Аппаратура акустического каротажа нефтяных и газовых скважин

Аппаратура акустического каротажа нефтяных и газовых скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

CoIo3 Сбеетсюкн

С©ю @листнмесллк

Республик

<п652517

Ь

Ь (б!) Дополнительное к авт. свил-sy(51) М. Кл.

G 01 Ч 1/40

//Е 21 В 47/00 (22) Заявлено 19.03.76 (23)2336355/18-25 с присоединением заявки № (23) ПриоритетГасударатаанный казатет

СССР аа.аанаи нзааРетаннй и аткрытнй

ОпУбликовано15.03.79,Бюллетень ¹ 10 (53) УЙК 550.834:

:622.241

Дата опубликования опнсания19.03.79 (088 8) (72) Авторы изобретения

P. Ф. Федорив и П. П. Лрабнч

Физике-механический институт АН Украинской CCP (7l) Заявитель (54) АППАРАТУРА АКУСТИЧЕСКОГО KAPGYARA

НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований скважин, предназначено дпя геофизических исследований акустическими методами поглошающих свойств горных пород в условиях естественного залегания и может бы ь использовано в промысловой геофизике.

Используемые для этой дели известные устройства j 1), 12), p ) н 41 позво ют определять геологические параметры горных породпутем измерения скорости распространения упругих колебаний в исследуемой среде и логарифмического декремента затухания продольной нлн поперечной волны импульсного акустического сигнала. тs

Ближайшим техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство (51, содержашее грехэлементный акустический зонд, вычислитель временных и амплитудных параметров акустического сигнала, дискриминатор, устройство выделения синхроимпульсов, комму гируюший грит гер, исгоковый повгоритеть, регистратор.

Недостатком известных устройств ис- следования околоскважинной среды акустическими методами является ненадежность выделения первого вступления продольной волны импульсных акустических сигналов, пришедших от излучателей к приемнику акустического зонда, Зга ненадежность обусловлена акустическими шумами и наложением различных типов волн, возбуждающихся в околоскважинной среде. В результате снижаются точность и эффективность определения геологических парамегров среды методами акусгического каготажае

Целью данного изобретения является повышение точности н эффективности определения поглощающих свойств среды путем измерения отношений энергий импульсных акустических сигналов ближнего и дальнего приемников акустического зонда.

Цель достигается тем, что предпагаемая аппаратура акустического каротажа нефтяных и газовых скважин содержит изжритель отношения энергий импульсных

652517 акустических сигналов, вход которого соединен с выходом акустического зонда, а выход через истоковый повторитель соединен с регистратором. Измеритель отнош ния энергий импульсных акустических сигналов содержйт зарядную цепь, разрядную цепь н запоминающий конденсатор, причем входы зарядных цепей подсоединены к выходу- акустического зонде, а выходы соединены с запоминающим конденсатором и истоковым повторителем. Зарядная цепь содержит дифференцирующий конденсатор, токовый повторитель, формирующий конденсатор, нормально разомкнутый элект.ионный ключ, преобразователь напряжение-ток, катушку индукгивносги и диод, причем вход зарядной цепи через дифферениируюший конденсатор подсоединен к выходу акустического зонда, выход дифференцируюшего кснденсегора соединен со входом токового повторители, BbIход которого соединен с незеземленным õîдом формирующего конденсаторе, входом электронного ключа и входом преобразователя напряжение-ток, соединен с незаземленным выходом катушки индукгивносги и анодом диода, катод которого подсоединен к незаземленному полюсу запоминающего конденсаторе. Разрядная цепь содержи г . дифференцируюший конде нсатор, 6 токовый повторитель, формируюший конденсатор, нормально разомкнутый электронный ключ, преобразователь напряжение гок, катушку индукгивносги, транзистор и источник напряжения смешения, причем выход разрядной цепи через дифференциг руюший конденсатор подсоединен к выходу акустического зонда, выход дифференцируюшего конденсатора соединен со вхо-. дом токового повторителя, выход которого соединен с неэеземпенным входом формирующего конденсатора, входом электронного ключа и входом преобразователя напряжение-ток, выход преобразователя соединен с незаземленным выводом ка» тушки индукгивносги и эмиттером транзистора, в базу которого включен источник напряжения смешения, а коллектор соединен с незеземленным полюсом запоминающего конденсатора, электронные ключи зарядной и разрядной цепи имеют два управляемых входа> причем первые управляемые входы подсоединены к .выходу дискриминатора, вход которого соеди55 нен с выходом акустического зонде, а вторые управляющие входы подсоединены к выходу коммутирующего грит гере.

Не фиг. 1 представлена, блок-схема прею аемой аппаратуры акустического карогежа; на фиг. 2 диаграммы сигналов в соо гве тс гвуюших точках блок-схемы, Аппаратуры состоит иэ трехэлементного акустического зонда 1 с акустическими преобразователями 1-1, 1-2, 1-3, опускаемого в скважину 2, вычислителя 3 временных и амплитудных параметров импульсных акустических сигналов, дискриминаторе 4, устройства 5 выделения синхроимпульсов, триггера 6, измерителя 7 отношения энергий импульсных акустических сигналов, содержащего две дифференцируюших конденсатора 7-1, 7-2, два токовых пов.горителя 7-3, 7-4, два формирующих конденсатора 7-5, 7-6, две нормально разомкнутых электронных ключа 7-7, 7-8, / два преобразователя напряжение-ток 7-9, 7-10, две катушки индукгивности 7-11, 7-12, диод 7-13, транзистор 7-14, запоминаю.инй конденсатор 7-15, истокового повторителя 8, дискриминатора 9, регистр ратора 10, источника напряжения смешения.

Т1ри воздействии импульсов питающего напряжения на излучателе 1-1 акустического зонда 1 возбуждаются упругие колебания,. которые, распространяясь в среде скважины 3, затухают в ней и через некоторые интервалы времени достигают приемников 1-.2, 1-3.

В приемниках упругие колебания преобразуются в электрические сигналы и поочередно поступают в тракт усиления и передачи не дневную поверхность.

B момент срабатывания излучателя.в тракт передачи поступает синхроимпульс.

Полный сигнал не выходе екусгическогп зонда показан на фнг. 2а.

Сигнал зонда поступает на вычислитель

3 временных и амплитудных параметров акустического сигнала, где измеряется время; за которое упругие колебания:рас прсн=,траняются в среде на пути, равном расстоянию между приемниками 1-2, 1-3, и логарифмический декремент затухания упругих колебаний. Одновременно сигнал зонда поступает на вход дискриминаторе

4 и через дифференцирующие конденсаторы 7-1, 7-2, на входы токовых повторигелей 7-3, 7-4 измерителя 7 отношения энергий акустических сигналов.

На выходе дискриминатора 4 формирую ются импульсы напряжения (фиг. 2б), передний и задний фронты которых соответствуют,моментам переходе акустическими

652517 колебаниями нулевой линии. С выхода дискриминатора 4 сформированные импульсы напряжения подаются на вход устройства

5 выделения синхроимпульсов, которые поступают на счетный вход триггера 6 для формирования коммутирующих импульсов напряжения (фиг. 2в). Импульсы напряжения с выхода триггера поступают на управляющие входы ключей 7-7 и 7-8. Под действием последних ключ 7-7 замы кается и тем самым эакорачнвает конденсатор 7-5 на время прохождения сигнала дальнего приемника

1-3, ключ 7-8 эамыкаегся на время прохождения сигнала ближнего приемника 1-2.

М

При поступлении на вход измерителя

7 импульсов напряжения сигнала ближнего приемника через дифференцируюший конденсатор 7-1;, токовый повторитель

7-3 и формирующий конденсатор 7-5 будут протекать импульсы гока отрицательной полярности. Каждый импульс гока заряжает конденсатор 7-5 от некоторого напряжения, пропорционального амплитудному значению входного сигнала. После окончания действия каждого импульса тока производится сброс заряда с конденсатора -5 с помощью ключа 7-7. Ключ

7-7 управляется задними фронтами импульсов (фиг. 26), поступающих на первый управляющий вход. На конденсаторе 7-3 формируются импульсы напряжения с крутыми задними фрбнгами (фиг. 2г)ь

При поступлении на вход измерителя

7 импульсов напряжения сигнала дальнего приемника через дифференцирующий конденсатор 7-2, токовый повторитель 7-4 и формирующий конденсатор 7-6 протекают импульсы тока положительной полярности.

Каждый импульс тока заряжает конденса- 4О гор 7-6 до напряжения, пропорционального амплитудному значению сигнала дальнего приемника. Сброс заряда с конденсагора 7-6 производится с помощью клю-ча 7-8. Ключ 7-8 управляется передними фронтами импульсов (фиг. 2б), поступающих тоже на первый его управляющий вход.

Осциллограмма напряжения на конденсагоре 7-6 показана на фиг. 2д. далее импульсы напряжения с конден- Ю. сатора 7-5 преобразуются преобразователем 7-9 в импульсы тока,. которые поступают на заряд катушки индуктивности

7-11. Под действием каждого импульса тока катушка получает энергию, равную $$

Ь j

° 2

1 1

Э где j - амплитудное знаМ чени импульса тока, 4 — индуктивность катушки -11. В момент окончания действия импульса гока на катушив образуется скачок напряжения самоиндукции, кото:рый открываеr диод 7-13, и катушка

7-1 1 отдает запоминающему конденсатору 7-15 накопленную ранее энергию.

Суммарный заряд, сообщаемый запоминающему конденсатору импульсным акустическим сигналом ближнего прйемпика

ЕА

1 " 20

К вЂ” коэффициент пропорциональнос1 где ги .

Д вЂ” амплитудное значение ф -го

11 колебания входного сигнала:

g — среднее значение напряжения на конденсаторе 7-15.

Аналогично импульсы напряжения с конденсатора 7-6 цреобраз ются в мегино шью преобразователя 7-1О. в импульсы тока, которые поступают на катушку 7-12, сообщая ей при эч ом ка)клеей раз энергню

° 2

) а1я

Ь g - величина яндуктнвносги катушки 7-12..

Задний фронт импульса тока создает на катушке 7-12 скачок напряжения. В момент, когда напряжение на катунще 7-12 равно по величине напряжению Ц источника смешения, открывается транзистор

7-14 н с эапомннакнцего конденсатора снимается заряд и

KgAai где А < - амплитудное значение 3 -ro колебанйя сигнала дальнего прнемннка.

Суммарный заряд, снимаемый нмпульсным акустическим сигналом дальнего прик д .

Для определения значения напряжения на запоминающем конденсаторе запишем уравнение баланса токов

K„KA ° е Kp, „— т

20 20 о где С - емкость конденсатора 7-15; тг1частота запуска излучателя.

Решение этого уравнения находится при начальных условиях =0, 0 = Ео

После окончания действия переходного процесса на конденсаторе -15 устанавливается напряжение

ИА„ р где Ко - масштабный коэффициент изме652517 рения отношения энергий И и Е < импульсных акустических сигналов. Выходное напряжение U измерителя 7 поступает на вход регистратора 10 через истоковый по6горитель 8 и оцновременно с выходными сигналами вычислителя 3 непрерывно регистрируется на диаграммную ленту, Поскольку на измерение отношения энергий импульсных акустических сигналов цгумы и другие мешающие факторы влияют незначительно, гак как их амплитуда гораздо меньше средней амплитуды информационного сигнала, то введение в известную аппаратуру акустического каротажа измерителя отношения энергий импульсных акустических сигналов позволит повысить точность и эффективность определения акустическими методами физических свойств околоскважинной среды.

Для правильного синфазирования системы разделения каналов в предлагаемой аппаратуре используется дискриминатор 9 напряжения, вход которого соединен с выходом измерителя отношения энергии, а выход дискриминатора подсоединен к входу установки нуля триггера. Синфазирование осуществляется по признаку: энер.— гия акус.гического сигнала Eg ближнего приемника всегда больше энергии Е аку стического сигнала дальнего приемника.

Следовательно, при правильном синфазировании налряжение на запоминающем конденсаторе всегда чисельно больше.

Х При сбое синфазирования системы разделения каналов выходное напряжение измерителя 7 становится меньше Ко

Б момент, когда выходное напряженно

Ц «» К, срабатывает дискриминатор 9. В результате чего вырабатывается импульс, который, действуя на Я вЂ” вход триггера G,возвращает систему разделения каналов в нормальное состояние.

Формула изобретения

Х. Аппаратура акустического каротажа нефтяных и газовых скважин, содержащая грехэлеменгный акустический зонд, вычислитель, временных и амплитудных пара-. метров акустического сигнала, дискрйминаторы напряжения, устройство выделения синхроимпульсов, коммутирующий триггер, истоковый повторитель и регистратор, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью повышения точности и эффективности определения поглощающих свойств горных пород путем изменения отношения энергий импульсных акустических сигналов ближнего и дальнего приемников акустического зонда, она содержит измеритель отношения энергий импульсных акустических сигналов, вход которого соединен с выходом акустического зонда, а выход через истоковый повторитель соединен с регистратором.

2, Аппаратура по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что измеритель отношения энергий импульсных акустических си палов содержит зарядную цепь, разрядную цепь и запоминающий конденсатор, причем входы зарядных цепей подсоединены к выходу акустического зонда, а выходы соединены с запоминающим конденсатором и

° истоковым повторителем.

3. Аппаратура по пп. 1 и 2, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что зарядная цепь содержит дифференцирующий конденсатор, токовый повторитель, формирующий конденсатор, нормально разомкнутый электронный ключ „ преобразователь напряжениеток, катушку индуктивности и диод, причем вход зарядной цепи через дифференцйрующий конденсатор подсоединен к выходу акустического зонда, выход дифференцирующего конденсатора соединен со вх дом токового повторителя, выход которого соединен с незаземленным входом формиочющего конденсатора, входом электронного ключа и входом преобразователя нап-. ряжение-ток, выход преобразователя напряжение-ток соединен с незаземленным выводом катушки индуктивности и анодом диода, катод которого подсоединен к незаземленному полюсу запоминающего конденсатора

4. Аппаратура по пп. 1-3, î r л и.ч а ю ш а я с я тем что разрядная цепь содержи г дифференцирующий конденсатор, токовый повторитель, формирующий конденсатор, нормально разомкйугый электронный ключ, преобразователь напряжениеток, катушку индуктивносги, транзистор и источник напряжения смещения, причем вход разрядной цепи через дифференцируюший конденсатор подсоединен к выходу акустического зонда, выход дифференцирующего конденсатора соединен со входом токового повторителя, выход которого соединен с незаземленным входом формирующего конденсатора, . входом электронного ключа и входом преобразователя, напряжение-.ток, выход преобразователя .соединен с незаземленным выводом ка 652517 ао

10 тушки индуктивносги и эмиетером гранзисгора, в базу которого включен источник напряжения смешения, а коллектор соединен с незаземленн,лм полюсом запоминающего конденсатора.

5. Аппаратура по пп. 1-4, о г л. ич а ю m .а я с я тем, что электронные ключи зарядной и разрядной цепи имеют управляемые входы, причем первые управляемые входы подсоединены к выходу © дискриминатора, вход когорото соединен с выходом акустического зонда, а вторые управляюшие входы подсоединены к выходу коммутирующего триггера.

Источники информации, прннягые во внимание при экспертизе

1. Патент США ¹ 32701316, кл. 340-18, 1966.

2. Патент США № 3177467, кл. 340-15, 1965.

3. Патент США % 3051029, кл. 181-5, 1960.

4. Патент США % 3362011, кл. 181-5, 1967.

5. Комплексная аппаратура акустического каротажа СПАК-2, сб. Геофизиче ская аппаратура", вып. 48, Недра, 1972,— с. 83-88.

Составитель Э. Терехова

Редактор И, Шубина Техред Л. Алферова Корректор С. Шекмар

Заказ 1054/43„a" Ч ираж -606 Подписное

0НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4