Устройство для акустического каротажа скважин

 

399865

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЙЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ест биЫ1иот, - -1.-. ч

Зависимое от а от. cвндетс Ibc Гва №

Заявлено 19.1.1972 (№ 1738116/26-25) М. Кл. G 01v 1/40 с присоединением заявки ¹

Приоритет

Государственный комитет

Совета Министров СССР

Ilo делам изобретений и открытий

Опубликовано 03.Х.1973. Бюллетень ЛЪ 39

Дата опубликования описания 26.11.1974

УДК 550.832.44(088.8) Авторы изобретения

В. В. Рябков, В. П. Бандов и Г. Н. Гогоненков

Волго-Уральский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов разведки

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖЛ СКВАЖИН

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и может быть использовано при проведении исследований скважин методом непрерывного акустического каротажа.

При непрерывном акустическом каротаже скважинный прибор перемещают по стволу скважины. Излучатель через равные промежутки времени т посылает в породу упругие импульсы, которые после прохождения по породам воспринимаются приемником и регистрируются измерительной схемой.

Проходя по породе от излучателя к приемнику, упругая волна часто столь сильно ослабляется (особенно первое ее вступление), что может не выделиться среди шумов приемного тракта. В результате этого затрудняется определение момента вступления волны в измерительной схеме аппаратуры и, следовательно, возникают погрешности в определении времени пробега упругих колебаний на базе излучатель-приемник. Малые габариты скважинной аппаратуры ограничивают возможность увеличения мощности излучателя тем более, что в ряде случаев увеличение мощности влечет за собой появление волн-помех (реверберационные волны, прямые волны по корпусу прибора), делая этот путь увеличения отношения сигнала к помехе малоэффективным.

Современные методы приема позволяют выделить полезные сигналы среди превышающих их шумов. Одним из таких методов является синхронное накопление сигналов.

Известна каротажная акустическая аппаратура, содержащая скважинный снаряд с излучателем и приемниками ультразвуковых колебаний и наземный регистрирующий блок с электроннолучевой трубкой. Накопление осу1р ществляется на экране электроннолучевой трубки за счет того, что время послесвечения экрана превышает период посылки акустических импульсов, Благодаря этому сигналы, принятые от различных посылок и преобра15 зованные в электрические, а затем на экране электроннолучевой трубки в световые, суммируются синфазно и ярче выделяются на экране по сравнению с шумами, которые суммируются случайным образом.

2р Однако суммирование происходит на экране трубки в виде световых импульсов, полученный суммарный сигнал в виде световои энергии затруднительно подвергнуть дальнейшей автоматической обработке (выделен ис

2S вступления волны, определение амплитудных характеристик, фильтраций и т. д.). Кроме того, обусловленное послесвечением экра ча постоянство числа накоплений не является оптимальным для различных участков разрсЗО за.

399815

Л/= пос.

60 можно записать

Ьх Ьт Ьт

V grad T = — — = = grad,Т, кар. х

65 где t — текущее время.

Целью изобретения является получение оптимального числа накоплений и повышение точности измерений.

Для этого использован усилитель, охваченный положительной задержанной регулируемой обратной связью, в цепь которой включены блок задержки и усилитель с переменным коэффициентом усиления, связанный с блоком дифференцирования, подключенным к регистратору. Таким образом, накоплению подвергаются импульсы электрической энергии и предусматривается, что па разных участках разреза накопление будет различным, оптимальным для данных условий проведения измерения.

Изобретение пояснено чертежами.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — эпюры электрических сигналов, регистрируемых приемником акустических колебаний скважинного прибора при двух смежных посылках упругих импульсов.

Устройство состоит из помещаемого в скважине скважинного прибора 1, оснащенного излучателем 2 и приемником 3 упругих импульсов. Скважинный прибор 1 при помощи каротажного кабеля 4 соединен с регистрирующей схемой 5. Усилитель б, включенный перед регистрирующей схемой 5, охвачен задержанной положительной регулируемой обратной связью, в цепь которой включены блок

7 задержки и блок 8 вспомогательного усилителя, коэффициент усиления которого можно регулировать. Блок 9 синхронизации синхронизирует работу задержки и всей схемы в целом. Вход дифференцирующего блока 10, управляющего коэффициентом усиления вспомогательного усилителя соединен с выходом регистрирующей схемы 5.

В предложенном устройстве для улучшения отношения сигнал/шум используют синхронное накопление, суммирование сигналов, принятых приемником акустических колебаний, от разных посылок синхронно моменту посылки. Когда скважинный прибор 1 стоит на месте или движется в породах, характеризующихся постоянной скоростью пробега упругих колебаний, то время пробега волны от излучателя 2 ооо приемника 3 при любой посылке упругого импульса в породу будет одинаковым. При суммировании принятых сигналов от разных посылок полезная упругая волна будет суммироваться синфазно, в то время как шумы суммируются случайным образом. Отношение сигнал/шум увеличится.

При пересечении акустическим зондом разреза, сложенного породами с переменной скоростной характеристикой, принимаемый акустический сигнал будет иметь квазисинусоидальную форму. Если суммировать принятые от разных посылок сигналы синхронно относительно момента посылок, то полезные сигналы будут суммироваться с некоторым сдвигом Лт, обусловленным изменчивостью скоростной характеристики пород, скоростью подьема скважинного снаряда (скоростью каротажа), частотой посылки упругих импульсов.

Эффект накопления будет проявляться прп временных сдвигах Лт между суммируемыми

5 сигналами, не превышающих Ц4Т,и квазисинусоидального сигнала. Этот фактор и определит возможное количество суммирований, 1/4Т „ а именно и= где Лт — сдвиг ме>кЬх ду принятыми сигналами от двух смежных посылок (прирост времени пробега между излучателем и приемником от посылки к посылке). Оптимальное (в данном случае максимально возможное) число суммирований неодинаково для различных участков разреза и зависит от модуля градиента кривой Т,=

=f(x) — времени пробега упругой волны от излучателя к приемнику.

20 grad Т:

ЬТ

Ьх где ЛТ вЂ” прирост кривой T=f(x) (времени пробега) на единицу расстояния вдоль ствола скважины.

25 Сдвиг Л.с между дву.мя принятыми сигналами от двух смежных посылок определится расстоянием Л1, которое успеет пройти зонд за время между посылками, и grad,T.

ЗО

Лс = Л1 grad„T I

Расстояние, пройденное зондом за время между посылками:

35 где V„,ð — скорость каротажа (скорость подъема скважинного зонда), «с — частота посылок упругих импульсов.

40 Таким образом, сдвиг Лт между двумя смежными принятыми сигналами

Лс = "Р (grad Т .

1 по с.

Количество суммировании и, ограниченное максимально допустимым сдвигом суммируемых сигналов — "д, определится как

50 1 вид. 1 .эпос. вид.

Т

4 Ь 4 V„ (gradxT I

Для данной конструкции прибора можно принять f«, T„, const. Число возможных накоплений связано обратно пропорциональной зависимостью со скоростью каротажа и

grad T. Принимая во внимание, что

V„>. — и grad„T =

Ьх ЬТ

Ь1 Ьх

399815 где эпос ввг

10 изобретения

Предмет

Таким образом, оптимальное количество накоплений обратно пропорционально градиенту времени пробега упругой волны относительно текущего времени и п=

I gr«I> i

В акустической аппаратурс, регистрирующей время пробега упругой волны мс кду излучателем и приемником в виде непрсрывной кривой T=f(x), время пробега, зарегистрированное при каждой посылке упругого импульса, преобразуется в постоянное напряжение, изменяющееся пропорционально зарегистрированному времени. Дифференцируя это напряжение в натуральном масштабе времени, можно получить переменную величину, соответствующую gra,dtIT.

Предложенное устройство работает следующим образом.

При перемещении скважинного прибора 1 по скважине излучатель 2 посылает в породу упругие импульсы, которые, проходя по породе, воспринимаются приемником 3, преобразуются в электрические импульсы и по кабелю 4 поступают на наземную регистрирующую схему 5. Для осуществления накопления принятых от разных посылок сигналов в приемный тракт регистрирующей схемы включен усилитель 6 с задержанной обратной связью и коэффициентом усиления, равным единице. Цепь обратной связи состоит нз блока

7 задержки и блока 8 вспомогательного усилителя. Время задержки строго постоянно и синхронизировано с периодом посылки (временем между двумя посылками) . Синхронизация осуществляется блоком 9 синхронизации. Блок 8 вспомогательного усилителя изменяет коэффициент положительной обратной связи в пределах 0 — 0,999... под влиянием управляющего сигнала, поступающего с дифференцирующего блока 10.

Блок 10 дифференцирует напряжение. поступающее с регистрирующего устройства, пропорциональное времени пробега упругой волны по породам, слагающим разрез скважины.

Накопительное устройство работает следующим образом. Сигнал Ul (t), поступающий на вход усилителя 6, после усиления попадает в цепь обратной связи. В цепи обратной связи блоком 7 задержки сигнал Ul(t) задерживается на время, равное периоду посылки, и поступает на блок 8 вспомогательного усилителя. В блоке 8 сигнал умножается на коэффициент m и поступает на вход усилителя

Зо

6. Сигнал пг U,(t), поступающий из цепи обратной связи, синфазно суммируется с сигналом, поступающим на вход от второй посылки U2(t), и на выходе усилителя получается сумма двух сигналов

UQ (t) + mU, (t — At).

Эта clмма двхх сигналов снова поступает в цепь обратной связи. На выходе после третьей посылки упругого импульса будем иметь

У () У (t At) гц (t 2 У ) Аналогично для последующих посылок будем иметь живых () — Uи (") + п в — г (Ю +

+... m — U, IIt — (гг — 1) Ы) + пг" И, (t — ггпу).

Так как пг(1, значимость всех последующих членов этой суммы убывает в геометрической прогрессии. Количество членов, а соответственно и посылок в этой сумме. влияющих на выходной сигнал, полностью обусловлен коэффициентом обратной положительной связи пг. При уменьшении m уменьшается количество членов, эффективно влияющих на выходной сигнал усилителя 6. В предельном случае, когда m.=0, обратная связь выключается и накопление отсутствует, при пг — э1 количество суммирований неограниченно большое. При проведении каротажа»а участоо 1l Illli II та.г, T IIIc 10 возможных наКОПЛЕНИй ПОСЫЛОК С ЦЕЛЬЮ ХВЕЛИЧЕНИЯ COOTношения сигнал/шум ограничено и обратно пропорционально gradIT. Поэтому электрическос напряжение, поступающее с регистрирующей схемы 5, пропорциональное кривой

T=f(t), дифференцируется и изменяет коэффициент усиления блока 8 вспомогательного усилителя. Под влиянием этого управляющего напряжения в блоке обратной связи оосспечивается тот или иной коэффициент обратной связи в зависимости от дтайгТ.

Устройство для акустического каротажа скважин, содержащее скважинный снаряд с излучателем и приемником ультразвуковых колебаний и наземную аппаратуру, содержащую усилитель, блок синхронизации и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и получения оптимального числа накоплений, усилитель охвачен положительной задержанной рсгулируемой обратной связью, в цепь которои вкгцо9BHbI 6JIoK задеРжки li УcH;IHTc;lb с псРемеHHbIм коэффициентом усиления, связанный с блоком дифференцирования, подключенным к регистратору.

399815

Составитель Э. Терехова

Техред Л. Грачева

Корректор Л. Чуркина

Редактор A. Зиньковский

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 220/5 Изд. № 46 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва,;К-35, Раушская паб., д. 4/5