Устройство для автоматической фиксации сигнала при акустическом каротаже скважин Советский патент 1980 года по МПК G01V1/52 

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано в аппаратуре акустического каротажа, преимущественно при измере- j НИИ кинематических и динамических характеристик упругих волн, распространяющихся по образованным горным породами стенкам скважины.

При акустическом каротаже по ско- Q рости и затуханию важнейшим условием получения достоверной геофизической информации является уверенная фиксация одного из первых (чаще всего второго) вступлений информационного сиг- ., нала, соответствующего упругим колебаниям, возбужденных излучателем и пришедших через породу к приемнику. Моментом фиксации является момент достижения фиксируемым вступлением д порога срабатывания порогового устройства, устанавливаемого на определенном уровне относительно амплитуды вступления. Дпя уверенной фиксации этот уровень должен превышать уровень 25 шумов и в то же время во избежание потери вступления должен быть заведомо ниже его вершины. При чередовании пластов с различными поглощающими свойствами сохранение оптимальнрго

уровня обеспечивается путем непрерывной регулировки уровня - ручной или автоматической. Более эффективной является автоматическая регулировка.

Известны устройства, в которых такая регулировка осуществляется с помощью управляю11(его яапряжения, зависящего от уровня шумов в интервале стробирования, предваряющем информационный сигнал . При повышений уровня шумов увеличивается величина управляющего напряжения, воздействующего на пороговое устройство таким образом, что чувствительность порогового устройства снижается, обеспечивая превышение уровня фиксаций отно-. сительно уровня шумов. При снижении уровня шумов воздействие управлякю1его напряжения приводит к обратному результату - увеличению чув твительности порогового устройства. Недостаточная эффективность этих устройств обусловлена случайным характером шумов, влиянием ударов сквгикинных снарядов о стенки скважины, особенно при прохождении кавернозных участков.

Наиболее близким к изобретению является устройство, основными элементами которого являются усилитель информационных сигналов, пороговое устройство и формирователь интервальных импульсов, а также генератор стробимпульсов и формирователь управляющего напряжения 2 . Первые три элеfvieHTa соединены между собой последо(вательнОо Генератор строб-импульсов подключен входом запуска к формирователю интервальных импульсов, а выходом - к входу селекции формирователя

управляющего йапряжения. Выход формирователя управляющего напряжения подключен к цепи регулировки чувствительности порогового устройства. В этом устройстве усиленный информационный сигнал поступает на сигнальный .вход порогового устройства, которое срабатывает всякий раз, когда колебания информационного сигнала достигают его порога срабатывания. С помощью импульса от первого срабатывания порогового устройства в интервале ож Дания, фиксирующего второе вступление информационного сигнала, формируется прямоугольный интервальный импульс, длительность которого равна времени распространения колебаний от излучателя к приемнику. Задним фронтом интервального импульса запускается генератор строб-импульсов.

После установки оптимального уровня фиксации второго вступления информационного сигнала этот уровень поддерхсивается автоматически с помощью управляющего напряжения, поступающего на вход регулировки чувствительности порогового устройства и зави-сящего от амплитуды информационного сигнала в интервале стробирования,определяемом генератором строб-импульсов и включающем несколько периодов колебаний, начиная от первого зафиксированного вступления. С увеличением амплитуды информационного сигнала увеличивается управляющее напряжение, которое в-качестве смещения подается на пороговое устройство и соответственно поднимается порог срабатывания порогового устройства, а относительный уровень фиксации сигнала, равный отношению порога срабатывания к амплитуде фиксируемого вступления, в процессе каротажа остается постоянным и примерно равным первоначально установленному оптималному уровню, обеспечивающему получение качественной информации.

Йедостатки описанного устройства проявляются в осложненных геологогеофизических условиях, например, при прохождении кавернозных участков скважины, когда имеет место резкое изменение амплитуды или времени прихода регистрируемой волны. В этом случае пороговое устройство начинает фиксировать не. головную продольную в.олну по породе .являющуюся в данном случае информативной, а другие типг

волн,. например, поперечную или волну по промывочной жидкости. При окончании неблагоприятной ситуации восстановления нормального функционирования устройства без вмешательства оператора не происходит, так как чувствительность порогового устройства управляется напряжением, соответствующим амплитуде той волны, на которую в неблагоприятной ситуации переместился строб-импульс, жестко привязанный к моменту фиксации. Уровень фиксации в этом случае будет оптимальньп/ для неикформативной волны, а для продольной волны по породе он. будет слишком высоким, и поэтому будет фиксироваться не продольная волна по породе, а следующая за ней волна, имеющая большую амплитуду, что является фактическим отказом, приводящим к искажению или полной потере получаемой информации и требующим для восстановления работоспособности устройства систематического вмешательства оператора.

Целью изобретения является повышение надежности устройства и улучшение качества получаемой информации.

Достигается это тем, что в известном устройстве для автоматической фиксации сигнала при акустическом каротаже скважин, включающем последо-, вательно соединенные усилитель, пороговое устройство и формирователь интервальных импульсов, а также генератор строб-импульсов и формирователь управляющего напряжения, между формирователем интервальных импульсов и генератором строб-импульсов включено инерционное звено, ограничивающее скорость перемещения строб-импульсов при этом инерционное звено содержит генератор пилообразного напряжения, ограничитель длительности, компаратор и пиковый детектор, причем генератор пилообразного напряжения через ограничитель длительности соединен с одним из входов Компаратора, второй вход которого соединен с выходом пикового детектора, а выход компаратора соединен с входом пикового детектора и цепью запуска генератора стробимпульсов.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 схема инерционного звена; на фиг.З эпюры напряжений.

Основными функциональными элементами устройства являются усилитель информационных сигналов 1, пороговое устройство 2, формирователь интервальных импульсов 3, инерционное звено 4, генератор строб-импульсов 5 и формирователь управляющего напряжения 6. Инерционное звено устройства образуют генератор пилообразного напряжения 7, ограничитель длительности пилы 8 на базе амплитудного ограничителя 9, управляемого тригrepoivi 10 через одновибратор ii, ког/гпаратор 12 и пиковый детектор 13,

Поступивший от приемника информационный сигнал,, соответствующий прошедшим через породу упругим колебаниям-, предварительно усиливается

усилителем 1, а затем поступает на сигнальный вход порогового устройства 2, которое-срабатывает и генерирует импульс всякий раз, когда положительные полупериоды колебаний информационного сигнала (эпюра 14) достигают порога срабатывания порогового устройства. Импульс от первого срабатывания порогового устройства в интервале ожидания информационного сигнала, соответствующий при правильном функционировании устройства второму вступлению продольной волны по , поступает на формирователь интервальных импульсов, определяя задНИИ фронт интервального импу.п.оса (эпюра 15) , используемый 1вычислителями аппаратуры акустического каротажа в качестве репера момента фиксации информационного сигнала. Выход форми рователя интервальных импульсов через инерционное звено соединен с цепью запуска генератора строб-импульсов.

Строб-импульсы (эпюра 16) с выхода генератора поступают на селекторный вход формирователя управляющего напряжения 6. На сигнальный вход формирователя поступает информационный сигнал с выхода усилителя 1. В формирователе управляющего напряжения б осуществляется интегрирование информа ционного сигнала в интервале стробирования с последующим запоминанием проинтегрированного сигнала. Напряжение с выхода формирователя поступает на вход регулирования коэффициента усиления усилителя, связанный с цепью обратной связи усилителя, и, воздействуя на коэффициент обратной связи, устанавливает коэффициент усилениЯу и, следовательно, сигнал на выходе усилителя в соответствии с.величиной напряжения на выходе формирователя управляющего напряжения. При установленном пороге срабатывания порогового устройства величина сигнала, поступающего с выхода усилители на сигнальный вход порогового устройcTBaj определяет относительный уровен .фиксации информационного сигнала, равный отношению порога срабатывания к амплитуде фиксируемого вступления В установленном режиме обеспечивается величина уровня фиксации, близкая к оптимальной для данного разреза. В спокойных разрезах, где нет неожиданных и резких изменений амплитуды и вр мени прихода информационного сигнала, инерционное звено не оказывает влия ния на работу устройства к интервал стробирования в каждом тексте следует непосредственно за интервальным

импульсом, привязанным окончанием к первому в интервале ожидания сигнала срабатывания порогового уст-, ройства.

В осложненных геолого-геофизичес&их условиях, например, при прохожде нии каверны, продольная Еолна по породе может упасть до уровня шумов (эпюра 17), в этом случае будет временно фиксироваться следующая за ней волна с существенно большей амплитудой, например, поперечная волна или волна по промывочной жидкости, а длительность интервального импульса при этом резко возрастает (эпюра 18) по сравнению с длительностью интервалного импульса в предыдущем такте (эпюра 15) .

Благодаря инерционному звену стробирующий импульс не сразу перемещается в положение,соответствующее новому значению интервального импульса,а осуществляет перемещение шагами, сдвигаясь в каждом такте на один шаг, длительность которого устанавливается в зависимости от геолого-технических условий - средней длины каверны, диаметра скважины и т.д. В этом случае до входа из каверны в интервал стробирования попадают небольшие амплитуды послдующих волн, устанавливающие с помощь управляющего напряжения высокий порог срабатывания порогового устройства, а существенно меньшие амплитуды продольной волны,обеспечивающие низкий порог По этой причине при выходе скважинного снаряда из -каверны сразу же без вмешательства оператора г восстанавливается нормальная фиксация продольной волны с последующим установлением оп--тимального уровня фиксации.

Работа инерционного звена, ограничивающего скорость перемещения стробимпульсов, основана на введении ограничения на максимальное перемещение строб-импульса в течение одного такта. Импульсы формирователя интервальных импульсов 3, поступают на генератор пилообразного напряжения 7 и обеспечивают формирование пилообразных импу зьсов (эпюра 19) , соответствующих по длительности интервальным ш/шульсам.. Пилообразные импульсы поступают на амплитудный ограничитель 9 и с выхода ограничителя - на неинвертирующий вход компаратора 12,- на инвертирующий вход которого поступает напряжение (эпюра 20) с выхода пикового детектора 13,- который детекти- рует импульсы, поступающие с выхода компаратора. Передний фронт импульса компаратора (эпюра 21), формируется в момент равенства пилообразного напряжения на его неинвертируюгцем входе и напряжения на инвертирующем входе, которое при с.равнении несколько меньше максимальногб значения пклосбразного напряжения в предыд тдем такте. Задний фронт импульса компаратора формируется в момент окончания пилообразного импульса, если его длительность изменилась незначительно по сравнению с длительностью пилообразного импульса :В предыцущем такте (перемещение скважинного снаряда в относительно гладко,й части ствола скважины) , или в момент искусственного ограничения длительности пилы с помощью амплитудного ограничителя 9, управляемого триггером 10-через одновибратор 11, запускаемый передним фронтом импульса компаратора - в случае резкого увеличения длительности пилообразного импульса во время вхождения скважинного снаряда в большую по диаметру каверну. Напряжение на выходе три гера (эпюра 22), поступающее на базу .транзистора, являющегося управляемым ключом в схеме амплитудного ограничи теля, вводит его в насыщение и, тем самым, ограничивает длительность пил образного импульса, не позволяя увеличиться больше, чем на длительность шага по сравнению с йредыдущим такто Необходимая длительность шага устанавливается регулировкой длительност импульса (эпюра 23) одновибратора 11 Выходом инерционного звена 4 является выход компаратора 12, задним фрон том импульса которого (эпюра 21) осу ществляется запуск генератора стробимпульса. Использование инерционного звена, ограничивающего скорость перемещения строб-импульсов, позволит повысить степень автоматизации при фиксации .и формационного сигнала. Работа устройства при этом станет более надежной, а получаемая геофизическая информация - более достоверной. Формула изобретения 1. Устройство для автоматической фиксации сигнала при акустическом каротаже скважин, включающее последовательно соединенные усилитель, пороговое устройство и формирователь интервальных импульсов, а также генератор строб-импульсов и подключенный к выходу усилителя формирователь управляющего напряжения, регулирующий относительный уровень фиксации сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства и улучшения качества получаемой информации, между формирователем интервальных импульсов и генератором строб-импульсов включено инерционное -звено, ограничивающее скорость перемещения строб-импульсов. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что инерционное звено содержит генератор пилообразного напряжения, ограничитель длительности, компаратор и пиковый детектор, причем генератор пилообразного напряжения через ограничитель длительности соединен с одним из входов компаратора, второй вход которого (зоединен с выходом пикового детек/гора, а выход компаратора соединен, с входом пикового детектора и цепью запуска генератора строб-импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патен США 3.177.467, кл. 340-18, 06.04,1965. 2.Сб. Геофизическая аппаратураЛ., Недра, вып. 48, 1972, с. 8386 (прототип)

К Зычисмтелям