Устройство для многозондового акустического каротажа скважин Советский патент 1982 года по МПК G01V1/52 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОЗОНДОВОГО АК:УСТИЧЕСКОГО

КАРОТАЖА СКВАЖИН

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть ис-, пользовано при разработке системы для исследования нефтяных и газовых скважин методом МНОГОЗОНДОВОГО акустического каротажа с применением матодов пространственно-временной фильтрации зарегистрированных акустических сигналов при цифровой обработке на ЭВМ. Известно устройство для многозондо- вого акустического каротажа скважин, cocтoящee из скважинного зонда, включающего в себя акустический излучатель блок возбуждения акустического излучателя, по -крайней мере два акустических приемника, расположенных с постоянным шагом, и соединенного линией связи (каротажным кабелем) с наземной частью, включающей в себя датчик глубины, блок согласования и блок цифровой обработки и регистрации акустических сигналов. Устройство обеспечивает цифровую об работку и регистрацию совокупности акус тических сигналов, полученных от определенным образом расположенных относв тельно излучателя акустических приемников. Обработка сигналов осутцествпяется фильтрацией и комбинированием, с учетом времен прихода сигналов.методом множественной корреляции 1 . Однако так как расстояния между приемниками не согласованы с длинами волн регистрируемых акустических сигналов, а такйсе и;хза влияния неоднороднсютей разреза скважины в областях излучения и приема акустических сигналов, во время движения зонда в скважине возникаю значительные погрешности. Известно устройство для акустичесхого каротажа скважин, содержащее в скважинном зонде блок акустических излучателей, блок возбуждения акустических излучателей и блсж акустических приемников. Устройство обеспечивает формирование диаграмм направленности излучаемого И npMHraviaeMoro акустического пульса 2 J. Однако устройство характеризуется ограниченными функциональными возможностями, Наиболее близким к предлагаемому по совокупности общих призшков является устройство для многозондового акустического каротажа скважин, состоящее из С1сважинного зонда, включающего в себя блок акустических излучателей, соединенный с блоком возбуждения акустических излучателей, по крайне мере, и два акустических приемника, расположенных с постоянным шагом, и соединенного линией связи с- наземной частью включающей в сеЬя датчик глубины, блок согласования, блок сигналов управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса, вход которого сое динен е выходом блока цифровой обработки и регистрации акустических сигналов.Устройство обеспечивает автоматическое управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса в про цессе измерений СЗ. Однако устройство характеризуется ограниченными функциональными возможностями в частности отсутствует возможность изменения зондовых расстояний с целью реализации при цифровой обработке зарегистрированных сигналов мето дов пространственно-временной фильтраци Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышения точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для многозондового акустического каротажа скважин, состоящее из скважинного зонда, включающего в себя блок акустических излучателей, соединенный с блоком возбуждения акустических излучателей, по крыйней мере, и два акустических приемника, расположенных с постоянным шагом, и соединенного линией связи с наземной частью вклзочающей в себя датчик глубины, блок согласования, блок сигналов управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса, вх,рд которого сое --динен с выходом блока цифровой обработ ки и регистрации акустических сигналов, введены в наземную часть блок сигналов управления формированием группы акустических излучателей, а в скваженный зонд введен дешифратор сигналов управ- ления запуском группы излучателей, при этом входы блока сигналов управления формированием группы акустических излучателей подключены к выходу блока сигналов управления диаграммой напра&ленности и формой излучаемого импульса и выходу блока цифровой обработки и регистрации акустических сигналов, а Еыход блока через блок согласования и линию связи подключен к дешифратору сигналов управления запуском группы излучателей, выходы которого подключены к блоку возбуждения акустических излучателей, при этом акустические излучатели в блоке расположены с шагом, равным половине минима/шной длины волны в спектре регистрируемых акустичео- . ких сигналов, при максимальной обшей длине блока излучателей, равной сумме шага расположения акустических прием- НИКОВ и длины возбуждаемой группы из- лучателей. При этом в наземную часть аппаратуры введен блок формирования сигналов меток глубин, равных шагу расположения преобразователей в блоке акустических излучателей, .причем вход блока подключен к датчику глубины, а выход - к блоку сигналов управления формированием группы акустических излучателей и блоку цифровой обработки и регистрации акустических сигналов. I На чертеже представлена структурная схема устройства. Устройство содержит: скважинный зонд 1, включающий в себя блок 2 акустичес : ких излучателей, блок 3 возбуждения акустических излучателей, дешифратор 4 сирналов управления запуском группы излучателей, размещенные в блоке 5 электроники, акустические приемники П1-П 6,7 и 8, скважинный зонд соединен линией связи (каротажным, кабелем) 9 с наземной частью, включающей в себя датчик 1О глубины, блок 11 формирования сигналов меток глубин, равных шагу расположения преобразователей в блоке акустических излучателей, блок 12 согласования, блок 13 сигналов управления формировашем грутшы акустических излучателей, блок 14 сигналов управления диаграммой направленности и фор. .-- л„ , „ .,т- - 1мой излучаемого импульса, блок 15 цифровой обработки и регистрации акустичес ких сигналов, включающий в себя аналогоцифровой преобразователь 16, буферное оперативно-запоминающее устройство 1 7, блок 18 цифровой обработки сигналов и накопитель 19 на маг(ттной ленте. Блок 2 акустических излучателей состоит из системы кольцевых преобразователей, расположенных с посгоян1а 1м шагом, равным половине минимальной длины волны, в спектре регистрируемых длин волн, при максимальной длине расположения излучателей, равной сумме шага расположеьгая акустических приемников Ч и длине возбуждаемой группы излучат&лей 2 , Конструктивно блок акустических излучателей может быть выполнен в виде цилиндрической антенны. При широкополосном акустическом каротаже преобладаюшими частотами в спек тре возбуждаемых и регистрируемых сигналов для основных типов волн и диапа- зонов скоростей распространения упругих волн в горных породах будут частоты, соответствующие длинам волн 8-64 см. Следовательно, .для реализации при цифровой обработке сигналов различных методов пространственно-временной фильтрации, шаг между акустическими излучающими преобразователями может быть выбран равным -h (2 4 см, согласно теореме отсчета в области длин волн). Длина блока акустических преобразователей может быть выбрана равной сумме А где niax. максимальная длина волны в спектре регистрируемых сигналов, равная ,64 см; - шаг расположения акустичес ких преобразователей; п - число излучателей в возбуждаемой группе. Устройство работает следующим образом. По командам от блока 18 цифровой обработки сигналов блок 14 сигналов управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса вырабатывает сигналы управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса, которые через блок 13 сиг- налов управления формированием группы акустических излучателей, блок 12 согласования, линию связи 9 поступа ют на дешифратор 4 сигналов управления запуском группы излучателей. Программа, по которой осуществляется выбор и запуск группы акустических излучателей, определяется блоком 18 циф ровой o6patioTKH сигналов. Например, для реализации эффекта накопления акустичес ких сигналов за счет суммирования по напраш1е( линии годографа выделяемог И измеряемого типа волны за нескотш-ко циклов излучения осуществляют изменение зондовых расстояний по случайному закону на величину, соизмеримую с длиной волны в спектре регистрируемой и подавляемой предшествующей группы волн. Изменение зондового расстояния осуществляют выбором группы возбуждаемых излучателей. При измерениях в различных геологических условиях необходимо изменять длину зондовых расстояний в пределах 1 5 м. Нижний предел определяется, в основном, максимальным затуханием звуковых колебаний в горных породах, а максимальгное значение зондового расстояния определяется требованиями глубинности исследования и стремлением получить разутешенную запись различных типов упругих волн и др. Поэтому в устройстве использовано несколько акустических приемников , раоположенных с шагом, равным 2 тс(х 64 см, что позволяет согласовать по глубине при цифровой обработке сигналы, зарегистрированные рядом расположенными приемншсами. При непрерывном движении скважинного зонда сигналы с датчика 1О глубин поступают в блок 11 формирования СИ1 налов меток глубин, который вырабатывает сигналы меток глубин, равных шагу расположения преобразователей в блоке 2 акустических излучателей. Эти сш налы поступают в блок 13 сигналов управления формированием группы акусти ческих излучателей, выходные сигналы которого через блок 12 согласования и линию связи 9 поступают в дешифратор 4 .сигналов управления запуском группы излучателей. Таким образом, переключение групп излучателей осуществляется гак, чтобы за время между циклами переключения группы излучателей скважинный зонд проходил расстояние, равное шагу расположения акустических преобразователей. Это обеспечивает постоянство условий возбуждения группы акустических излучателей, с целью получения оптимальной диаграммы направленности и формы излучаемого импульса, исключая тем самым влияние неоднородиостей горных пород и технического состояния скважин в области излучения. Частоту запуска выбранной группы излучателей осуществляют, исходя из числа акустических приемников в зонде, таким образом, чтобы за ьремя переключения групп излучателей осуществить npHefM сигналов от каждого приемника. Предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа, так как значитель но расширены его функциональные возможности и повьииена точность при измерениях. Формула изобретения 1. Устройство для многозондового акустического каротажа скважин, состоящее из скважинного зонда, включающего в себя блок акустических излучателей, соединенный с блоком возбуждения акуотических излучателей, по крайней мере, и два акустических приемника, расположенных с постоянным шагом, и соединенного линией связи с наземн й частью включающей в себя датчик глубины, блок согласования, блок сигналов управления диаграммой направленности и формой излучаемого импульса, вход которого соединен с выходом блока цифровой обработ ки и регистрации акустических сигналов, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возмож ностей и повыщения точности измерений в наземную часть введен блок сигналов управления формированием группы акустических излучателей, а в скважинный зонд введен дешифратор сигналов управления запуском группы излучателей, при этом входы блока сигналов управления формированием группы акустических из лучателей подключены к выходу блока сигналов управления диаграмм:ой направ э ленности и формой излучаемого импульса и выходу блока цифровой обработки и регистрации акустических сигдалов, а выходы блока через блок согласования и линию связи подключен к дешифратору сигналов управления Запуском группы излучателей, выходы которого подключены к блоку возбуждения акустических излучателей, при этом акустические излучатели в блоке расположены с шагом, равным половине минимальной длины волны в спектре регистрируемых акустических сигналов, при максимальной общей длине блока излучателей, равной сумме шага расположения акустических приемников и длины возбуждаемой группы излучателей. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в няземную часть аппаратуры введен блек формирования сигналов меток глубин, равных шагу расположения преобразователей в блоке акустических излучателей, при этом вход блока подключен к датчику глубины, а выхо--ды - к блоку сигналов управп:ения формированием группы акустическшс излучателей и блоку цифровой обработки и регистрации акустических сигналов. Источники информации, принятые во BfraMaHHe при экспертизе 1.Патент США № 4210967, кл. 367-34, опублик. 198О. 2.Патент США № 3496533, 34О-17, опублик. 1970. 3.Патент США № 4123744, . 340-15.5 опублик. 1979 (прототип)