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

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН

1

Изобретение относится к устройствам для акустического каротажа и может быть испо;1ьзовано при скважинных акустических исследованиях.

В известных устройствах для акустического каротажа излучатель (или излучатели поочередно) возбуждает в сквам ине акустические колебания с определенной частотой повторения, после чего произво/ ится прием и изме-, рение параметров этих колебаний,

С целью повышения точности измерения в такой аппаратуре применяют накопление сигналов. Например, при записи фазокорреляционных диаграмм ис- ,5 пользуется накопление на фотослое Г.

Однако эффективность накопления в ряде случаев оказывается недостаточной вследствие низкого значения частоты повторения излучае№з1Х им- 2о пульсов, которая выбирается из условия исключения интерференции волновых картин в смежных циклах излучения при наибольшей длительности волновой

картины. Так как каротаж осуществляется при непрерывном перемещении зонда в скважине, то с по вы шен ем скорости движения время нахожден1Я измерительной установки в пределах исследуемой области становится соизмеримым с временем измерения. Вследствие этого усреднение результатов измерения по нескольким циклам при низкой частоте повторения прино/ т к возникновеьмю динамических погроаностей.

Известно также устройство, pea;«iзованное в каротажной аппаратуре УЗКУ-3/2. В этом устройствеоператор имеет возможность менять период повторения между излучае илни импульсами в зависимости от длительности регистрируемых волновых картин. Вол-; новые картины при этом наб/водаются на экране электроннолучевой трубки 2 J.

Однако при исследовании слс) построенных геологических разрезов

при непрерывном перемещении акустического зонда в скважине устройство не позволяет совместить требование высокой производительности работ и точности измерения параметров акустических сигналов вследствие снижения точности установки временных интервалов между излучаемыми группами импульсов. Это вызвано тем, что время, необходимое для перестройки частоты повторения тактового генератора, оказывается соизмеримым с длительностью нахождения зонда в пределах исследуемого пласта. . Наиболее близким по технической реализации к изобретению является устройство для акустического карота) скважин, содержащее генератор запускающих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, амплитудный детектор, компаратор и схему измерения параметров упругих волн, при этом выход генератора запускающих импульсов соединен с излучателем, приемни с соединен с усилителем, выход которого под- 25 с ключен к входам амплитудного детекто ра и схемы измерения параметров упру гих волн, выход амплитудного детекто ра соединен с первым входом компаратора . Это устройство служит для измерения скорости распространения ультразвука частотно-импульсным методом. Генератор запускающих импульсов може работать как в автоколебательном режиме, так и в режиме синхронизации. При включении, а также при пропадании импульса, циркулирующего в кольц генератор запускающих импульсов рабо тает в автоколебательном режиме с малой частотой повторения. В режиме внешней синхронизации частота циркуляции импульсов оказывается пропорци ональной скорости распространения ультразвука в среде между излучателе и приемником З. Однако использование такого цирку лятора при акустическом карота) существенно снижает точность из/дерения Это вызвано тем, что в большинстве случаев при акустическом каротаже длительность волновых картин существенно превышает время распространения сигналов от излучателя до приемника. Это приводит к интерференции акустических сигналов, регистрируемых в смежных циклах излучения. Целью изобретения является повышение точности измерения кинематических и динамических параметров упругих волн.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для акустического

каротажа скважин, содержащее генератор запускающих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, амплитудный детектор, компаратор и схему измерения параметров упругих волн,

при этом выход генератора запускающих импульсов соединен с излучателем, приемник соединен с усилителем, выход которого подключен к входам амплитудного детектора и схемы измерения

параметров упругих волн, выход амплитудного детектора соединен с первым входом компаратора, дополнительно введены измеритель помехи, ключевая схема, трехвходовая схема И и блок

программного управления (БПУ), при этом выход усилителя соединен с первым входом ключевой схемы, выход которой подключен к входу измерителя помехи, выход последнего соединен вторым входом компаратора, выход компаратора соединен с первым входом трехвходовой схемы И, второй и третий входы которой соединены с первым и вторым выходами блока программного управления, третий выход которого соединен с управляющим входом ключевой схемы, выход трехвходовой схемы И соединен с входом генератора запускающих импульсов, а вход блока программного управления подключен к выходу генератора запускающих импульсов. Положительный эффект достигается тем, что устройство позволяет работать с максимально возможной частотой повторения применяющейся в широких пределах -длительности волновой картины. Это позволяет при использовании измерителей параметров акустических сигналов с накоплением существенно повысить точность измерения при малых соотношениях сигнал/шум без снижения производительности каротах ных работ. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока программного управления; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу схем. Устройство содержит приемник 1 акустических колебаний, усилитель 2, амплитудный детектор 3, компаратор , трехвходовую схему И 5, генератор запускающих импульсов 6, излучатель 7 БПУ 8, ключевую схему 9, из599меритель помехи 10 и схему 11 измерения параметров упругих волн. Генератор запускающих импульсов 6, который служит для запуска излучателя 7 может работать в автоколебательном режиме с малой частотой повто рения импульсов FO и в режиме синхронизации с частотой повторения F больше FO . Приемник 1 служит для приема акустических сигналов, возбуждаемых излучателем 7, и преобразования этих сигналов в электрические. Выход приемника соединен с входом усилителя 2. Выход усилителя 2 подклю чен к входам кгючевой схемы 9, схемы 11 измерения параметров упругих волн и амплитудного детектора 3, пред назначенного для выделения огибающей волновой картины. Выход амплитудного детектора 3 соединен с первым из входов компаратора 4. Компаратор k служит для формирования импульса в момент превышения входными сигналами некоторого порогового уровня. 1Слю.чевая схема 9 предназначена для пода чи на измеритель помех 10 только шумового сигнала, который действует в определенном временном интервале по окончати длительности волновой картины. Измеритель помех 10 слухит для измерения и запоминания уровня помех на время длительности нескольких циклов излучения и подачи этого уровня в виде постоянного напряжения на второй вход компаратора , При уменьшении уровня огибающей акустического сигнала ниже уровня помехи на выходе компаратора k вырабатывает ся импульс окончания длительнскти . ВОЛНОВОЙ картины. Этим импульсом через трехвходовую схему И 5 производи ся запуск генератора запускаю1дих импульсов 6 и излучателя 7. БПУ предназначен для формирования импульсов временного интервала, в котором действуют только помехи. Этими импульсами открывается ключевая схема 9. БПУ 8 формирует также импульсы запре та циркуляции в контуре, образованном приемником 1, усилителем 2, амплитудным детектором 3 компаратором , трехвходовой схемой И 5, гене ратором запускающих импульсов 6, излучателем 7 и скважиной. Сигналы запрета циркуляции с БПУ 8 поступают в интервалы времени, в которых апри орно невозможно окончание длительнос ти волновой картины, например, от мо мента излучения до момента вступле2ния гидроволны, а также для разрыва цепи циркуляции через определенное число циклов излучения. Устройство работает следующим образом. В генераторе запускающих импульсов 6 формируется короткий импульс, который запускает излучатель 7 и поступает в блок программного управления 8, где производится счет излучаемых импульсов. Акустические сигналы, возбуждаемые излучателем 7, воспринимаются приемником 1, усиливаются и регистрируются схемой 11 измерения параметров упругих волн. Ключевая схема 9 и трехвходовая схема И 5 закрыты до тех пор, noKajreHepaтор запускающих импульсов 6 не сформирует пачку из Н импульсов. После N-ro импульса в БПУ 8 формируется сигнал запрета циркуляции {фиг, Зг ),, который поступает на один из входов трехвходовой схемы И 5 и запирает ее на время, равное длительности от N доН+1-го импульса запуска излучателя. С задержкой Т дОтносительно N-ro импульса запуска БПУ 8 вырабатывает импульс для отпирания ключевой схемы 9 (фиг. Зд К Время задержки Тзйдпри этом в| ирается априорно болЬше максимально возможной длительности волновой картины. За время действия этого импульса (1/F.-Т, .Лизмеряется уровень помех измерителен 10, запоминается и поступает на вход компаратора k. Акустический сигнал, при-, нятый приемником 1, усиленный и продетектированный амплитудным детектором ЗЧФиг. За ) поступает на вход комкомпаратора . В момент равенства сиг налов на входах компаратора Л и при отрицательной производной огибающей акустического сигнала на выходе компаратора k появляется импульс окончания длительности волновой картины. Этот импульс через схему И 5, открытую в этот момент (фиг. Зг, Зе),запускает генератор 6 запускающих импульсов, который работает при этом в режиме внешней синхронизации, и затем излучатель 1, Следующие циклы работы протекают аналогично рассмотренному за исключением того,что ключевая схема 9 закрыта и на входе компаратора поддерживается запомненный в интервале между N и N +1 цикрами уровень помех, которьй сбрасы- . вается импульсом окончания пачки из N импульсов возбуждения излучателя, и описанные процессы работы устройства повторяются. При пропадании акустического сигнала генератор запускающих импульсов 6 переходит в автоколебательный режим. Блок программного управления 8 может быть реализован по функциональной схеме (фиг. 2). Блок состоит из генератора бланкирующих импульсов 12, счетчика 13 емкостью N, двух схем задержки и 15, триггера 16 и генер тора 17 стробирующего импульса. Генератор бланкирующего импульса 12 запускается от генератора запускающих импульсов 6 и формирует импульс запрета циркуляции в каждом цикле излучения в интервале времени от момента излучения до момента вступления гидроволны (фиг. Зе). Импульс запуска излучателя поступают также на счетчик 13- При поступлении на вход счетчика N-ro импульса на его выходе появляется импульс (фиг.З), который сбрасывает запомненное значение уровня помех в измерителе 10 и поступает на входы RS-триггера: на вход R - непосредственно, на вход 5 - через схему задержки 1, а также через схему задержки 15, , запуска.ет генератор 17, формирующий импульс отпирания ключевой схе. мы 9 фиг. Зд ). На выходе триггера 16 при этом формируется импульс запрета циркуляции (фиг. Зг). Предлагаемое устройство может работать не только с одИим, но и с двумя и более излучателями (или приемниками ). Для этого блок программно го управления должен содержать коммутатор, переключающий импульс запуска с выхода генератора запускающих импульсов 6 попеременно с одного излучателя на другой. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет значительно повысит частоту повторения акустических си1- налов в исследуемых породах с больши затуханием, где длительность волново картины мала. Используя измерители параметров акустических сигналов сна коплением,например регистраторы фазо корреляционных диаграмм с накопление на фотослое или цифровые регистрато ры на магнитной ленте с усреднением волновой картины по нескольким цикла излучения и т.д., можно повысить помехоустойчивость и точность измерения в разрезах с большим затуханием сигнала. Формула изобретения Устройство для акустического каротажа скважин, содержащее генератор запускающих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, амплитудный детектор, компаратор и схему измерения параметров упругих волн, при этом выход генератора запускающих импульсов соединен с излучателем, приемник соединен с усилителем, выход которого подключен к входам амплитудного детектора и схемы измерения параметров упругих волн, выход амплитудного детектора соединен с первым входом компаратора,, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения кинематических и динамических характеристик упругих волн, в него дополнительно введены измеритель помехи, ключевая схема, трехвходовая схема И и блок программного управления, при этом выход усилителя соединен с первым входом ключевой схемы, выход которой подключен к входу измерителя помехи, выход последнего соединен с вторым входом компаратора, выход компаратора соединен с первым входом трехвходовой схемы И, второй и третий, входы которой соединены с первым и вторым выходами блока программного управления, третий выход которого соединен с управляющим входом ключевой схемы, выход трехвходо1вой схемы И соединен с входом генераг тора запускающих импульсов, а вход блока программного управления подключен к. выходу генератора запускаюЩИХ импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Л. Акустический метод исследования скважин. М., Недра, 1973 с. 139-1t. 2.Булатова Ж.И., Волкова Е.А., Дубров Е.ф. Акустический каротаж. М., Недра, 1970, с. if9. . 3. Патент США № 2826212, кл. 181-155, опублик. 1956 (прототип).

Ж Ш

ВаЗ

mi

Фигг.

Фиг.

Фм.д