Поверочно-калибровочное устройство для аппаратуры акустического каротажа Советский патент 1981 года по МПК G01V13/00 

I

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано в качестве средства метрологического обеспечения аппаратуры, акустического каротажа по скорости и затуханию упругой волны.

Известно устройство для калибровки аппаратуры акустического каротажа, содержащее заполненный жидкостью звукопровод цилиндрической формы. В качестве звукопровода используется труба с известной скоростью распространения упругих колебаний. При калибровке скважинный прибор калибруемой аппаратуры помещается в трубу, а регистрируемые при этом аппаратурой упругие колебания преобразуются в выходной сигнал, который используется в качестве опорного }.

Недостатком этого устройства является то, что аппаратура к либруется лишь в одной точке своего диапазона измерений.

Известно устройство для калибровки аппаратуры акустического карста- . жа-, содержащее звукопровод в виде двух труб, размещенных с зазором одна в другой, причем внутренняя труба имеет скорость распространения упругих колебаний, соответствующих нижнему пределу диапазона измерений, а наружная труба имеет скорость, соответствующую верхнему пределу диапазона измерений калибруемой аппаратуры. Внутренняя труба заполняется жидкостью полностью, а уровень жидкости в межтрубной полости регулируется и регистрируется с помощью индикатора t2J.

Недостатком этого устройства яв- ляется то, что аппаратура акустического каротажа с трехэлементньп-t зондом, предназначенным для измерения

20 интервального времени распространения iT и коэффициента затухания i упругих, колебаний на базе зонда S, калибруется с достаточной степенно точности лишь в двух точках диапазона изме рений, когда уровень жидкости в межтрубной полости находится за предела ми базы зонда. В этом случае калибро вочные значения определяются свойствами трубы и не зависят от упругих свойств жидкости, которые могут изменяться из-за изменения количества пузырьков, образующихся при переливании жидкости, а также из-за изме нения условий окружающей среды (температура, давление и т.д.). Когда уровень жидкости находится в предела ,базы зонда, т.е. между одноименными активными элементами, то геометрические пути распространения упругих колебаний, регистрируемых двумя каналами калибруемой аппаратуры, резко отличаются. Поэтому параметры колеба ний, измеряемые разными каналами аппаратуры, по разному зависят от свойств жидкости. Таким образом, при калибровке аппаратуры по параметрам ЛТ и i возможны большие погрешности из-за изменения свойств жидкости. Наиболее близким к предлагаемому является rioBepottfto-калибровочное уст ройство для приборов акустического каротажа, содержащее заполненный жид костью звукопровод цилиндрической фо мы, помещенный в заполненный жидкостью корпус, измерительные стержни, размещенные вдоль звукопровода, на которых установлены излучатель и эле менты, обеспечивакицие его перемещё. 1ше вдоль стержней, а также сельсиндатчик и генератор импульсов возбуждения излучателя. Звукопровод выполнен из материала с известными скоростью и коэффициентом затухания упругих колебаний на единицу длины. При калибровке и поверке скважинный прибор аппаратуры помещается в цилиндр, служащий звукопроводом. Наземный прибор аппаратуры через каротажный кабель соединяется со скважин ным прибором. Синхроимпульсы наземного прибора, соответствующие моментам возбуждения излучателя скважинного прибора, подаются на генератор импул сов возбз ждения поверочно-калибровочного устройства. Генератор возбуж дает перемещаемый излучатель устройства синхронно с работой излучателя скважинного прибора. Импульсы упруги колебаний, создаваемые излучателями, подаются через жидкость на стенки звукопровода, и, распространяясь по нему, воспринимаются через жидкость приемниками скважинного прибора калибруемой аппаратуры. Когда перемещаемый излучатель находится блилсе к приемникам скважинного прибора, чем собственный излучатель прибора, то первыми достигают приемников импульсы упругих колебаний перемещаемого излучателя, которые используются для калибровки. При перемещении излучателя время прихода этих колебаний на приемники прибора из14еряется по линейному закону, а амплитуда колебаний - по экспоненциальному закону в зависимости от величины перемещения. Перемещение излучателя осуществляется с помощью из 1ерительных стержней, выполненных в виде винтов с фиксированным шагом, KOTOffcie также воздействуют на сельсин-датчик, позволяюпщй синхронно с перемещением излучателя осуществлять перемещение бу-маги фоторегистратора, подключенного к выходу наземного прибора калибруемой аппаратуры СзЗ Однако измерительные стержни, размещенные вдоль звукопроиода, а также корпус устройства, воспринимая через жидкость упругие колебания от излучателя, создают волны-помехи, которые воспринимаются приемниками поверяемой аппаратуры. Эти волны-помехи накладываются на колебания, распространяющиеся по звукопроводу, и интерферируют с ними, что вносит существенные погрешности при калибровке аппаратуры. При поверке и калибровке аппаратуры акустического каротажа с трехэлементным зондом, предназначенной для измерения интервального времени распространения AT и коэффициента затухания упругих колебаний eL на базе зонда S, диапазон калибруемых значений ограничивается размерами зонда, конечными размерами приемников зонда и перемещаемого излучателя, а также соотношением скоростей распространения упругих колебаний в звукопроводе и жидкости. Так, если перемещаемый излучатель находится за пределами интервала между приемником и излучателем зонда, то первыми приемника; достигают упругие колебания от собственного излучателя зонда. Когда же перемещаемый излучатель находится близко от приемника, то на импульс упругих колебаний, распространя ощихся по звукопроводу, накладывается импульс колебаний, распространяющихся по жидкости. Только на оприделеняом расстоянии перемещаемого излучателя от приемника, которое зависит от соотношенияскорости распространения упругих колебаний в звукопроводе и жидкости, импульс колебаний по яащ кости отстает от импульса колебаний в звукопроводе. Учитьгоая, что серийно выпускаемая аппаратура типа СПАК, АКЦ регистрирует амплитуды упругих колебаний во временном окне 120 мкс, отсчитываемом от момента прихода колебаний на приемник, расстояние, при котором регистрируются чистые (неинтерферированные) колебания по звукопроводу, может составлять значительную величину. Экспериментально установлено, что если в качестве звукопровода используется, например труба из винипласта, в которой скорость распространения ynpyrirx колебаний м/с, а в звукопровод налита вода (Vju 1500 м/с), то для аппаратуры типа СПАК, это минимальное рабочее расстояние составляет около 30 см. Чем больше скорость распространения колебаний в звукопроводе по сравнению со скоростью в жидкости, тем меньше это расстояние. Однако повышение скорости распространения колебаний звукопровода ограничивает максимально возможное калибруемое значение дТ аппаратуры, так как при заданной базе зонда оно обратно пропорционально зависит от скорости в звукопроводе. При калибровке аппаратуры с трехэлементным зондом по па раметрам дТ и el перемещаемый излучатель устанавливается в середине базы зонда между одноименными активными элементами (например приемниками). При перемещении его в сторону одного из приемников дТ иеС линейно изменяю ся в зависимости от величины перемещ ния. Однако, учитывая, что база зонд основной серийной аппаратуры равна 50 см, а минимальное рабочее расстоя ние между приемниками и излучателем 30 см, то калибровочный диапазон по du и ДТ существенно ограничен. . Целью изобретения является расширение диапазона калибровочных значений дТ HcL и повьшгение точности кали бровки за счет исключения погрешностей, связанных с волнами-помехами, распространяющимися по измерительным стержням и корпусу устройства. Указанная цель достигается , что в поверочно-капибровочное устрой ство для аппаратуры акустического 84 каротажа, содержащее звукопровод цилиндрической формы, заполненный жидкостью, перемещаемьй излучатель, установленный на измерительном стержне, а также генератор импульсов, дополнительно введен излучатель, установленный неподвижно, а перемещаемый излучатель жестко закреплен на конце измерительного стержня. Оба излучателя размещены внутри звукопровода на звукоизоляторе. Звукоизолятор выполнен цилиндрической формы и установлен соосно зву копроводу. Измерительный стержень снабжен фиксатором, установленным на верхнем торце звукопровода. На чертеже схематически изображено предлагаемое поверочно-калибровочное устройство для аппаратуры акустического каротажа, общий вид. Предлагаемое устройство содержит звукопровод I цилиндрической формы, заполненный жидкостью 2, зафиксированный соосно внутри звукопровода, Звукоизолятор 3 циливдрической формы, на котором закреплен неподвижный излучатель 4 и установлен перемещаемый излучатель 5, измерительный стержень 6, фиксатор 7, закрепленный на звукопроводе, и двухканальный генератор 8 импульсов возбуждения, выходы которого электрически соединены с неподвижным, м перемещаемым излучателем. Измерительйый стержень выполнен в виде линейки, один конец стержня прикреплен к перемещаемому излучателю, а другой конец выведен за пределы звукоп эовода через фиксатор 7, который позволяет фиксировать положение стержня с перемещаемым излучателем относительно звукопровода. При поверке и калибровке скважинный прибор 9 аппаратуры акустического каротажа (например с зондом структуры - один излучатель и два приемника), соединенный посредством каротажного кабеля 10 с наземным прибором 11, перемещается через Звукоизолятор в заполненный жидкостью звукопровод и центрируется относительно него. При этом звукоизолятор изолирует часть корпуса сквахашного прибора и его излучатель от 3Bi копровода. Поэтому двугие импульсы, возбуждаемые излучателем прибора, не попадают на звукопровод, а затухают в материале изолятора. Разнополярные синхроимпульсы, соответствующие во времени моменту возбуждения излучателя скважинного прибора, подаются на вход двухканального генератора импульсов возбуждения. Положительная полярность, например, соответствует циклу измерений аппаратуры, при котором регистрируются упругие колебания, принятые первым (ближним) приемником, а отрицательная полярность - циклу измерений аппаратуры, в котором регистрируются колебания, принятые вторым (дальним) пpиe fflикoм. При приходе на вход генератора импульса положительной полярности один из каналов генератора возбуждает перемещаемый излучатель , при приходе импульса отрицательной полярности другой канал гене ратора возбуждает неподвижный излучатель. Таким образом в одном цикле измерений аппаратура регистрирует колебания, распространяющиеся по зву копроводу от неподвижного излучателя а в другом цикле - от перемещаемого излучателя. 3 этом случае измеряемые аппаратурой значения лТ и cL равны йТ TQ - ,;(1) d.201g, (2) «1 где I , А - время прихода и амплитуда упругих колебаний принятых ближним приемником от перемещаемого излучателя; Т, А - время прихода и амплиту да упругих колебаний, принятых дальним приемником от неподвижного излучателя. При калибровке аппаратуры переме щаемый излучатель сначала устанавли вается на такое же расстояние от бл него приемника, на которое удален н подвижньй излучатель относительно дальнего приемника. При этом ,,, а . В этой точке пут.ем регулировки амплитуды импульсов одного из каналов генератора, возбуждающего один из излучателей, добиваются тог чтобы , то есть . При движ нии перемещаемого излучателя от исходной точки аппаратура регистрирует калибровочные значения-ДТу и oLx, которые имеют следующую зависимость от величины перемещения X: - Vo (i.el(jX где VQ и d.Q - изпсстиыа скорость распространения и коэффициент затухания упругих колебаний на сдипицу длины звукопровода. При этом фиксация и отсчет величины перемещения X осуществляется с помощью фиксатора 7, через который проходит связанный с излучателем измерительный стерхсень. Стержень выполнен в виде линейки и используется для перемещения излучателя и изменения величины перемещения. Аналогично можно калибровать аппаратуру, имеющую трехэлементный зонд с двумя излучателями и одним приемником. В этом случае необходимо перемещать скважинный прибор относительно звукоизолятора таким образом, чтобы ближний излучатель зонда вышел за пределы звукоизолятора, дальний оставался в пределах звукоизолятора, а неподвижный излучатель устройства отключить. При этом функции неподви)хного излучателя устройства выполняет ближний излучатель зонда. Диапазон калибровочных значений дТ; и с{.х , воспроизводимых с помощью данного устройства, не ограничивается зависимостью от размеров базы зонда и его активных элементов, а также от величины минимального рабочего расстояния между приемниками зонда и излучателями установки, которое зависит от соотношения скорости распространения упругих колебаний в звукопроводе и в жидкости, так как излучатели установки располагаются от приемников зонда на достаточно большом расстоянии. Этот диапазон определяется величиной возможного перемещения излучателя установки, т.е. длиной звукопровода и звукоизолятора, и может быть задан в зависимости от диапазона измерений калибруемой аппаратуры. Kpotie того, предложенное устройство позволяет повысить точность калибровки по сравнению с известным, так как исключаются погрешности, связанные с волнами-помехами, распространяющимися по измерительным стержням и корпусу устройства. В предложенном устройстве корпус (внешняя труба) вообще отсутствует, а измерительный стержень перемещается вместе с перемещаемым излучателем и всегда находится за пределами участка звукопровода, по которому распространяются упругие колебания, регистрируемые приемниками калибруемой arninp-irvni..

у8903Ii

Таким образом, устройство позволяет расширить диапазон и повысить точность калибровки аппаратуры акустического каротажа, предназначенной для измерения интервального времени 5 йТ и коэ зфициента затухания «L упругих колебаний в горных породах.

Формула изобретения

1. Поверочно-капибровочное устройство для аппаратуры акустического каротажа, содержащее звукопровод цилиндрической формы, заполненный жидкостью, перемещаемый излучатель, установленный на измерительном стержне, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона калибруемых, параметров и повьшения точности калибровки, дополнительно введен неподвижный излучатель, а перемещаемый излучатель жестко зак5. (О

реплен на конце измерительного стержня, причем оба излучателя размещены внутри звукопровода на звукоизоляторе.

2,Устройство по п. 1, отличающееся тем, что звукоизолятор выполнен ци-пиндрической формы и установлен соосно звукопроводу.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измерительный стержень выполнен с возможностью перемещения и снабжен фиксатором, установленным на верхнем торце звукопровода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США К 3056464, кл. 181-5, опублик. 1962.

2.Авторское свидетельство СССР ( 663304, кл. G 01 V 1/40, 1977.

3.Авторское свидетельство СССР К 661469, кл. G 01 V 1/40, 1976 (прототип).