Устройство для акустического каротажа Советский патент 1983 года по МПК G01V1/52 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

Изобретение относится к области промыслово- геофизических исследований нефтяных и газовых скважин, а именно к аппаратуре акустического каротажа, и решает задачу повышения точности измерения интервального вре мени прихода и коэффифиента затухания акустического сигнала. Известна аппаратура для.акустического каротажа типа СПАК-2М, которая предназначнв для измерений интервальных времен, амплитуд и коэффициента затухания акустического сигнала. Аппа ратура состоит из трехэлементного скважинного зонда, включающего два излучателя и один приемник, соединенного каротажным кабелем и наземной частью, включающей две панели измерений и амплитуд. Наземная часть содержит схему присоединения, блок синхронизации, два усилителя, делитель, схемы задержки и блокировки, схему выделения вступлений, измерительный триггер,три схемы совпадений, два детектора, две схемы ворот, интеграторы j логарифматоры и схемы вычитаний Ci. Аппаратура работает следующим образом. Колебания, прошедшие 4ej)e3 исследуемую среду, воспринимаются приемником скважинного зонда и преобразуются в электрический сигнал, который после усиления в усилителе через схему присоединения и каротажный кабель поступает в наземную аппаратуру. Наземная аппаратура связана с каротажным кабелем через схему присоединения, на которую подаются разнополярные импульсы запуска излучателей от схемы синхронизации Последняя управляется делителем частоты питающей сети. Усиленные сигналы с приемника подаются на два усилителя. Сигнал, прошедший через усиЛитель, поступает нг схему выделения вступления и далее, через схему совпадений - на измерительный триггер, отмечая конец измеряемых интервалов Начало интервала времени совпадает с моментом посылки импуль сов запуска излучателей. Импульсы длительностью t. и t интегрируются интеграторами, а в схеме вычитаний вычитаются один из другого для получения сигналов постоянного тока подаваемых на регистратор. Сигнал с другого усилителя поступает на два идентичных канала измерений амплитуд. В момент окончания интервала ti запускается схема ворот, выраба тывающая импульс, который разрешает подачу сигнала с этого усилителя на первый детектор. Аналогично работает второй канал Далее сигналы с,детекторов поступают на логарифматоры и схему вычитания для. измерения коэффициента заА - . туханияс1 1д -т. Вследствие того, I . .ЧТО в данной аппаратуре выделение вступления акустического сигнала осуществляется при превышении им определенного уровня заданной полярности (порога срабатывания схемы выдел ния, вступлений), интервальное время и коэффициент затухания измеряются с низкой точностью. Это происходит из-за того, что в процессе каротажа в интервалах прохождения скважинным зондом участков с большим аку стическим затуханием, происходит. так называемый проскок фаз, при ко тором происходит срабатывание схемы выделения вступления на последующие фазы сигнала. Причем очень часто возникают такие ситуации, когда амплитуда первой фазы сигнала от ближне го излучателя еще достаточна для срабатывания схемы выделения вступ ления, а срабатывание ее от сигнала дальнего излучателя приходится на последующие фазы. Вследствие этого ошибка в измерении интервального вре мени будет равной одному и более периоду колебаний первых вступлений акустического сигнала. Вследствие то го, что амплитуды второй, третьей и далее фаз колебаний сигнала значительно отличаются от амплитуды пер арй фазы, измерение коэффициента затухания осуществляется также со значительной погрешностью. Наиболее близким к изобретению является устройство для акустического каротажа типа ЗВУК-2, предназ14наченное для измерения интервального времени и коэффициента затухания 2 . Устройство для акустического каротажа содержит скважинный .зонд, включающий излучатель и приемник, сое диненный каротажным кабелем с наземной измерительной панелью, содержащей входной трансформатор, аттенюатор, фильт нижних частот с усилителем, первый и второй аналоговые ключи, синхронизатор, первую и вторую логические схемы И, логическую схему ИЛИ, пиковый детектор, логарифмический преобразователь амплитудавремя, формирователь окна, измерительный триггер, кварцевый генератор, первый и второй реверсивные счетчики , первый и второй цифроаналоговые преобразователи, при этом вход фильтра нижних частот с усилителем через входной трансформатор соединен с каротажным кабелем, а выход нагружен на аналоговые ключи, выход пикового детектора через логарифмический преобразователь амплитуда - время и далее первую логическую схему И соединен с первым реверсивным счетчиком выход которого соединен с входом первого цифроаналогового .преобразователя, выход логической схемы ИЛИ подключен к первому входу измерительного триггера, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, выход измерительного триг гера через вторую логическую схему И подключен к второму реверсивному счетчику, выход последнего соединен с .входом второго цифроаналогового преобразователя, вторые входы первой и второй логических схем И соединены между собой и подключены к кварцевому генератору. Устройство работает следующим образом. Сигнал .приемника зонда, подаваемый через кабель, проходит трансформатор и с входного аттенюатора подается на усилитель с фильтром среза нижних частот и далее через полосовые фильтры на входы аналоговых ключей. На некоторое время после посылки вход второго аналогового ключа запирается импульсом с одновибратора блокировки. Далее усилителемформирователем вырабатываются импульсы в момент прихода сигнала с приемника, соответствующие моменту достижения этим сигналом определенного уровня заданной полярности (порога срабатывания). Импульсы подаются че.рез схемы И и ИЛИ на входы измерительного триггера. Эти импульсы опр деляют момент окончания измеряемог времени . С .измерительного триггера сигналы подак)тся на схему И, преобразующую временной интервал в пакет импульсов, следующих с част той кварцевого генератора, Количест -во этих импульсов в пакете -преобразуется с помощью реверсивного ciietMkка в двоичный код, далее цифроаналоговым преобразователем пр образуется в постоянный ток и выводится на регистрацию. Сигнал с первого ключа подается на детектор, а с детектора на пиковый детектор. Ло гарифмическим преобразователем ампли туда-время напряжение с пикового, де тектора преобразуется в импульс, дли тельност1« которого пропорциональна коэффициенту затухания. Этот ИМПУЛЬС подается на измерительный триггер через соответствующие схемы И и ИЛИ, Вследствие того, что выделение первых вступлений акустического сигнала в этой аппаратуре также осущест вляется в момент достижения первой фазы заданного уровня определенной полярности, известному устройству присущ аналогичный недостаток- низкая точность измерений коэффициента затухания и интервального времени. Целью изобретения является повыше ние точности измерения интервального времени и коэффициента затухания акустического сигнала. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для акустического каротажа,Содержащее скважинный зонд, включающий излучатель и два приемника, соединенный каротажным кабелем с наземной из юритель .ной панелью, содержащей входной трансформатор,фильтр нижних частот с усилителем, первый и второй аналоговые ключи, синхронизатор, первую и вторую логические схемы И, логическую схему ИЛИ, пиковый детектор, логарифмический преобразователь амплитуда - время , -формирователь окна, измерительный триггер,:кварцевый генератор, первый и второй реверсивные счетчик, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, прн этом вход фильтра нижних частот с усилителем через входной трансформатор соединен с каротажным кабелем, а выход нагружен на аналоговое клю- чи, выход пикового детектора через логарифмический преобразователь амплитуда- время и алее первую логарифмическую схему И соединен, с первым реверсивным сметчиком, выход которого соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, выход логической схемы ИЛИ гюдключен к первому входу измерительного триггера второй вход которого соединен с выходом синхронизатора, выход измерительного триггера через вторую логическую схему И подключен к второму реверсивному счетчику, выход, пос леднего соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, вторые входы первой и второй логи-. ческих схем И соединены между собой и подключены к кварцевому генератору, дополнительно введе ны дискриминатор положительного уровня и дискг риминатор отрицательного уровня, третья, четвертая, пятая и шестая логические схемы И, первый и второй R-S-триггеры, инвертирующий и суммирующий усилители, при этом обоих дискриминаторов соединены с выходом фильтра нижних частот с усилителем, а выходы дискриминаторов соединены с. первыми входами третьей и четвертой логических схем И, выходы которых подключены к R-входам R-S-триггеров и к входам логической схемы ИЛИ, а S-входы R-S-триггеров соединены между собой и с вторым вы-, ходом синхронизатора, выход первого R-S-триггера подключен к второму входу четвертой логической схемы И и к первому входу пятой логической схемы И, выход второго R-S-триггера подключен к второму входу третьей логической схемы И и к первому входу шестой логической cxei«i И, вторые входы пятой и шестой логических : схем И соединены с выходом формирова-. теля окна, вход которого соединен . с выходом логической схемы ИШ% а выход соединен с вторым входом логарифмического преобразователя, амплитуда-время, выход ПЯТОЙ логической схемы И соединен с управляющим входом первого аналогового, ключа, а выход шестой логической схекш И соединен с управляющим входом второго аналогового ключа, выход первого аналогового ключа подключен к первому входу суммирующего усилителя, а выход второго аналогового ключа подключей через инйертирующий усилитель к второму входу суммирующего ус лителя, выход последнего соединен с входом пикового детектора. На чертеже показана функциональная схема устройства. Устройство содержит трехэлемент.ный скважинный акустический зонд К включающий два приемника П и f и излучатель И, соединенный каротажным кабелем 2 с наземной измерительной панелью , содержащей входной трансформатор 3, фильтр нижних частот с усилителем k, дискриминатор 5 положительного уровня, дискриминатор 6 отрицательного уров ня, синхронизатор 7, первый аналоговый ключ 9,второй аналоговый ключ 9, третью логическую схему И 10, четвертую логическую схему И 11, суммирующий усилитель 12, инвертирующий усилитель 13, первый R-S-триггер ,второй R-S-триггер 15 , пиковый детектор 16 , пятую логическую схе му. И 17,шестую логическую схему И 18

логическую схему ИЛИ 19 , логарифмический преобразователь 20 амплитуда-время, формирователь окна 21, измерительный триггер 22, первую и вторую логические схемы И 23. и 2k , кварцевый генератор 23 , первый и второй реверсивные счетчики 26 и 27 и первый-и второй цифроаналоговые преобразователи .28

и 29.

I В наземной измерительной панели . вход фильтра нижних частот с усилителем k через входной трансформатор 3 соединен с каротажным кабелем 2, а выход нагружен на первый и второй аналоговые ключи 8 и 9 и дискриминаторы 5 и 6 положительного и отрицательного уровня. Выходы обоих . дискриминаторов 5 и 6 соединены, с входами третьей ичетвертой логических схем И 10. и 11, выходы которых подключены к . R- входам первого и второго R-S-триггеров 1Л и lij и к входам схемы ИЛИ 19. S-входы триггеров м 15 соединены между собой и подключены к выходу синхронизатора .7, причем выход первого R-S-триггера соединен с вторым входом четвертой логической схемы И и первым входом пятой логической схемы И 17, а выход второго R-S-триггера 15 соединен С вторым входом.третьей логической схемы И 10 и первым входом шестой логической схемы И 18. Вы9

теля 20, выход которого соединен с .первым входом первой логической схемы И 23. Вторые входы первой и второй логических схем И 23 и 24 соединены между собой и подключены к кварцевому генератору 25, причем выход схемы первой логической И 23 соединенс первым реверсивным счетчиком 26, а выход второй логической, схемы И 24 соединен с вторым реверсивным счетчиком. Выход формирователя окна соединен с вторым логарифмического преобразователя ;20 амплитуда -время..

Выход первого реверсивного счетчика 2б подключен к цифроаналоговому преобразователю 28, а выход второго реверсивного счетчика 27 - к цифроаналрговому преобразователю 29.

Устройство работает следующим оЬразом.

В начале цикла измерений по каналу дальнего по отношению к излучателю приемника (П2) импульсом с синхронизатора 7 первый и второй R-S-триггеры 14 и 15 устанавливаются в единичное состояние, при котором высокий разрешающий потенциал с выходов обоих триггеров подается на входы третьей и четвертой логических схем И 10 и 11. Сигнал приемников зонда 1, подаваемый через кабель 2, проходит входной трансформатор 3 и далее че18ход пятой логической схемы И 17 соединен с управляющим входом первого аналогового ключа 8, а выход шестой логической схемы И 18 - с управляющим входом второго аналогового . ключа 9, причем выход.аналогового ключа 8 соединен с аервым входом суммирующего усилителя 12, а выход аналогового ключа 9 соединен с вторым входом суммирующего усилителя 12 через инвертирующий усилитель 13. Выход логической схемы ИЛИ 19 соединен с формирователем окна 21 и одним из входов измерительного- .триггера 22, другой вход которого подключен к синхронизатору 7, а выходк первому входу второй логической схемы И 24. Выход формирователя окна 21 соединен с .управляющим входом логарифмического преобразователя 20 амплитуда время и вторыми входами логических схем И 17 и 18. Выход суммирующего усилителя 12 через .пиковый детектор 16 подключен к входу логарифмического преобразова9рез фильтр нижних частот с усилите лем k подается на входы дискриминаторов 5 и 6 и первого и второго аналоговых ключей 8, и 9. В момент первого вступления сигнала волновой картины., в случае, если первая фаза этого вступления носит положительный характер и превышает определенный уровень +ЕО, срабатывает дискриминатор 5 положительного уровня, импульс с которого, пройдя третью логическую схему И 10, устанавливает первый R-S-триггер Т в нулевое состояние. Низкий запрещающий П9Т енциал с выхода этого триггера подается на.второй вход четвертой логической схемы И 11, запрещая прохождение импульсов с дискриминатора 6. отрицательного уровня через четвертую логическую схему И 11 на R-вход второго R-S-триггера 15 и далее через логическую схему ИЛИ 19 на вход измерительного триггера 22. Таким образом, в цикле измерений по каналу ближнего по отношению к излучателю приемника (П1) скважинного зонда 1 на вход измерительного триггера 22 будет поступать импульс, соответствующий только первой положительной фазе сигнала, независимо от амплитудного соотношения положительного и отрицательного полупериодов первого вступления этого сигнала. В случае, если амплитуда первого вступления волновой картины в цикле П2 первоначально достигнет отрицательного порога срабатывания -Ер, дискриминатор 6 отрицательного уровп ня сработает раньше, тем самым разрешая в цикле П1 прохождение импульса на измерительный триггер 22, соответствующий отрицательной фазе, и запрещая прохождение импульсов, соответствующих положительной фазе, не зависимо от амплитудного соотношения этих фаз. Эти импульсь определяют момент окончания интервалов вре мени to и t, разность между которы V.., разность ми измеряется с помощью второй логической схемы И 2 кварцевого генератора 25 и второго реверсивного счетчика 27 и в цифровом коде преобразуется с помощью второго цифроаналогового преобразователя 29 в постоянный ток и выводится на регистрацию. Этими же импульсами запускается формирователь окна 21., который вырабап тывает импульс с длительностью,равной одному полупериоду колебаний первых 91 вступлений сигнала волновой картинЫг которые, .логически умножаясь в пятой и шестой логических схемах И 17 и 18 с состоянием первого и второго R-S-триггеров 14 и 15, управляют работой первого и второго аналоговых ключей 8 и 9- В случае положительных вступлений в циклах П2 и П1 открыт первый аналоговый ключ 8, пропуская на пиковый детектор J6 через суммирующий усилитель 12 один полупериод сигнала, соответствующий положительной фазе. В случае отрицательных вступлений открыт второй аналоговый ключ 9 и на-ПИКОВЫЙ детектор 16 пропускается через инвертирующий усилитель 13 и далее суммирующий усилитель 12 один полупериод сигнала, соответствующий отрицательной фазе. Пиковый детектор 1б измеряет максимальные амплитуды зтих фаз, которые в циклах П2 и П1 преобразуются логарифмическим преобразователем 20 амплитуда-время во временные интервалы, длительность которых пропорцио нальна натуральным логарифмам этих амплитуд. Разность между этими интервалами, представляющая коэффициент затухания акустического сигнала по первым фазам его всту.ппения, измеряется с помощью первой логической схемы И 23 кварцевого генератора 25 и второго реверсивного счетчика 26 в цифровом коде, преобразуется первым цифроаналоговым преобразователем 28 в постоянный ток и выводится на регистрацию. Таким образом, при-помощи предлагаемого устройства измерение интервального времени и коэффициекта затухания осуществляется по идентичным фазам сигнала. В результате исключается погрешность типа проскок фаз, тем самым значительно повышается точность измерения. Кроме того, в отличие от известного устройства измерение коэффициента затухания осуществляется только по одной первой строго определенной фазе вступления сигнала волновой картины, что также повышает точность измерения. Использование предлагаемого устройства в аппаратуре акустического каротажа позволит существенно повысить эффективность промыслово-геофизических работ за счет сокращения времени на обработку и интерпретацию материалов каротажа. За 119 счет этого снижается общая себестоимость работ на скважине. Формула изобретения Устройство для. акустического каро тажа, содержащее скважинный зонд, включающий излучатель и два приемника, соединенный каротажным кабелем с наземной измерительной панелью, содержащей входной трансформатор, фильт нижних частот с усилителем, первый и второй аналоговые ключи, синхронизатор, первую и вторую логические схемы И, логическую схему ИЛИ, пиковый детектор, логарифмический преобразователь амплитуда-время, формирователь окна, измерительный триггер, кварцевый генератор, первой И второй реверсивные счетчики, первый и второй г4Ифроаналоговые преобра зователи, при этом вход фильтра нижних частот с усилителем через входной трансформатор соединен с каротажным кабелем, а выход нагружен н аналоговые ключи, выход пикового детектора через логарифмический преобразователь амплитуда -время и дале первую логическую схему И соединен с первым реверсивным счетчиком, выход которого соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, вы ход логической рхемы ИЛИ подключен к первому входу и змерительного триггера, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, выход измерительного триггера через втору логическую схему И подключен к второ му реверсивному счетчику, выход пос леднего соединен с входом второго ци роаналогового преобразователя, вторые Ьходы первой и второй логически схем VI соединены между собой и подкл чены к кварцевому генератору, о - чающееся тем. что, с повышения точности измерения интервального времени и коэффициента за-. тухания акустического сигнала, в уст ройсИво дополнительно вбедены дискриминатор положительного уровня и Jдискриминатор отрицательного уровня, третья, четвертая, пятая и шес1тая логические схемы И, первый и . вторрй R-5-триггеры, инвертирующий и суммирующий усилители, при этом входы обоих дискриминаторов соединены с выходом фильтра нижних частот с усилителем, а выходы дискриминаторов соединены с первыми входами третьей и четвертой логических схем И, выходы которых подключены к ff входам R-S-триггеров и к входам логической схемы ИЛИ, а S-входы R-S-триггеров соединены между собой и с вторым выходом синхронизатора, выход первого R-S-триггера подключен к второму входу четвертой логической схемы И и к первому входу пятой логической схемы И, выход второго R-S-триггера подключен к второму входу третьей логической схемы И и к первому входу-шестой логической схемы И, вторые входы пятой и шестой логических схем И соединены с выходом формирователя окна, вход которого соединен с выходом логической схемы ИЛИ, а выход соединен с вторым входом логарифмического преобразователя амплитуда- время ,- выход пятой логической схемы И соединен с управляющим входом первого аналогового ключа, а выход шестой логической схемы И соединен с управляющим входом второго аналогового ключа, выход первого аналогового ключа подключен к первому входу суммирующего усилителя, а выход второго аналогового ключа подключен через инвертирующий усилитель к второму входу суммирующего усилителя, вьлход последнего соединен с входом пикового деГектора, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ивакин Б. Н., Карус Е. В., Кузнецов 0. Л. Акустический метод исследования скважин. М., Недра, 1978, с. 152-15. 2.Карус Е. В. и др. Аппаратура ЗВУК-2 для акустического каротажа обсаженных скважин. Геоакустические исследования в скважинах. Труды ВНИИЯГГ, М., № 18, Э7, с. 59-бЗ (прототип).