Устройство для акустического каротажа скважин Советский патент 1980 года по МПК G01V1/52 

Изобретение касается промыслово-геофизических исследований нефтяньк и газовых скважин.

Известно устройство для акустического каротажа скважин, позволяющее регистрировать в процессе измерений скорости распространения упругих волн по горной породе, пересекаемой скважиной 1. Это устройство включает в себя скважинный зонд с двумя попеременно работающими излучателями, между которыми расположены два приемника, а также наземную панель, содержащую блоки усиления сигналов и синхроимпудасоё, электронные переключатели, блокинг-генераторы, генератор пилообразных импульсов, ключевую схему и регистратор. Для устранения влияния изменения диаметра скважины на точность измерений в этом устройстве используется принцип встречно-компенсированного измерения скорости распространения упругих волн.

Недостатками данного устройства является фиксированное расстояние между приемниками и излучателями, невозможность изменения расстояния между приемниками, что необходимо

при измерениях в пластах с сильно меняющимися характеристиками, а также невысокая точ-. ность измерений, обусловленная аналоговым способом регистрации и осреднения.

Известно также устройство 21, принятое за прототип,--содержащее трехэлементный скважинный прибор, соединенный каротажным кабелем с наземной панелью, в которую, кроме общеизвестных блоков - усилитель, фильтр, пороговое устройство, вычислитель интервального времени, синхронизатор, блок питания, регистратор, включены блок оперативной памяти и вычислитель компенсированного интервального времени. Недостатками этого устройства также является невысокая точность измерений, обусловленная аналоговым способом измерения и аналоговой памятью интервального времени; сложность элетронно-коммутаиионной схемы и пониженная механическая прочность зондов; невозможность измерения истинных значений времен распространения упругих волн по породе и, наконец, невозможность компенсирования каверн породы, размер которых больше :базы зонда.

Целью изобретения является повышение точности измерения интервального времени распространения упругой волны по горной породе.

Это достигается тем, что в наземную панель введены блокиул)авЛения счетчиками ;времени распространения упругой волны от излучателя до ближнего и дальнего приемников (счетчики ближнего и дальнего времени), счетчики времен генератор счетных импульсов, блоки оперативной памяти ближнего и дальнего времени, функциональные элементы И, триггеры запрета, даши раторы ячеек памяти, счетчики ячеек памяти, дешифратор длины зонда, дешифратор базы зонда, дешифратор шага зонда, блоки управления счетчиками сумм измеренного и задержанного времен, счетчики сумм, счетчики метров длины кабеля, цифроаналоговые преобразователи, блоки управления оперативной памятью и усилитель с инвертирующими входами, причем выход синхронизатора соединен параллельно с блоками управления счетчиками ближнего и дальнего времени, через функциональные элементы И с оперативной памятью по каналам ближнего и дальнего времени, со счетчиком ячеек памяти, соединенным с дешифратором и далее через схему И с оперативной памятью ближнего времени, с триггером запрета, соединенным через счетчик ячеек памяти, дешифратор и схему И с оперативной памятью по каналу дальнего времени, а выход счетчика метров длинь кабеля соединен параллельно с. дешифратором длины зонда, который соединен со счетчиком ячеек памяти ближнего времени и через триггер запрета с соответствующей оперативной памятью и блоком управления счетчиками сумм измеренного и задержанного ближних времен, с дешифратором базы, который соединен с триггером запрета по каналу дальнего времени и с дешифратором шага зонда, который, в свою очередь, соединен параллельно по каналу дальнего времени со счетчиком ячеек памяти и через триггер запрета с оперативной памятью и блоком управления счетчиком сумм измеренного и задержанного времен, а выходы порогового устройства и генератора счетных импульсов соединены параллельно со счетчиком сумм измеренных и задержанных ближних и дальних времен и блоками управления счегчиками измеренного ближнего и дальнего времен, которые через соответствующие счетчики и блоки операт ИННОЙ памяти соединены со счетчиками сумм измеренных и задержанных времен, сигнал с которых через Щ1фроаналоговые преобразователи подается на инвертирующие входы усилителя, выход которого соединен с каротажным регистратором.

Повышение точности измерений интервальног времени распространения упругих волн по породе происходит путем исключения влияния изменения диаметра скважины при записи диаграмм в процессе каротажа. Это достигается тем что. при помощи данного устройства и процессе измереиий происходит запись Компенсированного интервального времени прихода упругой волны, определяемого следующим образом.

При положении скважинного прибора на забое или в момент начала его движения (каротаж снизу вверх) измеряется время t| распространения упругой волны от излучателя И до ближнего приемника П. Величина этого времени преобразуется в электрический сигнал, который задерживается на время, необходимое для перемещения скважинного прибора вверх на длину зонда (расстояния между излучателями и дальним приемником, для рассмотренной структуры зонда, равное 2 м). После перемещения прибора на расстояние, равное базе зонда (расстояние между одноименными преобразователями, для рассмотренной структуры зонда равное 0,5 м) измеряется время tj от излучателя до дальнего приемника. Это время преобразуется в электрический сигнал, который задерживается на время, необходимое для перемещения прибора вверх на расстояние, равное расстоянию от излучателя И до ближнего приемника Hi (для рассмотренной структуры зонда, равное 1,5 м). После того, как прибор переместится вверх по стволу скважины на расстояние, равное длине зонда (для рассмотренной структуры, равное 2 м), измеряется время t 1 распространения упругой волны от излучателя И до ближнего приемника П и время tj распространения волны от излучателя И до дальнего . приемника.. Начиная с зтого положения прибора (две длины зонда от забоя скважины) в каждый момент излучения и регистрации упругой волны производят измерение компенсированной величины интервального времени ее распространения по горной породе путем суммирования задержанного t| и измеренного ti времени распространения волны от излучателя И до ближнего приемника П,, суммирования задержанного ta и измеренного t2 врюмен распространения волны от излучателя И до дальнего приемника Пз и вычитания из суммы дальних времен (от, излучателя до дальнего приемника) суммы ближних времен (от излучателя до ближнего приемника). В результате получаем компенсированное интервальное время ком. Распространения упругой волны по горной породе, пересекаемой скважиной, на величину которого не влияет изменение диаметра скважины.

На чертеже показана функциональная схема устройства, которое содержнт скважинный прибор с одним излучателем И и двумя приемниками П1, Па, соединенный через каротажный кабель с наземной вычислительной панелью.

В состав наземной панели входят: фильтр 1 низкой частоты, пороговое устройство 2, счетчик 3 ближнего времени (времени распространения упругой волны от излучателя до ближнего приемюпса Л, блотс 4 управления счетчиком блимдаего времени генератор 5 импульсов с частотой Л мГц, блок 6 управления счетчиком дальнего времени (времени распространения упругой волны от излучателя до дальнего приемника Па), счетчик 7 дальнего времени, сиихронизатор 8, блок 9 оперативной памяти ближнего времени, функцисшальный злемент 10 И, триггер запрета 11, дешифратор 12 ячеек памяти ближнего времени, счетчик 13 ячеек памяти, триггер запрета 14, счетчик 15 ячеек nai мяти,.дальнего времени, деишфратор 16 ячеек памяти дальнего времени, функциональный элемент 17 И, триггер запрета 18, блок 19 оперативной памяти дальнего времени, дешифратор 20 2-х метров, дешифратор 21 0,,етров, дешифратор 22 1,5 метров, блок 23 управления счетчиком суммы измеренного и задержанного ближних времен, счетчик 24 суммы ближних времен,счетчшс 25 метров длины кабеля, счетчик 26 суммы измеренного и задержанного дальних времеи, блок 27 упра,вления счетчиком суммы дальних времен, цифроаиалоговый преобразователь 28 счетчика суммы ближних времен, усилитель 29 с инвертирующими входами с коэффициентом усилия, равным 0,цнфроаналого- вый преобразователь 30 счетчика суммы дальиих времен, блоки 31 и 32 управления оперативной памятью.

Устройство работает следующим образом.

Акустический сигнал преобразуется в скважиином приборе в электрический сигнал, который по каротажному кабелю поступает в наземную вычислительную панель, отфильтровывается фильтром 1 от низкочастотных помех (акустических шумов) и далее поступает на пороговое устройство 2, где определяется первое вс пление продольной волны на определенном уровне, выпю уровня шума. Импульс первого вступления поступает на блоки управления счетчиками 4, 6, 23, 27. Измерение ближнего и дальнего времеи (времен распространения волны от излучателя И до ближнего IIj и дальнего П приемников) осуществляется по принципу заполнения временного интервала от импульса излучения до импульса первого вступлегшя в волновой картине импульсами частотой 1 мГц, поступающими с генератора 5, на счетчиках 3 и 7. С момента начала движения скважинного прибора импульсы с частотой излучения 12,5 Гц с синхронизатора 8 поступают на счетчик 13 ячеек памяти ближнего времени. Каждому импульсу излучения на дешифратор 12 соответствует своя ячейка оперативной памяти ближнего времени. Перемножаясь по И на функциональном

злементе 1.0 с командой дешифратора 12, сипил с синхронизатора 8 перекладывает каждое измеренное значение ближнего времени в определенную ячейку памяти 9, соответствующую порядковому номеру излучения упругой волны в горную породу через блок управления оперативной памятью 31. Счетчик 13 периодически приводатся в исходное нулевое состояние командой с дешифратора 20, определяющего по кабелю расстояние, равное длине зонда 2 м. Счетчик метров длины кабеля 25 связан сельсинной передачей с мерным роликом блок-баланса, по которому скользит кабель. Сигнал с дешифратора 20 2-х метров поступает на триггер запрета 11 и переворачивает его. С этого момеята начинается перекладка заполненных в каж-дом цикле излучения упругой волны в горную породу величин ближних времен импульсами излучения с частотой 12,5 Гц с синхронизатора 8 через блок управления оперативной памятью 31 из блока 9 оперативной памяти в счетчик 24. Сигналом с блока управления 23 на счетчике 24 происходит досчитывание импульсами 1 мГц на величину ближнего времени, задержанного на время перемещения скважинного прибора на расстояние 2 м и, таким образом, реализуется операция суммирования измеренного и задержанного ближних времен. Аналогичным образом осуществляется операция суммирования измеренного и задержанного дальних времен иа счетчике 26. Отличие заключается лишь в том, что измерение дальиего времени разрешается триггером запрета 14 после прохождения зондом , 0,5 м. Триггер 14 переворачивается в положение, разрешающее перекладку каждого изме.ренного значения величины дальнего времени в блок 19 оперативной памяти, командой с дешифратора 21. Счетчик 15 ячеек памяти каждые 1,5 метра приводится в исходное нулевое состояние командой с дешифратора 22. Таким образом, измерение значения дальнего времени и перекладка его в блок 19 оперативной памяти осуществляется через каждые 1,5 метра перемещения прибора вдоль ствола скважины, отсчить1ваемые по кабелю. Через 1,5 метра от точки начала движения скважинного прибора командой с дешифратора 22 триггер запрета 18 переворачивается в положение, разрешающее блоку управления оперативной памятью 32 I перекладку каждого значения дальнего времени из блока 19 оперативной памяти в счетчик 26, иа котором реализуется операция суммирования измеренного и задержанного дальних времен. Цифровой код суммы ближних времен и суммы дальиих времен преобразуются цифроаналоговыми преобразователями 28 и 30, опрос которых производится сигналом с блоков 23 и 27 в аналоговые сигналы, которые подаются на усилитель 29 с инвертирующими входами и коэффициентом усиления, равным 0,5- В результате на выходе усилителя 29 в каждом цикле измерений (в каждой точке скважинных исследований, начиная с расстояния в две длины зонда от начала движения) будет сигаал, пропорцисшальный величине компенсированного интервальиого времени распространения продольной волны по горной породе, пересекаемой скважиной, на величину которого не влияет изменшие диаметра скважины. Этот сигнал подается на регистратор, где регистрируется в функции глубины скважины. Формула изобретения Устройство для акустического каротажа скважин, состоящее из трехэлементного скважинного прибора, соединенного каротажным кабелем с наземной измерительной панелью, включающей усилитель, фильтр, пороговое устройство,синхронизатор, блок питания и регистратор, отличающееся тем,, что, с целью повышения точности измерения интервального времени расщхютранения упругой волны по горной породе, в наземную панель введены блоки управления счетчиками времени распространения упругой волны от излучателя до ближнего (ВВП) и дальнего приемников (ВДП), счетчики времен, генератор . ечетных импульсов, блоки оперативной памяти ВВП и ВДП, функциональные элементы И, триггеры запрета, дешифраторы ячеек памяти, дешифратор длины зонда, дешифратор базы зонда, дешифратор шага зонда, блоки управления счетчиками сумм измеренного и задержанного времен, счетчики сумм, счетчики метров длины кабеля, цифроаналоговые преобразователи, блоки управления оперативной памятью и усилитель с инвертирующими входами. причем выход синхронизатора соединен парал- . лельно с блоками управления счетчиками ВВП и ВДП, через функциональные элементы И с оперативной памятью, по каналам ВВП и ВДП, со счетчиком ячеек памяти, соединенным с дешифратором и далее через схему И с оперативной памятью ВВП, с триггером запрета, соединенным через счетчик ячеек памяти, дешифратор и схему И с оперативной памятью по каналу БДП, а выход счетчика длины кабеля соединен параллельно с дец1ифратором длины зонда, который соединен со счетчиком ячеек памяти ВВП и через триггер запрета с соответствующей оперативной памятью и блоком управления счетчиками сумм измеренного и задержанного ВВП, с дешифратором базы, который соединен с триггером запрета по каналу ВДП и с дешифратором шага зонда, который, в свою очередь, соединен параллельно по каналу ВДП со счетчиком ячеек памяти и через триггер запрета с оперативной памятью и блоком управления счетчиком сумм измеренного и задержанного времен, а выходы порогового устройства и генератора счетных импульсов соединены параллельно со счетчиком сумм измеренных и задержанных ВВП и ВДП и блоками управления счетчиками измеренного ВВП и ВДП, которые через соответствующие счетчики и блоки оперативной памяти соединены со счетчиками сумм измеренных и задержанных времен, сигнал с которых через цифроаналоговые преобразователи подается на инвертирующие входы усилителя, выход которого соединен с каротажным регистратором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент 3257639, кл. 340-18, 1962. 2.Патент США № 3302166, кл. 340-18, 1967. U