компенсирующий одновибратор 2. Он вырабатывает импульс длительностью to (фиг. 2 ж) и задним фронтом запускает фантастрон 3. Длительность импульса фантартрона равна tl(фиг. 2 е) и определяется управляющим напряжением от зарядно-разрядной схемы 9. Задним фронтом фантастрона запускается расширитель импульсов 4, но 5 триггер каналов 11 разрешает прохождение через цепь 2И-ИЛИ импульса . только от фантастрона, поскольку меряется время Ti.. Задним фронтом импульса фантастрона, прошедшего через Q цепь 2И-ИЛИ, запускаются последовательно одновибратор разряда 6 и одно ибратор заряда 7. Импульс одновибратора разряда 6 (фиг. 2 г) является разрешающим для одновибратора строба 12. Если в течение этого импульса поступает от усилителя-формирователя импульс, то запускается одновибратор строба 12 и в течение одной части его происходит разряд эарядно-разрядной схемы, а другой - ее заряд (фиг. 2 в, г, д. Импульс одновибратора разряда 6 выбирается достаточно коротким порядка 10- 15 мк-сек, что повышает помехоустойчивость выделения.первого вступления. Регулирующее напряжение с выхода зарядно-разрядной схемы поступает на фантастрон и при неизменных условиях прохождения а устичаской волны в породе окно слежения первого вступления будет неизменно во времени. Если условия изменятся то акустическая волна придет с некоторым сдвигом во времени по отношению к предыдущему циклу. Импульс одновибратора строба также сдвинется во времени, поэтому время разряда в заряд® зарядно-раэрядной схемы изменится. Изменится также ее выходное напряжение, воздействующее на фантастрон. Изменится, следовательно, и время импульса фантастрона tj Результатом всех этих изменений и воздействия обратной связи должно быть новое состояние равновесия сис темы. При этом установится новое зна ние выходного напряжения эарядно-ра рядной схемы,и импульса фантастрона t,причем время заряда и время разр станут опять рааньо ги друг другу. Таким образом, определяя время T мы определяем время t, равное длительности импульса фантастрона. Это время нам необхсяимо для определени момента первого вступления дальней волновой картины, которое осущесггвл ется so втором цикле. Во втором цикле триггер каналов 11 меняет свое состояние. При этом, воздействуя на логическую схему 8, запрещает изменение состояния зарядно-разрядной схемы 9, а воздействуя на логическую схему 2И-ИЛИ 5, разрешает прохож1ение импульса чере нее только от расширителя импульсов 4. Итак, по синхронизирующему импул су от наземной панели одновременно с опрокидыванием триггера каналов 11 запускается компенсиругаций одновибратор 2. Длительность его импуль са в результате настройки установилась равной времени to-Задним фронтом этого импульса запускается фантастрон 3, Длительность импульсов которого задается напряжением с выхода зарядно-разрядной ячейки. Посл Фантастрона 3 срабатывает расширите импульсов 4„ Длительность его импул са равна длительности импульса фант строна, умноженной на заданный постоянный коэффициент, определяемый параметрами скважинного прибора. Задним фронтом расширителя импульов 4 запускается одновибратор разяда 6, Зсщаюций окно, в котором большой вероятностью появляется ервое вступление. В данном случав ервое вступление дальней волновой артины, т.е. импульс одновибратора азряда 6 разрешает запуск одновибатора строба 12 от усилителя-формиователя 10 при поступлении волноой картины от снаряда. Таким обраом, передний фронт импульса одноибратора 12 будет моментом первого вступления. Таким образом, предложенное устройство обеспечивает повьииенную надежность выделения первого вступления дальней волновой картины,что исключает пропуск части информации и позволяет более качественно обрабатывать информацию. Предлагаемое устройство будет использовано в измерительной панели акустического каротажа скважин, разрабатываемой по ОКР на 1977-78 г. Формула изобретения Устройство акустического каротажа, содержащее скважинный прибор с излучателем и приемниками акустических импульсов, связанный кабелем с надежной панелью, к которой параллельно подк.Ш}ченЫ триггер каналов, усилитель формирователь с цепью регулирования усиления и порога, связанный с одновибратором строба, фантастрон, последовательно связанные между собой зарядный и разрядный одновибраторы, логическая схема связанная одним входом с разрядным . одновибратором, вторым входом с за-. рядным одновибратором, третьим входом с триггером каналов, четвертым входом с одновибраторсял строба, и зарядно-разрядная схема, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности вьащеления первого вступления дальней волновой картины, введены компенсирующий одновибратор, расширитель Импульсов,логическая схема 2И-ИЛИ,где входы регулирования из запуска компенсирующего одновибратора соединены с наземной панелью, а выход через фантастрон соединен с запускаклцим входом расширителя импульсов и первым входом логической схемы 2И-ИЛИ, регулиру ощий вход расширителя импульсов соединен с наземной панелью, а выход - со вторым входом, логической схемы 2И-ИЛИ, третий и четвертый ее входы соединены с противоположными плечами триггера-каналов, соответственно, а выход логической схемы 2И-ИЛИ через разрядный одновибратор соединен с запускающим входом зарядного одновибратора и разрешающим входом одновибратора строба.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

А

Ш-/5

/

(прототип).

ifu.1