Патент ссср 222305

Патент ссср 222305

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

2223О5

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОР(:ИОМУ СВИДЕТЕЛЫ1ВУ

Ceos Саеетсиик

Сацлелистикесние

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 5а, 18/30

42с, 42

Заявлено 23.11 1967 (№ 1135428/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 22.Ч11.1968. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 10.ХП.1968

МПК E 21Ь

G 01c

УДК 550.834.622.241 (088.8) йсмитет ас лелем иесбретениИ и сткрытий ери Спеете Министрсв

СССР

Автор изобретения

А. iVi. Седин

Заявитель

Краснодарский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов разведки

АППАРАТУРА ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВА)КИ11

Известны комплексы устройств, предназначенных для измерения скорости распространения у1пругих колебаний и затухания их в породах путем непосредственного, наблюдения в скважинах. Они основаны на возбуждении в породах,при помощи магнитострикторов или пьезоизлучателей кратковременных затухающих колебаний, приеме этих колебаний магнитострикционными или пьезоэлектрическими приемниками, передаче их по кабелю в наземную аппаратуру для их регистрации.

По получении записи определяют время запаздывания приема колебаний относительно их возбуждения и амплитуды зарегистрированных колебаний. По времени, амплитудам и разносу, приемника и излучателя рассчитывают скорость и затухание волны.

Для таких способов акустических измерений характерно то, что в результате воздействия излучателя на среду образуются волны различных типов, имеющие различные скорости распространения в породах, Очень часто сигналы этих .волн приходят в точку приема с временными сдвигами меньшими, чем длительность возбуждаемого импульса, что препятствует их раздельной регистрации и снижает точность акустических исследований.

Погрешность исследований колеблется обычно от нескольких процентов до десятков процентов.

Кроме того, известные устройства имеют и высокую стоимость каротажного кабеля, соединяющего каротажный снаряд с назем ной аппаратурой. Его стоимость определяетс

i

Известны также другие системы акустического каротажа. B них для измерения скорости волн в породах используется только головная волна. В момент ее вступления формируется короткий электрический импульс.

Такой же импульс формируется и в момент возбуждения акустического импульса. Эти импульсы передаются на поверхность, где измеряется временной интервал между ними, обратно пропорциональный скорости головной волны.

Эти системы не обеспечивают, получение информации о затухании волн, ограничивают информацию о скорости исследованиями только одной волны и не освобождают метод в целом от трудностей точной передачи информации lio каротажному кабелю.

Предлагаемое устройство позволяет в значительной степени повысить точность измерения скорости волны и упростить передачу ин30 формации на поверхность благодаря возбуж222305

3 дению, приему и обработке по пилообразному закону.

Для возбуждения этих колебаний,в скважинный прибор введен генератор частотно-модулированных колебаний, связанный с излучателем, а в блок выделения информации от приемника введена ключевая схема, управляемая этим генератором, которая преобразует высокочастотные принимаемые колебания в низкочастотные.

В результате полезную информацию получают в виде низкочастотных колебаний.

Низкочастотные колебания можно передать на поверхность по обычному каротажному кабелю, и их анализ позволяет вычислять скорость с погрешностями около 1О1О и ниже.

Для получения более полной информации по этому способу необходимо, чтобы время пробега акустических волн от излучателя к приемнику было существенно меньше полупериода модуляции. Тогда в пределах участков линейного изменения частоты возбуждаемых колебаний частоты принимаемых колебаний изменяются так же линейно. Благодаря временным сдвигам принимаемых колебаний относительно излучаемых могут быть образованы низкочастотные колебания с частотами, равными мгновенным разностям частот принимаемых и излучаемых колебаний. Каждой принятой волне соответствует один низкочастотный сигнал с частотой F

F„= %1, где W — скорость изменения частоты возбуждаемых колебаний, равная отношению изменения частоты к половине периода модуляции;

t время пробега волной пути от излучателя к приемнику.

Передача колебаний таких частот не требует применения кабелей специальной конструкции. Задача анализа информации сводится к частотному разделению суммы низкочастотных колебаний. Причем амплитуда каждого колебания пропорциональна амплитуде соответствующей волны. Точность анализа определяется точностью существующих частотных анализаторов, которая весьма высока.

На фиг. 1 представлена блок-схема аппаратуры; на фиг. 2 — электрическая схема блока выделения информации; на фиг. 3 — временная диаграмма работы аппаратуры.

Аппаратура содержит источник 1 постоянного напряжения для питания скважинного снаряда, фильтр 2 для разделения постоянного питающего напряжения и сигналов информации, каротажный кабель 8, полупроводниковый преобразователь 4 постоянного тока в напряжение переменного тока, электродвигатель 5 с центробежным стабилизатором оборотов, генератор б частотно-модулированных колебаний, конденсатор 7 переменной емкости, включенный в задающий контур генератора, пьезоэлектрический излучатель 8, пьезоприемник 9, усилитель 10 сигналов приемни5

65 ка, блок 11 выделения информации, формирователь 12 коротких импульсов, усилитель18 сигналов разпостных частот, частотный анализатор 14 параллельного дейстьия, блок 15 управления анализатора и регистратора, регистратор Iб, каротажную диаграмму 17, преобразователь 18 аналог — код и блок памяти

19.

Блок выделения информации включает в себя трансформатор 20, триоды 21, 22, импульсный трансформатор 28, омические сопротивления 24 и 25 и емкость 2б памяти.

На диаграмме работы аппаратуры (см. фиг. 3) показаны частотные графики 27, график 28 изменения частоты возбуждаемых колебаний, график 29 изменения частоты для одной из принимаемых волн, график 80 изменения разностной частоты для одной из принимаемых волн, импульсы Л, управляющие работой анализатора и регистратора.

Аппаратура работает следующим образом.

Источник 1 питания вырабатывает постоянный ток с напряжением 220 в, который через фильтр 2 и каротажный кабель 8 поступает в скважинный снаряд. В скважинном снарядс ток питания, проходя через фильтр 2, подается в полупроводниковый преобразователь 4, с выхода которого снимается переменное напряжение 36 в с частотой 400 ви и постоянное напряжение 20 в. Переменное напряжение питает микроэлектродвигатель 5, обороты которого стабилизированы центробежным регулятором оборотов. Двигатель через понижающий редуктор вращает ротор конденсатора 7 переменной емкости, включенный в задающий контур генератора б. Пластины конденсатора считаны и изготовлены так, что при вращении ротора конденсатора с равномерной скоростью частота генератора изменяется по пилообразному закону (график 28).

Генератор б питает пьезоизлучатель 8, колебания которого, передаются в раствор, заполняющий скважину. Пьезоприемник 9, установленный в корпусе снаряда на расстоянии, обеспечивающем необходимое разделение геологических пластов, преобразует акустические волны в электрические колебания.

Изменение частоты одной из волн в точке приема показано на графике 29. Электрические сигналы пьезоприемника 9 усиливаются усилителем 10 и подаются на блок 11 выделения информации.

Блок выделения информации представляет собой ключевую схему, состоящую из двух последовательно соединенных кремниевых триодов 21, 22, обладающих высоким сопротивлением эмиттер-коллектор. Сигналы с выхода усилителя 10 поступают на триоды-ключи через трансформатор 20 с малым выходным сопротивлением. Формирователь 12 в моменты нулевых значений напряжения генератора б, соответствующих делению колебаний генератора на целые периоды, посылает на базы триодов через импульсный трансформатор и сопротивление 24 короткие импульсы.

222305

Во время действия этих импульсов сопротивление триодов резко падает и емкость 26 памяти быстро перезаряжается до мгновенных зйачений напряжений сигнала действующего на выходе трансформатора 20. В промежутках между импульсами емкость 2б сохраняет предыдущие мгновенные значения сигнала, так как разрядное сопротивление конденсатора (триоды и вход усилителя) очень велико.

Если, приемник принимает только одну волну, то на емкости 2б достаточно точно будет воспроизведено синусоидальное колебание с амплитудой, пропорциональной амплитуде принимаемых колебаний, и частотой, пропорциональной времени пробега волной пути от излучателя до приемника. Колебания постоянной частоты F íàõîäÿòñÿ в интервале времени, когда частоты и излучаемых и принимаемых колебаний или одновременно возрастают, или падают; синусоидальные колебания получаются ступенчато-апроксимированными. Точность апроксимации достаточно высокая. Для рассмотренного примера худшая апроксимация имеет место при частоте

1„„„излучаемых колебаний (частота импульсов формирователя 12), равной 5000 ги и разностной частоте F„100 ги. B этом случае период синусоидального колебания с частотой

f,,ù, 5000 образован и = """ = = 50 ступенями.

F, Погрешность апроксимации равна

g о4 = = =0,2о;

Когда,на приемник действует множество волн, на емкости 2б памяти воспроизводится сумма синусоидальных колебаний, каждое из которых содержит информацию об одной из волн.

Сигнал с выхода блока выделения информации поступает на усилитель 18, а,после усиления через фильтр 2 и каротажный кабель 8 — на язычковый частотомер наземной аппаратуры. На свободных концах язычков закреплены освещаемые зеркала. Колебания язычков в виде колебаний световых отражений регистрируются на фотобумаге регистратором 1б.

Протяжка фотобумаги производится в промежутках между интервалами Т, когда колебания язычков затушены и освещение их выключено. Импульсы, управляющие работой частотомера и регистратора, вырабатываются блоком 15 управления. На получаемой каротажной диаграмме 17 регистрируются амплитудные спектры суммы колебаний разностных частот. Каждый максимум на отдельной трассе характеризу ет амплитуду определенной акустической волны, а его положение по горизонтальной оси позволяет определить скорость распространения волны в породе.

Зо

Электронная схема скважинного снаряда выполнена на полупроводниковых триодах.

Точность измерения скорости волн определяется динамической разрушающей способностью язычков, как фильтров. В качестве фильтров могут быть применены и другие электромеханические фильтры.

При размещающей способности 0,25 ги погрешность измерения скорости около 1 4.

Эта погрешность может быть уменьшена, если в частном случае увеличить скорость изменения частоты % и частотный диапазон возбужденных колебаний. Еще более высокая точность измерений достигается обработкой информации на электронной вычислительной машине. Для этого информация поступает на преобразователь 18 аналог-код и после преобразования ее в цифровой вид — в блок памяти, в качестве которого использована магнитная запись, пригодная для воспроизведения непосредственно в МАЗУ цифровой машины.

Скважинный снаряд может быть выполнен с дву мя разнесенными излучателями нли приемниками, что позволяет исключить влияние на результаты измерений пробега волной пути по буровому раствору. В этом случае синхронно с периодами модуляции должны коммутироваться либо излучатели, либо приемники, а на результирующей диаграмме должны сопоставляться соседние трассы.

Предмет изобретения

1. Аппаратура для акустического каротажа скважин, содержащая источник питания, акустический зонд с излучателями и приемниками ультразвуковых колебаний, генератор, усилители, блок выделения информации, фильтры, блок регистрации информации, преобразователь аналог — код и блок памяти, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерений скорости распространения волн в породах и упрощения канала передачи информации из скважины, в нем излучатели связаны с генератором частотно-модулированных колебаний, в задающий контур которого включен конденсатор переменной емкости, связанный с электродвигателем, имеющим центробежный стабилизатор оборотов, а в блок выделения информации введена ключевая схема, связанная через формировательимпульсов с генератором частотно-модулированных колебаний и преобразующая высокочастотные принимаемые колебания в низкочастотные.

2, Аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью ускорения обработки информации, в блок регистрации информации введен язычковый частотомер, связанный с фотооптическим регистратором.

222305

Корректор Л. В. Юшина

Техред Л. В. Куклина

Заказ 3817/11 Тираж 530 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2