Способ определения кинематических и динамических характеристик упругих волн в горных породах Советский патент 1979 года по МПК G01V1/48 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕМАТЙЧЁСШХ И ДЙЙАмИЧЁСКЙХ ХАРАКТЕРИСТИК УПРУГИХ ВОЛН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Изобретение относится к области промысловой геофизики и может быть использовано в аппаратуре для исследования скважин акустическим методом преимущественно при каротировании глубоких скважин.

Известен способ акустических исследований в скважинах 1 сосчояВД1Й в возбуждении и приеме акустических импульсов с последующим их усилением и передачей их на дневную поверхность. Недостатком способа является то, что способ позволяет определять только кинематические характеристики воин в горных породах,

Известен также способ акустических исследований, реализованный в аппаратуре СПАК-2. Для одновременного измерения кинематических (время распространения на базе, скорость) и динамических (относительная амплитуда, коэффициент затухания) характеристик упругих волн в скважинном снаряде аппаратуры с помощью магнитострикционного излучателя периодически возбуждают в окружающей среде серии упругих колебаний, затем с помощью пьезохерамичёСКого, приемника принимают упругие колебани

после их Прохождения через породу, образующую стенки скважины, преобразовывают их В электрический, сигнал и после усиления пер едают в наземный пульт 2. В наземном пульте в каждом цикле возбуждения фиксируют момент прихода упругих колебаний от излучателя к приемнику, соответствующий интервальному времени на баoзе излучатель-приемник. Фиксадию момента прихода упругих колебаний осуществляют с помощью порогового устройства, срабатывающего на определенном уровне первого или второго

5 вступления. Напряжение, пропорциональное интервальному времени регистрируют самописцем в качестве параметра Т, характеризующего при данном зондовом расстоянии (базе) скорость

0 распространения упругих колебаний. В том же цикле измерений в момент фиксации пришедших к приемнику колебаний формируют временное окно и детектируют часть пакета колеба5ний, попавших в это окно. В свя.зи с нарастающим характером колебаний наибольший удельный вес в продетектированном сигнале имеют несколько последующих (после первого и второ0го вступлёний),/имею1щих наибольшую амплитуду. Полученное на выходе напряягёйиё характеризует амплитуду колебаний, прошедших определенный путь по породе. При дальнейшей обработке вычисляют и }егистрируют йнФервальное время на базе между ближдим и дальним излучателем и коэффициент затухания. Недостатки описанного способа, обусловлены тем обстоятельством, ЧТС5 величина коэффициента усиления скважинного прибора,оптимальная дая измерения времени распространеййяи фиксации в{)еменного окна, не .Является оптимальной для фиксации амплитуды сигнала во временном окне. В пёрвом случае оптимальным являётся максимальное усиление, при котором eiie не ограничиваются первые два вступления информационного сигнала, используемые для фиксации момента прихода упругих колебаний.. При TaiКОй усилении еще Не уХудшаетсй соотнсадениё; сигнал-помеха в сквсокинном приборе и максимально благоприятно соотношений си.гнала и помех, возникаю|дах в коллекторе лебедки подъемника и поступаю1цих из питающей .сети что особенно важно при работе в глубоких скважинах, когда уровень сигнала понижен из-за потерь в кабеле. ВО втором случае.; оптимальным яЙШётгг я усиление вней1 Ьлькдра§ ; меньшее, поскольку должны передавать ся без искажения не только перййе Два вступления сигнала, НО и еЩё несколько последуютдах вступлений, попадаюпщх во вр.еменное окно и игра BujHX рёгаакицую роль при регистрации амплитуды сигнала. Поскольку в опис ном способе усиление ЬДНо и тО )кё для Измерения всех параметров, тО в зависимости от поглощающих свойст порода имеетместо сНиясение -точности (и достоверности) при Измерен временного йнтербала или относитель ной амплитуда сигнала, или того и другого параметра одновременно. .Целью изобретения является повышение точности измерения. Это дости гается тем, что, в известном способ одновременного измерения кинематиче Кйх и дийамических характеристик уп гих волн в горных nopojiax, включающ в кажДом цикле измерения импульсное излучение упругих колебаний, их при после ;прохождения через породу, пре образсАванИе в электрический, сигнал с последуюряим его усилением и перед чей на поверхность, электрический сигнал пары излучатель-приемник в каждом втором цикле передают с увел чением по крайней мере вдвое у си ле нием, затем в цикле с большим усиле нием фиксируют момент приходаупругих колебаний и формируют прямоугол ный иМпульс .с длительностью, равной ремени распространения упругих коебаний от излучателя к приемнику, оторый вОёбтайавливают в следующем а ним цикле с меньшим усилением, фиксируют величину сигнгша во вреённом окне непосредственно после осстайовлёНйоговременного интервала. На фиг.1. изображена блок-схема мпудьсно-цифрового варианта реалиации способа на примере системы ближний излучатель-приемник в трехлементной .аппаратуре акустического каротажа; на фиг. 2 - эпюры напряений. Основными эттементами схемы Являются схема 1 возбуждения, излучатель 2 , приемник 3, коммутируемый . усилитель 4,. селектор 5 синхроимпульсов, -пороговое устройство 6, измерительннй триггер 7, преобразователь 8 длительности сигнала в постоянный ток, генератор 9 счетных импульсов, управляёлие ключи 10 и 11, реверсивный счетчик 12, схема 13 фиксации О , восстанавливающий триггер 14, формирователь 15 окна и управляемый детектор 16. Магнйтострикционный излучатель 2 под воздействием импульса тока схемы i возбуждения периодически излучает в ойружающувд среду-породу-серии упругих колебаний, которые, пройдя путь, соответствующий.зондовому расстоянию / и претерпев изменения, обусловленные свойствами породы, поступают йа пьезбкерамический приемник 3, гДе преобразовываются в электрические колебания. Электрические колебания усиливаются усилителем 4 и По каротажйому кабелю передаются от сквайсиНного снаряда к наземному пульту, обеспечивгиощему измерение параметров, характеризующих скорость распространения упругих колебаний в породе и степень их поглощения.Усилитель 4 содержит цепи коммутации, управляемые схемой возбуждения и обеспечивающие в каждом втором цикле работы пары излучатель Приемник увеличение в 2-3 раза коэффициента усиления усилителя. . Таким образом на Наземный Пульт поступаё информационный сигнал в виде чередующихся по амплитуде пакетов 17 и 18 колебаний. Одновременно с информаЦионйьлм сигналом от схемы возбуждения поступают .синхроимпульсы, соответствующие моментам излучения: положительный 19, привязанный к циклу с большим коэффициентом усиления, и отрицательный 20 - для цикла, с меньшим коэффициентом усиления. Разделение синхроимпульсов осуществляется селе.ктором 5. На измерительный триггер 7 поступают импульс 21 селектора, соответствующий положительному синхроимпульсу 19 и импульс 22 порогового устройства & в момент срабатывания последнего от информационного сигнала на уровне 23, установленном несколько выше уровня помех. Поступившие импульсы дважды в каждом цикле опрокидывают измерительный триггер 7 и формируют таким образом прямоугольный импульс 24 с длительностью равной времени распространения упругих колебаний на базе между излучателем и приемником. Импульс 24 поступает на преобразователь 8 длительности сигнала в постоянный ток. Выходной ток преобразователя пропорционален длительности импульса и, следовательно, времени Т распространения упругих колебаний от излучателя к приемнику Импульс измерительного триггера одновременно открывает ключ 10, чер который на .вход сложения реверсивно«.г6 счетчика 12 поступают импульсы 2 от генератора 9 счетных импyлъci5;в. После окончания импульса измерительного триггера ключ 10 закрывается, счет импульсов прекращается и на реверсивном счетчике 12 до следующего цикла сохраняется код ч1Исла счетных импульсов, прошедших через ключ 10. В начале следующего цикла на восстанавливающий триггер 14 от селектора 5 синхроимпульсов поступает импульс 26, соответствуюидай по времени отрицательному синхроимпульсу 20. Восстанавливающий триггер опрокидывается и в момент опрокидывания откры;ва1ет ключ lit -://: :

На вход вычитания реверсивного счетчика 12 через ключ 11 н&чинают поступать счетные импуйьеы, каждай из которых уменьшает на единицу число, записанное в счетчике в предыдущем цикле. При поступлении на счетчик последнего из пачки 27 импульсов содержащей то же число счетных импульсов, которое было записано в Предыдущем цикле, счетчик устанавливается в О. Схема 13 фиксации О , выдает импульс 28, вызывающий второе (в цикле) опрокидывание йосстанавливающего триггера 14

Одновременно импульсом схемы 13 фиксации О закрывается клич 11. В результате двух опрокидываний измерительного триггера 14 на его выходе формируется прямоугольный импульс 29 длительность которого точно равна )В1пительн6сти импульса 24 измерительного триггера 7 т.е. времени распространения упругих колебаний на базе излучатель-приемник, зафйксированному в предаадущем цикле. От заднего фронта импульса 29 запускается формирователь 15 окна, импульс которого поступает на управляемый детектор 16, обеспечивая работу детектора в интервале окна длительностью 120 МКС. Выходной ток управляемого детектора пропорционален максимальной амплитуде А колебаний 31 попавших в окно 30.

Аналогичным образом работает система дальний излучатель-приемник измеряющая значения времени Tg и амплитуды Ад. При дополнительной обработке определяется время на базе между излучателями дТ Tg. - Т и коэффициент затухания cL пропорциональный логарифму

Реализация данного способа обеспечивает повышение точности измерения, так как фиксация временного интервала осуществляется в наиболее благоприятных условиях - в цикле с большим усилением , а фиксация амплитуды осуществляется в цикле с малым усилением сигнала, где искажения минимальны, а начало временного окна точно соответствует моменту прихода колебаний, поскольку этот момент точно зафиксирован в цикле с большим усилением и практически без пОгре1яности перенесен в цикл с меныцим усилением сигнала.

Формула изобретения

Способ определения кинематически и динамических характёрйсттГК упруги волн в горных породах, включаюишй в Каждом цикле измерений импульсное илучение упругих колебаний, их прием после прохождения через породу,преобразование Вэлектрический сигнал с последующим его усилением и передачей на поверхность, о т л и ч а ющ и и с я тем,-что, с целью повшиения точности исследований, электрический сигнал пары излуча1;ель-при,емник в каждом втором цикле передаюс увеличенным по крайней мере вдвое усилением, затем в-цикле с большим , усилением ксир|утот момент прихода упругих колебаний и формируют пря.моугольный импульс с длительностью, равной времени распространения упругих колебаний от излучателя к приемнику, который восстанавливают в следующем за ним цикле с меньши усилением и фиксируют величину сигнала во временном окне непосредственно .после восстановленного временного интервсша.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

СкВажинныи снаряд

Наземный ny/it m