Аппаратура видеокаротажа

Аппаратура видеокаротажа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61} Дополнительное к авт. свид-sy (22) Заявлено 140378(23) 2590770/22-03

Союв Советских

Социалистических

Республик («> 697706

Ф

/l (51)М. Кл.

E 21 В 47/00

С 01 V 1/40 с присоединением заявки Но

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (5Ç) УЛК 550. 832:

:622,241 (088. 8) Опубликовано 151179. Бюллетень М 42

Дата опубликования описания 15.11.79 (72) Авторы изобретения

И. Г. Жувагин, A. У, Ишмухаметов, Р. Г. Гумеров, A. A. Красильников, Г. М. Перцев и В. И, Стрелков

Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (71) Заявитель (5 4 ) АППАРАТУРА ВИДЕОКАРОТА?ХА

Изобретение относитс я к области промыслово-геофизических исследований и может быть использовано для получения изображения развертки стенки буровых скважин. 5

Известно устройство видеокаротажа, состоящее из скважинного прибора с накопительной емкостью и разрядным устройством, ультразвуковым преобразователем с механизмом вращения, усилителем принятых отраженных импульсов и амплитудным детектором, усилителем видеимпульсов и синхроимпульсов, измерительной панели (панели) с блоками селекции видеоимпуль- 15 сов, пиковым детектором видеоимпульсов с постоянной времени разряда его нагрузки, равной одному или нескольким периодам вращения ультразвукового преобразователя (преобразо- 20 вателя), модулятора яркости электроннолучевой трубки, работающей в режиме однострочной развертки, и фотокамеры. Механическое и электрическое соединение скважинногo прибора 25 панелью осуществляется при помощи каротажного кабеля (1).

Иедостаток устройства состоит B том, что качество картМрования стенки скважины зависит от состояния ее 30 поверхности и изменения ее диаметра, При изменении диаметра скважины с глубиной будет происходить модуляция огибающей видеосигнала r частотой, меньшей частоты вращения преобразователя, а при изменении диамет— ра в сечении, перпендикулярном оси скважины, — с частотой, большей частоты вращения преобразователя.

Кавернообразования и желобообразования, соответствующие этим случаям, часто приводят к полной потере информации из-за черезвычайно большого затухания ультразвуковых волн в промывочной жидкости и несоответствия контраста видеосигнала максимальному значению контраста, который мо— жет обеспечить электроннолучевая трубка (ЭЛТ).

Иаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство, в котором для выравнивания контраста. выдеосигнала из-за изменения диаметра скважины с глубиной и акустических свойств горных пород и промывочной жидкости(влияющих факторов) используется автоматический регулятор контраста.

697706

Извес.:гное устро((ство состо«(т из

СКВ;11!|t! ТЕЛЬной емкост»г-! (! Разрядным устройством, собранным на «цин I< T«<, !!Нл ;<зл вр ш!О(!!!>я, управляемым а т-<(II > |тором на ф!|ксированно<

ЧИСЛО i!<>ЛИ! . УС(! IИ Т ЕЛЕМ QJIЬ Тра звуковых имлул«сгзв, ам«глитудным детекТОРОМ УCHJI«l i < .J(ЕМ В«!1(ЕОИМ(! jJ(b< O«J И (. и Iхроl:! н г, ..., г; з,:. г,! l!. г .. <»(Оl; гм!г автоматич -.< 1< .l! . >i>i <г,и .:Ill!i>! в«(деo - 10

СИ I >|а ЛОН > !. > "|в СО;.1 >

ПИКОВОГО ДЕ ЕК ТОРЯ b> ИД<. О«!! (!(т «(«1C ОВ (- постоянной време(!и разряда (l o !«аг). у «КИ > P(МУ И«!и !!С С КОЛ Ы<1|М и ериОпам враг!|t! IH Я !! Реобрс< 3ОВат<|ля

)5 автоматической регулировки контраста, автоматиче<:кой регулировки усиле— ния,!(Ог.;У|!>1:;и!l;. Ркости Э!(Т Работающей в режиме oJ! .(остроч((ой развертки, и фотокамеры (2), Лп«(аратура работает следующим Об20 разом.

Формир«ванне им!!ульса излучения ультразвукового преобразователя происходит при разрядке накопительной емкости через динистор на нагрузку, которой является преобразователь. Ч|астота следования импульсов излучения определяется постоянной времени заряда накопительной емкости, а амплитуда постоянна (опре- 30 деляется типом динистора).

Ультразвуковые импульсы, отраженные от стенки скважины, принимаются тем же преобразователем. При сканировании стенки скважины вращаю- 35 щимся вокруг оси и перемещающимся вдоль нее преобразователем осуществляется исследование элементарных площадок стенки скважины по винтоВоА линии ° При этОм каждОму oGopoTjj 40 преобразователя соответствует сканирование стенки скважины по одному витку и си«!хроы«1ое отображение их акустических характеристик на экРане ЭЛТ в виде модулированных по яр- 45 кости элементов строки.

Принятые ультразвуковые импульсы преобразуются в. электрические импульсы, поступающие на управляемый аттенюатор, положение которого устанавливается оператором в зависимости

50 от ожидаемого максимального уровня принятых отраженных сигналов, усиливаются и детектируются амплитудным детектором. Видеоимпульсы с выхода амплитудного детектора усиливаются по мощности, смешиваются с синхроимпульсами противоположной полярности и передаются по кабелю в панель на вход блока автоматической нормализации видеосигналов, в кото- 60 ром производится автоматическая компенсация затухания. Нормализация видеосигнала осуществляется путем регулирования коэффициента усиления таким образом, чтобы синхроим- 55 пульс.. на el о выходе был равен задани< му Опорг|ому у(>он((«<«. <>д!(овреме«(но происхо«!Ит подстройка уровня видеосигнала. Далее нормализованный видеос HI" нал выделяется в блоке селекции импульс<>в и подается на вход блока пиковогG детектора с постоянной време(!и разряда нагрузки, равной одному или более периодам вращения преО<:1-> а.! ОIJ, I Т <=«1 Я, ФИ 3 И<(ЕС КИ A СМЬ(СЛ Bir( деленной таким Образом огибающей макс((маг«ь(1«лх значений видеосигнала за. один или несколько оборотов преобpaзс>вателя заключается в том, что ее . !Иачения наиболее достоверно отображают литологический признак породы по сечению (по витку), как соответствующие минимальному (номинальному,, диаметру по сечению и расположению участка стенки скважины параллельно фронту распространения ультразвуковой волны.

При плавных изменениях диаметра скважины или акустических свойств горних пород по стволу скважины происходят медленные изменения амплитуды огибающей видеосигнала и уровня постоянного напряжения на выходе пикового детектора. Это напряжение РегулиРуется каротажным регистратором в функции глубины и используется в дальнейшем для литологического расчленения разреза и выявления интервалов кавернообразования. KpoMF того, это напряжение огибающей видеосигнала используется как автоматически регулируемый пороговыи уровень амплитудной дискриминации нормализованных видеоимпульсов, осуществляемой блоком автоматического выравнивания контраста видеосигнала.

Масштаб сжатия контраста регулируется оператором и определяется состоянием стенки скважины. Чем ближе уровень напряжения на выходе пикового детектора к огибающей видеосигнала на входе блока выравнивания контраста, тем меньше различаются уровни видеосигнала на его выходе .и меньше его коэффициент передачи и наоборот. Поэтому, чтобы яркость свечения строки на ЭЛТ не зависела от степени масштабирования контраста, видеосигнал с выхода. блока выравнивания контраста усиливают автоматическим регулятором усиления таким образом, чтобы величина его среднего значения на выходе оставалась постоянной и поэтому сохранялась постоянной средняя яркость свечения строки на экране ЭЛТ. Получаемые изображения развертки каждого витка стенки скважины фотографируются фотокамерой на фотопленку, движущуюся непрерывно в функции глубины, Недостатки известного устройства заключаются в том, что:

697706

5. Отсутствие автоматической регулировки контраста видеосигнала, полученного при сканировании одного витка исследуемой стенки скважины, чтс особенно необходимо в интерналах желабаобраэования или при расцентровке прибора приводит к тому, чта получаемые материйлы трудно

) . Ис!!о(!Ьзавание В блоке г>ь1равнивания контраста схемы амплитудной дискрими! ации Видеосигнала !!р 1воJIEIT В (ЗЯДе слУчаеВ (!! 3 !!Р;1!1(3Р НРи расцентравке прибора, при исследовании интервалов желабаабразанания 5 и т . д, ) к >!Олпом патере инфо(>мацин: н местах локального нарушения стенки скважины па ее сечению уровень огибающей видеосигнала из-за значительного затухания эха-сигнала мажет (Д оказаться ниже параганага уровня

Диск(>иминацыи (Огибающей 1:1акс!!мал 1 1(ых значений видеосигнала) . При сечении скважины, профиль которой пред-. ставляет овал, наблюдается затухание огибающей видеосигнала частотой

2 г(, где «(— число оборо-ов преобразователя. Поскольку эта частота модуляции IIIII!te максимальной частоты регулируемого порогового уровня дискриминации, значительная часть инфор — о мации па стволу скважины в этом случае будет отсутствовать и не может быть восстановлена. Поэтому качество картиравания становится низким, материал бракуется, особенно в случаях поиска трещиноватых пород.

2. Сложность технической реализации и эксплуатации известного устройства автоматического выравнивания контраста видеосигнала, заключающаяся 30 в том, что н систему регулирования входят 2 ручных регулятора (в скважинном приборе это управляемый аттенюатр, в панели — установка масштаба контраста видеосигнала), использование которых возможно либо путем пробных съемок, либо из опыта работ в одном и том же регионе при повторяющихся условиях в скважине, снижает производительность работ !EpEI видеака- 4г> ротаже.

3. Нерациональное использование динамическогб диапазона скважиннаго приемника, заключающееся в использовании значительной части его для пе- 45 редачи информации о влияющих низкочастотных факторах, принодит к ухудшению качества картиранания при низких уровнях огибающей видеосигнала.

4. Применение амплитудной модуляции яркости ЭЛТ из-за нелинейности ее входной характеристики, приводит к нелинейному отображению контраста видеосигнала в контраст изображения на ЭЛТ и, в конечном итоге, к искажению получаемых снимков по полутонам. интерпра т31ру» тс >«11!IH !1> и «1>!к»«(1н некачестнен(3ь!Ми.

Цс>ll> из >u(>«! .! и/! - j: . j.,:(. .»«>3:I! j« i!a"Ва получаемогo из(>б>(>а«(ения Ра:! i!((>Iки сте!«ки скна кllllL!, ука а! !3"-!;; ц .—,> ч.(а ап !ар.тура 131i !11 гриб;. !" .. !«акопян ельнОй емкОстью, ра зрядн!>3!1 у(т(айстВОм ультразвуковым !реабразана «лем, !

1еха>!измам Вр"..j ; :i«I j! > "> 1: !и! . ->Ом у л ь 1 р а 3 н у 1(а н а г» им и у „- с э н, a t !i!; i >1 удным детекторам, усилителе м I I(äåoИМПУ ЛЬГОВ И СИНХ РО1«МП УЛЪСОВ СОЕЦИ ненный каратажн!333! кабел м с наземной измерительной Ilail«l..-гью! Вклк>чающей селектор видеаимпульсан, к выходу каторага подключен блок пиканага детектора, модулятор ярка ти, электроннолучевую трубку ««(>Отака!1еру и р> Гистратар снабжсна дополнительным пиковым детекторам с па; таяннай времени нагрузки меньшей 1/4 периода нращения преобразователя, срaDjjl(I;aHxllllм устрайст вам и иста «ни oil oïoð !to ãà напряжения и блоком амплитуднавременного преобразован tR(который имеет вход регулировки чунстнительнОсти «!1pEE÷ем Выход c:!ек тара Вl«деО импульсОВ саед>иlj«н са ВХОДам блОка амплитудна-Временl!G« 0 преобразования, выход катарага подключен ко входу модулятора яркости,, Вход регулиранки чувствительности са(- -,EIEI>a!»

E3 E>i>(o jl o M jj o II oI1 It E I т ел ь 1.! О го пикового детектора, падкл!Вче!!!!О! с к селектору видео!!мпульсан при этом к а наму входу сравни.вающега уст(айства, падклю ен выход блока пикагага детектора, ка второму — источник опорного напряжения, а вь!>(Од сранн!!üа:" .цега устройства связан с р гitcl pal àðàì и через кара аж! ый кабель — с i!a!(опит ель ной емка(" т ью .

iIa чертеже изабра;е;. г блок-схема аппаратуры нидеакаратажа. ! (ппаратура нк.«!к>чает « акапительчую емкость 1, разрядное устройство

2, генератор 3 за !ускак»цн:: импульсов, ультразвуковой преабразаьатель 4 с механизмам вра!цения, усилитель 5 ультразвуковых импульсов, амплитудный детектор 6; усилитель 7 видеоимпульсов и синхраимпульсов, размещенных в скважиннам приборе 8.

Каротажный кабель 9 является электрической и механической связью между скважинным прибором 8 и наземной измерительной панелью 1 ). В измерительной панели 10 размещены селектор 11 видеаимпульсов, блок 12 пикового детектора с постоянной времени разряда нагрузки большей или равной периоду вращения преобразователя, сравнивающее устройство 13, источник 14 опорного напряжения, блок 15 амплитудно-временного преобЬ ч 7, 01

60 разования, модулятор 15 яркости, :электроннолучевая трубкл 17, I»ико»»ый детектор 18 с постоянной времени нагрузки равной или меньшей 1/4 периода вращения преобразователя и фотокамеру 19.

Аппаратура нидеокаротажа работает следующим образом. .гмплитуда импуль<=он, излучаемых преобразователем 4, зависит от напряжения на накопительной емкости 1()

1, величина кото1|ого регулируется автоматически из панели и преобразование в короткие импупьсы осуществляется разрядным устройством 2, <О6 раиным на транзисторе, управляемым от генератора запускающих импульсов

3. отраже»»ные от стенки скважины ультразвуковые импульсы преобразуютс.я ультразвуковым преобразователем в электрические сигналы, которые через усилитель 5 поступают на амплитудный детектор 6, с выхода которого нидеоимпульсы подаются на вход усилителя

7, на другой вход которого поступают синхроимпульсы противоположной полярности. Смешанный разнополяр25 ный сигнал передается по кабелю 9 на поверхность в панель 10 на вход селектора 11 видеоимпульсон. Видеоимпульсы, выделенные селектором, поступают на входы блоков пиковых детекторов 12 и 18 и блок 15 амплитудНо-временного преобразования, преобразующего видеоимпульсы в импульсы, модулированные по длительности (по времени экспозиции) . 35

При этом пиковый детектор 12 имеет большую постоянную времени разряда нагрузки (равную или большую периода вращения преобразователя) и выделяет огибающую максимальных значений видео-4О сигнала, а пиковый детектор 18, имеющий значительно меньшую постоянную времени нагрузки (равную или меньшую

1/4 периода вращения преобразователя), ныделяет огибающую видеосигнала, меня-4g ющуюся с частотой, большей или рав— ной 4.

Выход пикового детектора 12 соединен со входом сравнивающего устройс:тна 13, собранного на операционног» усилителе, на неинвентирующий вход

50 которого подано опорное напряжение с источника (14 опорного напряжения, а выход устройства сравнения соединен с каротажным регистратором и накопительной емкостью 1 через жилу каротажного кабеля, Если выделенная огибающая максимальных значений видеосигнала (или напряжение на выходе пикового детектора 12) меньше опорного напряжения, то 1»а выходе устройства 13 сравнения поянится линейно нарастающее напряжение, которое заряжает накопительную емкость 1 и тем самым увеличивает амплитуду импульсов излучения пре- 65

«11p<(

1» (1»р»ж ния 1»» вхо<; »х <.1 «» нивак|щего ус грс »(с. гн II<. <..1 а в»як, г<" я, пос:ле

<» егО наjjpH1»« IIH <- 11(» BI Iх о((< уст рОйстн а

1 4 H 1»а КОпитель11o»1

oTpHI(à »åëüI»oé обратной связью, нключак|щая в себя сравнивающее vcòðo(»ñòВо 1 3, K (6

4, скважинную среду, усилители 5 и 7,,амплитудный детектор 12, будет нахоциться н антоколебании около среднего значения напряжения на выходе сравнивающегo устройства, зависящего От акустических характеристик жидкости и горной породы и диаметра исследуемого сечения скважины при данных температуре и гидростатическом давлении.

Описанная схегла регулирования контраста видеосигнала компенсирует влияние всех гледленно меняющихся факторон на изменение огибающей максимальных значений видеосигнала, если они происходят во времени большем или равном одному периоду вращения преобразователя. Уровень среднего значения напряжения на выходе сранниваю(цего устройства, несущий информацию об изменениях диаметра скважины и акустических свойствах жидкости и горных пород, регистрируется каротажным регистратором в функции глубины и используется в дальнейшем для логического расчленения разреза.

Из приведенной схемы автоматической регулировки контраста по глубине скважины ясно, что огибающая максимальных значений видеосигнала на входе устройства сравнения стабилизируется на опорном уровне и не зависит от влияющих факторов по глубине, тем решена задача оптимального использования динамического диапазона скнажинного приемника: быстро меняющиеся уровни видеосигнала передаются через скважинный приемник, а огибающая видеосигнала, медленно меняющаяся по величине, выделяется в виде постоянной составляющей на выходе сравнивающего устройства.

Кроме того, предлагаемая схема регулировки контраста видеосигнала проста в реализации и эксплуатации (нет настраиваемых оператором регуляторов), повь(шает производительность труда (исключает необходимость пробных съемок), обладает большей информативностью (быстро меняющаяся информация не теряется) и позволяет повысить качество видеокаротажа при наличии влияющих факторов по глубине.

Для выравнивания контраста видеосигнала по сечению скважины 8 в пределах одного оборота преобраэова697706

20

ЗО

4О

45 теля осуществляют операцию преобразования вида информации блоком 15 и автоматическую регулировку его чувствительности блоком 18.

Блок 15 преобразует амплитуды видеоимпульсон н импульсы, модулиронанные по длительности, последовательность которых изменяет нремя свечения элементов строки на экране

ЭХ!Т. Такое преобразование позволяет исключить нелинейность модуляционной характеристики кинескопа и расширить диапазон полутонов, отражаемых на фотоматериале, в линейном масштабе.

Для выравнивания диапаэада полутонов на фотопленке с целью выделения трещиноватых интервалов н открытом стволе и дефектон обсадной колонны автоматически регулируют чувствительность преобразователя 15 видеоимпульсов напряжением с выхода пикового детектора 18 в обратно пропорциональной зависимости.

Таким образом, для получения изображения развертки стенки сква" жины с выравненным контрастом по глубине и по сечению используются регуляторы контраста orèáàèùåé видеосигнала по глубине (медленно меняющиеся параметры) и по сечению (быстро меняющиеся параметры).

Кроме того, с целью выделения интервалов трещинонатости пород или нарушений в обсадной колонне при общем плохом состоянии исследуемой стенки, например при осыпании ., породы или сплошной коррозии в колонне, постоянную времени нагрузки пикового детектора 12 устанавливают равной или меньшей 1/4 периода вращения преобразователя В этом случае средний уровень огибающей видеосигнала на выходе селектора

1l за указанный интервал времени будет пропорционален опорному уровню напряжения на входе сравнивающего устройства 13.

Предлагаемая аппаратура позволяет получать качественные иэображения в скважинах со сложной поверхностью стенки, повыси — ü производительность труда за счет исключения пробных съемок и более детально охарактеризовать разрез по стволу скважины.

Формула изобретения

1. Аппаратура видеокаротажа, содержащая скважинный прибор с накойительнай емкостью, разрядным устройством, ультразвуковым преобразователем, механизм вращения, усилителем ультразвуковых импульсов, амплитудным детектором, усилителем нидеоимпульсов и синхроимпульсон, соединенный каротажным кабелем с наземной измерительной панелью, включающей селектор видеоимпульсов, к выходу которого подключен блок пиконого детектора, модулятор яркости, электроннолучевую трубку, фотокамеру и регистратор, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности эа счет улучшения качества получаемого изображения развертки стенки скважины, она снабжена дополнительным пиковым детектором с постоянной времени нагрузки меньшей

1/4 периода вращения преобразователя, сравнивающим устройством, источником опорного напряжения и блоком амплитудно-временного преобразования, который имеет вход регулировки чувствительности, причем выход селектора видеоимпульсов соединен са входом блока амплитудно-временного преобразования, выход которого подключен ко входу модулятора яркости, а вход регулировки чувствительности соединен с выходом дополнительного пикового детектора, подключенного к селектору видеоимпульсов,, при этом к одному входу сравнивающего устройства подключен выход блока пикового детектора, ко второму — источник опорного напряжения, а выход сравнивающего устройства связан с регистраторам и через каротажный кабель — с накопительной емкостью.

2. Аппаратура по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности выделения интервалов трещиноватости пород или нарушений в обсадной колонне, блок пикового детектора имеет постоянную времени нагрузки меньшую 1/4 периода вращения ультразвукового преобразонателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CUA Р 3369626 кл. 181-5, опублик. 1968, 2. Патент СИ Р 3724589, кл, 181=5, опублик. 1973.

697706

1

1

1 !

ЮЖНОМУ крато,оц

Составитель H. Кривко

Редакто Л. Веселовская Техред 9. Ч жик К ор Г. Решетник

Заказ 6553/11 Тираж 657

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра шская наб. . 4 5

Подписное

1

l !

1 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

l ! ю

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