Аппаратура видеокаротажа Советский патент 1979 года по МПК E21B47/00 E21B47/14 G01V1/40 

(54) АППАРАТУРА ВИДЕОКАРОТАЖА

Изобретение относится к области промыслОБо-геофизических исследований и может быть использовано для получения изображения развертки стенки буровых скважин. Известно устройство видеокаротажа состоящее из скважинного прибора с накопительной емкостью и разрядным устройством, ультразвуковым преобразователем с механизмом вращения, усилителем принятых отраженных импульсов и амплитудным детектором, усилителем видеимпульсов и синхроимпульсов, измерительной панели (панели) с блоками селекции видеоимпул сов, пиковым детектором видеоимпуль сов с постоянной времени разряда его нагрузки, равной одному или нескольким периодам вращения ультразвукового преобразователя (преобраз вателя), модулятора яркости электр нолучевой трубки, работающей в режи ме однострочной развертки, и фотокамеры. Механическое и электрическое соединение скважинного прибора z панелью осуществляется при помощи каротажного кабеля {1}. Недостаток устройства состоит в том, что качество картирования стен ки скважины зависит от состояния ее поверхности и изменения ее диаметра. При изменении диаметра скважины с глубиной будет происходить модуляция огибающей видеосигнала с частотой, меньшей частоты вращения преобразователя, а при изменении диаметра в сечении, перпендикулярном оси скважины, - с частотой, большей частоты вращения преобразователя. Кавернообразования и желобообразования, соответствующие этим случаям, часто приводят к полной потере информации из-за чрезвычайно большого затухания ультразвуковых волн в промывочной жидкости и несоответствия контраста видеосигнала максимальному значению контраста, который может обеспечить электроннолучевая трубка .(ЭЛТ) . Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае- . мому результату является устройство, в котором для выравнивания контраста. выдеосигНала из-за изменения диаметра скважины с глубиной и акустических свойств горных пород и промывочной жидкостивлияющих, факторов) используется автоматический регулятор контраста.

Извесгное устройство состоит из скважиинсг : с накопительной емьог:тыо и р:13рядным устройством собранным на .цннисторе, преобразователем с Mt;xaHH3yiOM кращциия, управляемым аттрпюптором на фиксированное число поло K :hHi г усилителем ультразвуковг. HMnyjiJjcOB, амгигитудным дететором, усилителем видеоимпульсов и CHHxpoiiMii:,V:fH Oii,. ;u- iicj;i :. автоматичс-сK.ii iiDpM./tiin.jaj.u-rn вндео-сигнало-в , cej):-KL,nn лилеоимпу пьсоз , пиковО1О детектора видооимпу; ьсов с постоянной иремени разрчх а его i.aipyки, равной одному иди нескольким периодам враикг.чия преобразователя , автоматической регулировки контраста, автоматической регулировки усиления, мо,(Ауля:;.;. ;;ркости Э.ГГ работающе в режиме однострочной развертки, и фотокамеры 21 .

Аппаратура работает следующим образом.

Формиров 1ние импульса излучения ультразвукового преобразователя происходит при разрядке накопительной емкости через динистор на нагрузку, к оторой является преобразователь. Частота следования импульсов излучения определяется постоянной времени заряда накопительной емкости, а амплитуда постоянна (определяется типом динистора).

Ультразвуковые импульсы, -отраженные от стенки скважины, принимаются тем же преобразователем-. При сканировании стенки скважины вращающимся вокруг оси и перемещающимся вдоль нее преобразователем осущест.вляется исследование элементарных площадок стенки скважины по винтовой линии. При этом каждому обороту преобразователя соответствует сканирование стенки скважины по одному витку и синхронное отображение их акустических характеристик на экране ЭЛТ в виде модулированирлх по якости элементов строки.

Принятые ультразвуковые импульсы преобразуются в. электрические импулсЫ, поступающие на управляемый аттенюатор, положение которого устанатвливается оператором в зависимости отожидаемого максимального уровня принятых Отраженных сигналов, усиливаются и детектируются амплитудным детектором. Видеоимпульсы с вьтхода амплитудного детектора усиливаются по мощности, смешиваются с синхроимпульсами противоположной полярности и передаются по кабелю в панель на вход блока автоматическо нормализации видеосигналов, в котором производится автоматическая компенсация затухания. Нормализация видеосигнала осуществляется путем регулирования коэффициента усилния таким образом, чтобы синхроимПульс на eiO выходе 6tam равен заданHCiMy опорному ypoiiiiio. (дрювременно происходит подстройка уровня видеосиг ала. Далее нормализованный видеосигнал вь-дделяется в блоке селекции импульсов и подается на вход блока пикового детектора с постоянной времени разряда нагрузки, равной одному или более периодам вращения преоеразозателя. Физический смысл выделенаой таким образом огиба1Одей максимальных значений видеосигнала за. Один или несколько оборотов преоразовслтеля заключается в том, что е значения н.аиболее достовер 1О отображают литологический признак породы по сечению (по витку), как соответствующие минимальному (номинально.му) , диаметру по сечению и распо.пожению участка стенки скважины параллельно Фронту распространения ультразвуковой волны.

При плавных изменениях диаметра сквгьжины или акустических свойств горных пород по стволу скважины происходят медленные.изменения амплитуды огибающей видеосигнала и уровня постоянного напряжения на выходе пикового детектора. Это напряжение регулируется каротажным регистратором в функции глубины и используется в дальнейшем для литолгического расчленения разреза и выявления интервалов кавернообразования. Кроме того, это напряжение Огибающей видеосигнала используется как автоматически регулируемый пороговый уровень амплитудной дискриминации нормализованных видеоимпульсов , осуществляемой блоком автоматического выравнивания контраста видеосигнала.

Масштаб сжатия контраста регулируется оператором и определяется состоянием стенки скважины. Чем ближеуровень напряжения на выходе пикового детектора к огибающей видеси1нала на входе блока выравнивания контраста, тем меньше различаются уровни видеосигнала на его выходе .и меньше его коэффициент передачи и наоборот. Поэтому, чтобы -яркость свечения строки на ЭЛТ не зависела от степени масштабирования контраста, видеосигнал с выхода блока выранивания контраста усиливают автоматческим регулятором усиления таким образом, чтобы величина его среднего значения на выходе оставалась постоянной и поэтому сохранялась постоянной средняя яркость с;вечения строки на экране ЭЛТ. Получаемые изображения развертки каждого .витка стенки скважины фотографируются фотокамерой на фотопленку, непрерывно в функции глубины.

Недостатки известного устройства заключаются в том, что: . Испопьзс вание в блоке выравни вания контраста схемы амплитудной дискрики1;ации }зидеосигнала приводит в ряде случаев ((ич пример , при расцеитровке прибора, при исследовании интервалов желобообразовапия и т, д.) к полной потере информации в местах локального нарушении стенки скважины по ее сечению уровень огибающей видеосигнала из-за значительного затухания эхо-сигнала може оказаться ниже порогового уровня дискриминации (огибающей максимальны значений видеосигнала). При сечении скважины, профиль которой представляет овад, наблюдается затухание огибающей видеосигнала частотой 2 N, где N - число оборотов преобразователя , Поскольку эта частота модуляции выле максимальной частоты регулируемого порогового уровня дискриминации, значительная часть инфор мации по стволу скважины в этом случае будет отсутствовать и не может быть восстановлена. Поэтому качество картирования становится низким, материал бракуется, особенно в случаях поиска трещиноватых пород. 2.Сложность технической реализации и эксплуатации известного устрой ства автоматического выравнивания контраста видеосигнала, заключаюшдяс в том, что в систему регулирования входят 2 ручных регулятора (в скважи ном приборе это управляемый аттенюатр, в панели - установка масштаба контраста видеосигнала), использование которых возможно либо путем пробных съемок, либо из опыта работ в одном и том же регионе при повтор щихся условиях в скважине, снижает производительность работ при видеок ротаже . 3.Нерациональное использование динамическогб диапазона скваж.инного приемника, заключающееся в использовании значительно части его для передачи информации о влияюяичх низкочастотных факторах, приводит к ухуд шению качества картирования при низ ких уровнях Огибающей видеосигнала. 4.Применение амплитудной модуля ции яркости .ЭПТ из-за нелинейности ее входной характеристики, приводи к нелинейному отображению контраста видеосигнала в контраст изображения на ЭЛТ и, в конечном итоге, к искажению получаемых снимков по полутонам. 5. Отсутствие автоматической регулировки контраста видеосигнала, полученного при сканировании одного витка исследуемой стенки скважины, что Особенно необходимо в интервалах желобообразования или при раецентровке прибора приводит к тому, что получаемые материалы трудно иатерпре т Jliiyi;; ГС н ii ли i О.пу i -I КГГС i некачественн1 ми. Цель изоб1..:П1И па-ao-KiiocTH за счот xnyr.iXii; клчк-ства получаемого изображения pa: iiGpr ки стенки скваж:.1Н1..1. УкаоиН1 ая цель .nocriJi auiCii ;ем, что аппаратура видеокарс ;тз-ка, садержащая с.кпажи И ый прибор с iiaKoiurreJibной емкостью, разрядш-ом yCTfK-MlcTBOM, ультразвуковым преоьрззова хелем, механизмом вралцения , ус .ичителем ультраЗБукового импульсоу f амплитудным детектором, усилителем Е идеоимпульсов и синхроимпульсов, соединенный карота нш 1 кабелем с наземной измерите-пьиой панелью, включающей селектор видеоимпульсов, к выходу которого подключен блок пикового детектора, модулятор яркости, электроннолучевую трубку, фотокамеру и регистратор снаб:я;сна дополн1 те.пьиыг пиковым ддетектором с постоянной времени нагрузки меньшей 1/4 периода вращения преобразователя, сравни1вающим устройством и источником опорного напряжения и блоком амплитуд: но временного преобразования, который имеет вход регулировки чувствительности, причем Бьлход с еле;-; тора в1шеоимпульсов coe;j, со входом блока амплитудно-временного преобразова- ния, выход которого подключен ко входу модулятора яркости, а вход регулировки чувствительности соединен с выходом дoпoл.нитeльнoгo пикового детектора, подключенпогС к селектору видеоимпульсов при этом к од;-;ому вход - сравнивающего устройства, подключен выход блока пикояого детеквторому - источн к опорного напряжения, а выход сраБнирап.цего устройства связан с регистратором и через Каротажный кабель - с накопительной емкостью. На чертеже изобрахсена блок-схема аппаратуры видеокаротажа. Аппаратура включает накопительную емкость 1, разрядное устройство 2, генератор 3 запускакмдр.}; импульсов, ультразвуковой преобразователь 4 с механизмом вращения, усилитель 5 ультразвуковых импульсов, амплитудный детектор б; усилитель 7 видеоимпульсов и синхроимпульсов, размещенных в скважинном приборе 8. Каротажный кабель 9 является электрической и механической связью между скважинным прибором 8 и наземной измерительной панелью 19. В измерительной панели 10 размещены селектор 11 видеоимпульсов, блок 12 пикового детектора с постоянной времени разряда нагрузки большей или равной периоду вращения преобразователя, сравнивающее устройство 13, источник 14 опорного напряжения, блок 15 амплитудно-временного преобрггзования, модулятор К) ярк(.)1.ги, электроннолучевая трубка 17, пиковый детектор J8 с гюстоян 5Ой времени нагрузки равной или меньшей 1/М периода вращения преобразователя и фотокамеру 19.. Аппаратура видеокаротгша работа(г следующим образом. Амплитуда импульсов, излучаемых преобразователем 4, зависит от напряжения на накопительной емкости 1, величина которого регулируется автоматически из панели и преобразование в короткие импульсы осуществляется Разрядным устройством 2, собранным на транзисторе, управляемым От генератора запускающих импульсов 3. Отраженные от стенки скважины ультразвуковые импульсы преобразуютс ультразвуковым преобразователем в электрические сигналы, которые чере усилитель 5 поступают на амплитудный детектор б, с выхода которого видео импульсы подаются на вход усилителя 7, на другой вход которого поступают синхроимпульсы противоположной полярности. Смешанный разнополярный сигнал передается по кабелю 9 на поверхность в панель 10 на вход селектора 11 видеоимпульсов. Видеоимпульсы, выделенные селектором, . поступают на входы блоков пиковых д текторов 12 и 18 и блок 15 амплитуд но-временного преобразования, преобразующего видеоимпульсы в импульс модулированные по длительности (по времени экспозиции). При этом пиковый детектор 12 име большую постоянную времени разряда нагрузки (равную или большую период вращения преобразователя) и выделяе огибающую максимальных значений вид сигнала, а пиковый детектор 18, име щий значительно меньшую постоянную времени нагрузки (равную или меньшу 1/4 Периода вращения преобразовател выделяет огибающую видеосигнала, ме ющуюся с частотой, большей или равной 4 . Выход пикового детектора 12 соед нен со входом сравнивающего устройс ва 13, собранного на операционном, усилителе, на неинвентирующий вход которого подано опорное напряжение источника Д4 опорного напряжения, а выход устройства сравнеР1ия соединен с каротажным регистратором и накопительной емкостью 1 через жилу каротажного кабеля. Если вьщеленная огибающая максимальных значений видеосигнала (или напряжение на выходе пикового детектора 12) меньше опорного напряжения, то на выходе устройства 13 сравнения появится линейно нарастающее напряжение, которое заряжает накопительную емкость 1 и тем car-iHM увеличивает амплитуду импульсов излучения преof-ipa-iOfia 1(лем 4 до jex пор, пока напряжения на вхолвх (.;1 и МИБающего устройства Не cjia 1гняи, гея, чего напряжение на выходе устройства 14 и накопительной емкоспИ 1 начнет уменьшатр ся. Система, охваченная отрицательной обратной связью, включаюиьая в себя сравнивающее устройство 13, кабель 9, формирователь ультразвуковых импульсов 1, преобразователь 4, скважинную среду, усилители 5 и 7, амплитудный детектор 12, будет находиться в автоколебании около среднего значения напряжения на выходе сравнивающего устройства, зависящего от акустических характеристик жидкости и горной породы и диаметра исследуемого сечения скважины при данных температуре и гидростатическом давлении. Описанная схема регулирования контраста видеосигнала компенсирует влияние всех медленно меняющихся факторов на изменение огибающей максимальных значений видеосигнала, если они происходят во времени большем или равном одному периоду вращения преобразователя. Уровень среднего значения напряжения на выходе сравнивающего устройства, несущий информацию об изменениях диаметра скважины и акустических свойствах жидкости и горных пород, регистрируется каротажным регистратором в глубины и используется в дальнейшем для логического расчленения разреза. Из приведенной схемы автоматической регулировки контраста по глубине скважины ясно, что огибающая максимальных значений видеосигнала на входе устройства сравнения стабилизируется на опорном уровне и не Зависит от влияющих факторов по глубине, тем решена задача оптимального использования динамического диапазона скважинного приемника: быстро меняющиеся уровни видеосигнала передаются через скважинный приемник, а огибающая видеосигнала, медленно меняющаяся по величине, выделяется в виде постоянной составляющей на выходе сравнивающего устройства. Кроме того, предлагаемая схема регулировки контраста видеосигнала проста в реализации и эксплуатации (нет настраиваемых оператором регуляторов) , повышает производитеЯьность труда (исключает необходимость пробных съемок), обладает большей информативностью (быстро меняющаяся информация не теряется) и позволяет повысить качество видеокаротажа при наличии влияющих факторов по глубине. Для выравнивания контраста видеосигнала по сечению скважины 8 в пределах одного оборота преобразоватепй осуществляют операцию преобразования вида информации блоком 15 и автоматическую регулировку его чувствительности блоком 18.

Блок 15 преобразует амплитуды видеоимпульсов в импульсы, модулированные по длительности, последовательность которых изменяет время свечения элементов строки на экране ЭЛТ. Такое преобразование позволяет исключить нелинейность модуляционной характеристики кинескопа и расширить диапазон полутонов, отражаемых на фотоматериале, в линейном масштабе.

Для выравнивания диапазода полутонов на фотопленке с целью выделения трещиноватых интервалов в открытом стволе и дефектов обсадной колонны автоматически регулируют чувствительность преобразователя 15 видеоимпульсов напряжением с выхода пикового детектора 18 в обратно пропорциональной зависимости.

Таким образом, для получения изображения развертки стенки скважины с выравненным контрастом по глубине и по сечению используются регуляторы контраста огибающей видеосигнала по глубине (медленно меняющиеся параметры) и по сечению (быстро меняющиеся параметры).

Кроме того, с целью выделения интервалов трещиноватости пород или нарушений в обсадной колонне при общем плохом состоянии исследуемой стенки, например при осыпании-, породы или сплошной коррозии в колонне, постоянную времени нагрузки пикового детектора 12 устанавливают равной или меньшей 1/4 периода вращения преобразователя В этом случае средний уровень огибающей видеосигнала на выходе селектора 11 за указанный интервал времени будет пропорционален опорному уровню напряжения на входе сравнивающего устройства 13.

Предлагаемая аппаратура позволяет получать качественные изображения в скважина.х со сложной поверхностью стенки, повысить производительность труда за счет исключения дробных съемок и более детальЕЮ охарактеризовать разрез по стволу скважины. ,.

Формула изобретения

Г. Аппаратура видеокаротажа, содержащая скважинный прибор с накопительной емкостью, разрядным устройством, ультразвуковым преобразователем, механизм вращения, усилителем ультразвуковых импульсов, амплитудным детектором, усилителем видеоимпульсов и синхроимпульсов, соединенный коротажным кабелем с наземной измерительной панелью, включающей селектор видеоимпульсов, к выходу которого подключен блок пикового детектора, модулятор яркости, электроннолучевую трубку, фотокамеру и регистратор,

отличающаяся

тем, что, с целью повышения надежности за счет улучшения качества

5 получаемого изображения развертки стенки скважины, она снабжена дополнительным пиковым детектором с постоянной времени нагрузки меньшей 1/4 периода врс1щения преобразова0теля, сравнивающим устройством, источником опорного напряжения и блоком амплитудно-временного преобразования, который имеет вход регулировки чувствительности, при5чем выход селектора видеоимпульсов соединен со входом блока амплитудно-временного преобразования, выход которого подключен ко входу модулятора яркости, а вход регули0ровки чувствительности соединен с выходом дополнительного пикового детектора, подключенного к селектору видеоимпульсов,, при этом к одному входу сравнивающего устройства

5 подключен выход блока пикового детектора, ко второму - источник опорного напряжения, а ВЕЛХОД сравнивающего устройства связан с регистратором и через каротажный кабель - с накопительной емкостью,

0

5 пикового детектора имеет постоянную времени нагрузки меньшую 1/4 периода вращения ультразвукового преобразователя.

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 кл. 181:-5, опублик. 1973.

Ю

J

/7 ZLX

riei

j /C коротажно/лу регистратору