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

(54) УСТРОЙСТВО АКУСТИЧЕСКОГОКАРОТАЖА

1

Устройство может быть использовано при геофизических исследованиях, в частности при акустическом каротаже скважин.

Известно устройство для акустического каротажа, содержащее многЬэлементный скважинный зонд, наземную панель, блок формирования корреляционной функции. Устройство с помощью корреляционного блока повышает точность фиксации, прихода упругих импульсов 1.

Недостатком его является использование источника акустических импульсов. Эти акустические импульсы имеют малую базу сигнала, что обуславливает в свою очередь малую величину амплитуды корреляционной функции и большую ее ширину, а это не позволяет различать несколько типов волн.

Известно также устройство, содержащее излучатель, приемник, усилитель, смеситель, генератор частотно-модулированных коле баний и коррелятор в виде электромеханических фильтров 2. Устройство предназначено для выделения приходящих волн. Применение частотно-модулированного акустического сигнала и коррелятора обеспечивает в некоторых случаях выделение моментов прихода волн, достаточно разнесенных во времени. Применение в нем электромеханических фильтров значительно снижает скорость обработки информации, а недостаточно большая девиация частот (всего 4-7 кГц) обуславливает недостаточную разрешающую способность устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство также использующее излучатель акустического сигнала с частотной модуляцией. Излучатель последовательно связан с генератором ультразвуковых колебаний, модулятором, блоком управления и буферным блоком, приемник последовательно связан с усилителем, демодулятором, коррелятором, буферным блоком, связанным с блоком измерения интервального времени и регистраторомСЗ.

Для этого устройства характерна чрезвычайная сложность коррелятора с элементом памяти на магнитном барабане и недостаточная разрешающая способность, обусловленная взятой девиацией частоты. В зависимости от скорости распространения акустических волн в породе и затухания этих волн, т. е. в зависимости от свойств породы, для увеичОния разрешающей способности устройста можно было бы увелйчить девиацию часoTHo- и одул йрбва ннОго Си гн а л а, но это вы ывает зкач)тельи1)1е технические трудйОСти. Цель изобретенйя - улучшение: раздеение интерферирующих волн.

Цель; Жбстигается тем , что в скважинный прибор включены генератор тактовых импульсов, генератор бинарной псевдослучайной последовательности, оптимальный фильтр и блок управления, базой сигнала, причем выход блока управления базой сигЗта сбёдинён с первым входом генератора . бинарной псевдослучайной Последовательности и первым входом оптимального фильтра, а его вход соединен с приемником акустических колебаний, второй же вход генератора бинарной псевдослучайной последовательности соединен с выходом генератора тактовых импульсов, связанного в свою очередь с оптимальным фильтром, а оптимальный фильтр подключен к демодулятору и к буферному блоку.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит наземную измерительную панель 1, осуществляющую обработку сигналов, поступающих от скважинного прибора, например, измерения временных интервалов, регистратор 2, блок 3 управления, позволяющий синхронизировать работу;всех элементов скважинного прибора, генератор 4 тактОвых импульсов, генератор 5 бинарной псевдослучайной последовательности, молуяятор 6, генератор 7 ультразвуковых колебаний, излучатель 8 буферный блок 9, позволяюи ий сформиро1заТь сигналы, полученные в скважинном приборе для передачи по каротажному кабелю в наземную панель, блок 10 регулирования базой сигнала, оптимальный фильтр 11, демодулятор 12, усилитель 13, приемник 14 акустических колебаний, эпюру. 15 импульсов, вырабатываемых генератором тактовых импульсов, пример 16 псевдослучайной последовательности, вырабатываемой генератором бинарной псевдослучайной последовательности.

Работает устройство следующим образом. - .

От блока 3 управления на генератор 4

ТаКТОвьТХ и тпу71ьсов поступает сигнал, задающий длительность его работы. От генератора 4 тактовых импульсов импульсы частотой l/Afp.j гти поступают на генератор 5 бинарной псевдослучайной последовательности. ,; генератором вырабатывается видеоимпульс сложной формьг, поступающий через модулятор 6 на генератор 7 ультразвуковых колебаний. Видеоимпульс 16

имеет длительность Т. Модулятор 61ЙЬжет

Осуществлять воздействие на любой параметр ультразвуковых колебаний, вырабатываемых генератором 7 и излучаемых излучателем 8. Наиболее удобна модуляция фа

c.iC. id-i--:...-,,

зы, НО может быть использована и амплитудная модуляция. Необходимо только учесть, что амплитудная модуляция снижает энергию излучаемых сигналов и тем самым уменьшает достоверность приема акустических сигналов.

Сигнал, излученный излучателем 8, возбуждает в окружающей среде самые разнообразные типы волны, например, винтовые, продольные, поперечные, волны Релея и множество иных, отличающихся cкopoctью распространения. Эти вЪлны совместно с многбкратНО бтра е ннъши и шумом создают на выходе приемника 14 акустических колебаний чрезвычайно сложную волновую картину. Эта ВОЛнОвая картина после усиления усилителя 13 и демодулятора 12 поступает на оптимальный фильтр 11. В оптимальном фильтре происходит разделение ин-. терферирующих волн. Полное разделение всех волн, составляющих волновую картину, представляется в настоящее время очень сложной задачей. Для целей интерпретации удовлетворяются анализом нескольких, 2-3. самых первых, прищедших к приемнику типов волн.

После оптимального фильтра разделенные волны предстают в виде коротких импульсов достаточной для регистрации амплитуды.

Каждый такой импульс соответствует приходу той или иной волны. Эти импульсы через буферный, блок 9 одновременно с синхронизирующими импульсами от блока 3 управленйя через каротажный кабель подаются на измерительную наземную панель 1 и регистратор 2.

В измерительной панели может быть измерено время прихода каждой волны, а также разность моментов их поступления.

В случаё прохождения скважинным прибором слоев породы с сильным затуханием, для сохранения точности разделения необходимо увеличить базу сигнала, в частности длину бинарной псевдослучайной последовательности Т. Принимаем, что генератор постоянно работает в максималЬном по мощности режиме. Для изменения базы сигнала волновая картина от приемника 14 акустических колебаний (или после усилителя 13) постугЕает в блок 10 регулирования базой сигнала, где принимается решение об изменении базы сигнала. Это блок воздействием на генератор 5 бинарной псевдослучайной прСледоватёЛьяости изменяет длительность пбСледоватёльносТй и одновременно воздействует На оптимальный фильтр, приводя его в сответствие с новой базой сигнала.

Необходимо иметь ввиду, что работа с последовательностью максимальной длительности снижает скорость каротажа. ПоэfoMy после прохождения слоев с сильным затуханием база сигнала вновь уменьшается. Генератор тактовых импульсов может быть выполнен в качестве обычного симметричного мультивибратора, поскольку особых требований к стабильности частоты тут нет, так как вырабатываемые псевдослучайные последовательности довольно коротки. Из всех известных ныне бинарных псевдослучайных последовательностей наилучшие корреляционные свойства имеют так называемые М-последовательности или линейные последовательности сдвигового регистра максимальной длительности. Последовательности этого типа генерируются устройствами на обычных цифровых элементах. В качестве оптимального фильтра можно использовать схему цифровой линии задержки. Поскольку основные элементы устройства имеют простое схемное решение и могут быть выполнены на интегральных схемах, все устройство вполне помешается в скважинный прибор. При этом нет необходимости принятый широкополосный сигнал выводить по каротажному кабелю на поверхность. Каротажный кабель значительно ослабляет и вносит фазо-частотные искажения в широкополосный сигнал. В нашем случае вся основная обработка сигнала производится в скважинном приборе, а на поверхность выводится результат разделения интерферирующих волновых картин. При этом появляется возможность значительно увеличить базу излучаемого сигнала путем увеличения частоты генератора ультразвуковых колебаний до 220-300 кГц и уменьшения периодов импульсов генератора тактовых импульсов. База сигнала В пропорциональна длительности псевдослучайной последовательности Т и обратно пропорциональна периоду импульсов генератора тактовых импу.льсов, т. е. Амплитуда импульсов с выхода оптимального фильтра, соответствующая той или иной волне, пропорциональна базе сигнала, причем, чем короче , тем выше разрешаюш.ая способность, так как ширина этих импульсов равна Известно, что первые волны, приходящие к приемнику для скважинных приборов с расстоянием между излучателем и приемником порядка 1,5-2 м разделены во времени интервалом порядка 20 мкс. Поэтому также можно принять равным 20 мкс. Поскольку относительная высота дополнительных масимумов взаимокорреляционной функции, по существу вычисляемой оптимальным фильтром, составляет от величины основного максимума, то, приняв отношение амплитуды основного максимума к боковому равным 8 (для надежности разделения) получим значение В равным примерно 64. Амплитуда основного максимума пропорциональна В, амплитуда бокового максимума пропорциональна Х, отсюда В &; В: 64 Таким ооразом получим длительность последовательности Т, равную Т В 64-20 мкс; ;1200.. Для увеличения скорости каротажа время Т может быть уменьшено. При этом уменьшается отношение , амплитуды основного максимума к боковому. В случае отсутствия значительных шумов на такое сокрашение длительности Т можно пойти. Устройство обладает простотой схемы и достаточной разрешающей способностью, что важно при интерпретации материалов ,акусти.ческого каротажа на предмет поиска и оценки запасовнефти и газов. Сравнительная простота схемы позволит изготавливать ИХ в необходимых количествах. Формула изобретения Устройство акустического каротажа, содержаш,ее излучатель ультразвуковых колебаний, последовательно Связанный с генератором ультразвуковых колебаний, модулятором, блоком управления и буферным блоком, приемник ультразвуковых колебаний, последовательно связанный с усилителем, демодулятором и буферным блоком, Лоследовательно связанным с наземной измерительной панелью и регистратором, отличающееся тем, что, с целью улучшения разделения интерферируюших волн, в скважинный прибор включены генератор тактовых импульсов, генератор бинарной и псевдо- , случайной последовательности, оптимальный фильтр и блок управления базой сигнала, причем выход блока управления базой сигнала соединен с первым входом генера-тора бинарной псевдослучайной последовательности и первым входом оптимального фильтра, а его вход .соединен с приемником акустических колебаний, второй же вход генератора бинарной псевдослучайной последовательности соединен с выходом генератора тактовых импульсов, связанного в свою очередь с оптимальным фильтром, а оптимальный фильтр подключен к демодулятору и к буферному блоку. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 310034, кл. Е 21 В 47/00, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР № 374564, кл. G 01 V 1/40, IJ7I. 3.Патент США № 3311875, кл. 340-18, опублик. 1964, (прототип).

8

-J

-IS

/J

/