Устройство для измерения амплитуд при акустическом каротаже Советский патент 1981 года по МПК G01V1/52 

I

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям нефтяных и газовых скважин, а более конкретно к аппаратуре акустического каротажа, и решает задачу повышения точности измерения амплитуд при акустическом каротаже скважин.

Известны устройства, предназначенные для измерения амплитуд при акустическом каротаже. Эти устройства содержат приемники акустических сигналов, усилитель, схему, вьщелякицую первое вступление сигнала, например селектор, преобразователь, преобразующий амплитуду первого вступления в длительность прямоугольных импульсов 1, либо в постоянный ток t2.

Однако указанные устройства имеют небольшой динамический, диапазон и низкую точность измерения амплитуд.

Наиболее близким к изобретфшю техническим решением является аппаратура для акустического каротажа, со-

держащая скважинный прибор с трехэлементным зондом, состоянщм из генераторов тока для возбуяодения излучателей и приемника, полярных селекторов, усилителя и фильтров, и наземного устройства, состоящего из усилителя, коммутаторов, схем совпадения, синхрогенератора, пиковых детекторов, узкополосных фильтров, дифференциальных схем и регистратора. В этой

10 аппаратуре синхрогенератор формирует положительные и отрицательные импульсы, которые через каротажный кабель поступают в сквахсинный прибор. После прохождения заградительного

15 сетевого фильтра зти импульсы разделяются полярными селекторами и поочередно воздействуют на токовые генераторы излучателей, посылающих в породу пакеты упругих колебаний. Упругие ко20лебания, пройдя по породе, достигают приемника, который преобразует их в электрический сигнал. Последний, уси ленный усилителем, пройдя фильтр. 3 по каротажному кабелю поступает в наземную аппаратуру. После прохождения фильтра и усиления усилителем, пройдя схему совпадений (аналоговьй ключ), сигнал поступает через узкополосные фильтры и коммутаторы на пи ковые детекторы, которые измеряют максимальную амплитуду сигнала. Схема совпадений пропускает только опре деленную часть сигнала, соответствую щую длительности импульса, поступающего со строб-генератора, который, в свою очередь, запускается импульсом ,с генератора задержки. Таким образом напряжение заряда накопительных ем- костей пиковых детекторов в каждом цикле излучения отра/кает амплитуду принятого сигнала акустического каро тажа. Основным узлом этой схемы, вли яющим на точность измерения амплитуд является пиковый детектор. Чтобы обе печить достаточное быстродействие и разрешающую способность измерения амплитуд, емкость пикового детектора должна быть как можно меньше р. Однако напряжение пикового детектора не должно значительно уменьшаться п каждом цикле измерений. Поэтому емкость пикового детектора выбирается такой, чтобы это напряжение уменьшалось от цикла к циклу не боле чем на 10-15%. В результате, недостатком такой схемы измерения амплитуд является низкое быстродействие и .следовательно, низкая точность измерения. Цель изобретения - повьппение точности измерения амплитуд при акустическом каротаже скважин. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения ампли туд при акустическом каротаже, состоящее из трехэлементного скважинного зонда, содержащего один излучатель и два приемника, генератор токо вых импульсов для возбуждения излучателя, формирователь разнополярных импульсов и усилитель, при этом в скважинном зонде выходы приемников Соединены с усилителем, интегратор токовых импульсов соединен с излуча телем и формирователем разнополярных импульсов, выход которого подключен к усилителю, выход усилителя подсоединен к каротажному кабелю, соединяю щему зонд с наземной измерительной панелью, содержащей фильтр, усилител дискриминатор разнополярных импульсОв, аналоговьй ключ, схему формиро7. 4 вания строб-импульсов, пиковый детектор, синхрогенератор и регистратор, а в наземной измерительной панели каротажньй кабель подсоединен ко входу фильтра, связанного последовательно с усилителем, аналоговым ключом и пиковым детектором, выход усилителя соединен со входом дискриминатора разнополярных импульсов, выход которого подключен ко входам схемы формирования строб-импульсов и синхрогенератора, а первый выход синхрогенератора соединен со вторыми входами схемы формирования строб-импульсов и пикового детектора, дополнительно введены генератор ступенчатого напряжения, цифро-аналоговый преобразователь, буферная память, компаратор, генератор счетных импульсов, RS-триггер, первый, второй и третий одновибраторы коротких импульсов, логическая схема И и нелинейный фильтр, при этом первый вход компаратора соединен с выходом пикового детектора, а второй - с первым выходом генератора ступенчатого напряжения, выход компаратора через первьй одновибратор соединен со входом второго одновибратора и R-входом RS-триггера, S-вход которого через третий одновибратор соединен do схемой формирования строб-импульсов, выход триггера подключен к одному из входов логической схемы И, второй вход которой соединен с генератором счетных импульсов, а выход - с запускающим входом генератора ступенчатого напряжения, запрещающий вход последнего ссЯединен со вторым выходом синхрогенератора, второй выход генератора ступенчатого напряжения -соединен с первым входом буферной памяти, второй записывающий вход которой соединен с выходом второго одновибратора, выход буферной памяти через цифро-аналоговый преобразователь подключен ко входу нелинейного фильтра, а выход .нелинейного фильтра подключен к регистратору. Генератор ступенчатого напряжения содержит двоичный последовательный асинхронный счетчик, логические элементы И-НЕ с открытыми коллекторными выходами, матрицу резисторов типа R-2R и транзисторные стабилизаторы тока, причем инверсныевыходы каждого разряда счетчика соединены через соответствуклцие логические элементы И-НЕ с транзисторными стабилизаторами 5 тока, нагруженньй и на матрицу резистором R-2R. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема генератора ступенчатого напряжения. Устройство doдepжит скважинный ультразвуковой зонд 1, состоящий из акустических приемников 2 и 3, излучателя 4, генератора токовых импульсов 5, формирователя разнополярных импульсов 6 и усилителя 7, соединенного каротажным кабелем 8 с наземной измерительной панелью 9. Наземная измерительная панель состоит из филь ра О, усилителя 11, дискриминатора разнополярных импульсов 12, аналогового ключа 13, схемы формирования строб-импульсов 14, синхрогенератора 15, пикового детектора 16, первог второго и третьего одновибраторов коротких импульсов 17, 18 и 19, компаратора 20, RS-триггера 21, генера- тора счетных импульсов 22, логической схемы И 23, генератора ступенчатого напряжения 24, буферной памяти 25, цифро-аналогового преобразователя 26, нелинейного фильтра 27 и регистратора 28. Генератор ступенчатого напряжения состоит из двоичного последовательного асинхронного счетчика 29, логических элементов И-НЕ 30 с открытыми коллекторными выходами, матрицы резисторов 31 типа R-2R и транзисторных стабилизаторов тока 32 . В скважинном зонде приемники 2 и 3 соединены с усилителем 7, генератор токовых импульсов нагружен на из лучатель 4, вход формирователя разнополярных импульсов соединен с гене ратором токовых импульсов, а выходс усилителем 7. Скважинный ультразву ковой зонд соединен каротажным кабе лем 8 с наземной измерительной панелью, где фильтр 10 соединен с усилителем 11, выход которого нагружен на аналоговый ключ 13 и дискриминатор разнополярных импульсов 12, выход ко торого соединен со входом синхрогене ратора 15. Выход синхрогенератора 15 соединен с управляющим входом схемы формирования строб-импульсов 14, вь1- ход которой соединен с управляющим входом аналогового ключа 13, нагруженного на пиковый детектор 16. Один из входов компаратора 20 соединен с выходом пикового детектора 16, а другой - с выходом генерато7« / pa ступенчатого напряжения 24, выход компаратора 20 через одновибратор 17 соединен со входом одновибратора 18 и с R-входом триггера 21, S-вход которого через одновибратор 19 соединен со схемой формирования строб импульсов 14, прямой выход триггера 21 соединен с одним из входом логической схемы И 23, причем другой ее вход - с генератором счетгак импульсов 22, а выход схемы И соединен с запускающим входом генератора ступенчатого напряжения 24, причем запрещающий его вход соединен с синхрогенератором 15, выход генератора ступенчатого напряжения 24 соединен со вторым входом компаратора 20 и с буферной памятью 25, записывающий вход которой соединен с одновибратором 18. Выход буферной памяти 25 через цифро-аналоговый преобразователь 26 и,далее нелинейный фильтр 27 соединен с регистратором 28. В генераторе ступенчатого напряжения (фиг. 2) инверсные выходы каждого разряда счетчика 29 соединены через соответствующие элементы (логические) И-НЕ 30 с транзисторными стабилизаторами тока 32, нагруженными на матрицу 31 резисторов R-2R. Устройство работает следукядим образом. Под воздействием мощного импульса от генератора токовых импульсов 5 Излучатель 4 скважин ого зонда формирует упругие колебания, которые, пройдя по породе, достигают приемников 2 и 3, преобразукмцих iix в электрический сигнал. Последний, усиленный усилителем 7, поступает через каротажный кабель 8 в наземную измерительную панель. В момент срабатывания излучателя 4 формирователь разнополярных импульсов 6 формирует положительные и отрицательные имт льсы синхронизации, которые смешиваются с сигналом акустического каротажа на усилителе 7 и вместе с ним поступают на поверхность. Суммарный сигнал после прохождения фильтра 10 наземной панели и усиления усилителем, I1 поступает на дискриминатор разнополярных импульсов 12, который формирует импульсы синхронизации, поступающие на синхрогенератор 15. Синхрогенератор формирует импульсы начала Щ1кла, которые сбрасывают в нулевое состояние пиковый детектор 16 7 и генератор ступенчатого напряжения 24. Этим же имнульсом запускается схема формирования строб-импульсов 14, которая формирует импульс, равный по длительности первому полупериоду сигнала акустического каротажа. Импульсом со схемы 14 открывается аналоговый ключ 13, который пропускает на пиковьш детектор 16 только первый полупериод сигнала. Накопительная емкость пикового детектора 16 заряжается до напряжения, равного амплитуде первого полупериода сигнала и далее в течение цикла начинает разряжаться. Это медленно меняющееся напряжение с пикового детектора 16 поступает на один из входов компаратора 20. В момент окон чания стробируюцего импульса со схем 14 запускается одновибратор коротких импульсов 19. Импульсом с этого одно вибратора опрокидывается в единичное состояние RS-триггер 21. Единичное состояние этого триггера логичес- ки умножается с импульсами с генератора счетных импульсов 22 с помощью логической схемы И 23. Пачка счетных импульсов поступает со схемы И на за пускающий вход А генератора ступенчатого напряжения 24. Предварительно счетчик 29 генератора ступенчатого напряжения 24 устанавливается в нулевое состояние импульсом начала цикла с синхрогенератора 15 по входу Б. Б момент прихода пачки счет ных импульсов с помощью счетчика 29 начинается последовательный их счет. Инверсное состояние каждого разряда счетчика 29 через логические элементы И-ИЕ 30 с открытыми коллекторными выходами подается на эммитеры транзи торных стабилизаторов тока 32, нагруженных на матрицу резисторов типа R-2R. Таким образом, с выхода В пос леднего разряда этой матрицы в резул тате преобразования двоичного состоя ния каждого разряда счетчика 29 в постоянный ток поступает линейно нарастающее напряжение, ступенчатой фор мы. Это напряжение подается на друго вход компаратора 20. В момент равенства двух напряжений по заднему фрон ту с компаратора 20 запускается одновибратор коротких импульсов 17, импульсом с которого запускается одновибратор 18 и опрокидывается в нулевое состояние RS-триггер 21. Счет прекращается. Коротким импульсом с одновибратора 18 двоичное сос .8 тояние счетчика 29. генератора ступенчатого напряжения 24 с выходов Г передается в буферную память 25. С помощью цифро-аналогового преобразователя 26 двоичный код измеренной величины преобразуется в постоянное напряжение и через нелинейный фильтр 27, имеющий верхнюю границу 2-3 Гц выводится на регистратор 28. В результате все случайные сбои в процессе измерения, спектр частот которых леяшт вьше 3 Гц, не отражаются регистратором. В связи с тем, что частота генератора счетных импульсов может быть очень высокая (до 10 мГц), а само время измерения очень коротким, емкость пикового детектора может быть уменьщена по сравнению с известными устройствами на порядок. Это, в свою очередь, значительно увеличивает быстродействие и разрешающую способ- ность всего устройства и, следователь но, точность измерения амплитуд. Кроме того, поддаваемое напряжение на регистратор, пропорциональное измеренной амплитуде первого полупериода сигнала акустического каротажа, постоянно и не изменяется от цикла к циклу, что также увеличивает точность измерения. Использование предложенного устройства для измерения амплитуд в комплексной аппаратуре акустического и гамма-гамма каротажа (Щ1ГА-2) позволяет значительно повысить точность измерения, что приводит к большой повторяемости диаграмм (порядка 2-3%) и снижению сроков на интерпретацию результатов акустического каротажа. Формула изобретений Устройство для измерения амплитуд при акустическом каротаже, сос:тоящее из трехэлементного скважинного зонда, содержащего один излучатель и два приемника, генератор токовых импульсов для возбуждения излучателя, формирователь разнополярных импульсов и усилитель, при этом в скважинном зонде выходы приемников соединены с усилителем, генератор токовых импульсов соединен с излучателем и формирователем разнополярных импульсов, выход которого подключен к усилителю, выход усилителя подсоеди1}еи к каг -.таж9 . ному кабелю, зонд соединен каротажным кабелем с наземной измерительно панелью, содержащей фильтр, усилител дискриминатор разнополярных импульсов, аналоговьи ключ, схему формирования строб-импульсов, пиковый детектор, синхрогенератор и регистратор, а в наземной измерительной панели каротажный кабель подсоединен ко входу фильтра, связанного последовательно с усилителем, анало говым ключом и пиковым детектором, выход усилителя соединен со входом дискриминатора разнополярных импульсов, выход которого подключен ко входам схемы формирователя строб импульсов, и сиихрогенератора, а первьп выход синхрогенератора соеди нен со вто1х 1ми входами схемы формирования строб-импульсов и пикового детектора, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений, в него дополнительно введены генератор ступенчатого напряжения, цисЬро-аналоговый преобразовател буферная память, компаратор, генератор счетных импульсов, RS-триггер, первый, второй и третий одновибраторы коротких импульсов, логическая схема И и нелинейный фильтр, при это первый вход компаратора соединен с выходом пикового детектора, а второй с Первым выходом генератора ступенча того напряжения, выход компаратора через первый одновибратор соединен со входом второго одновибратора и с R-входом RS-триггера;, S-вход которог через третий одновибратор соединен со схемой формирования строб-импульсов, выход триггера подключен к од.10 ному из входов логической схемы И, второй вход которой соединен с генератором счетных импульсов, а выход с запускающим входом генератора ступенчатого напряжения, запрещающий вход последнего соединен со вторым выходом синхрогенератора, второй выход генератора Ступенчатого напряжения соединен с первым входом буферной памяти, второй записывающий вход которой соединен с выходом второго одновибратора, выход буферной йамяти через цифро-аналоговый преобразователь подключен ко входу нелинейного фильтра, а выход нелинейно- - го фильтра подключен к регистратору. 2. Устройство по п. 1, о т л и -чающееся тем, что генератор ступенчатого напряжения содержит двоичный последовательный асинхронный счетчик и логические элементы И-НЕ с открытыми коллекторными выходами, матрицу резисторов типа R-2R и транзисторные стабилизаторы тока, причем выходы каждого разряда счетчика, соединены через соответст-вующие логические элементы И-НЕ с транзисторными стабилизаторами тока, нагруженными на матрицы резисторов R-2R. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США К 3251029, кл. 340-18, 1966. 2.Патент США № 3270316, ли. 340-18, 1966. 3. Авторское свидетельство СССР 461397, кл. G 01 V 1/40, 1975 (прототип ).

1

20

f7

27