Способ определения кинематических и динамических характеристик упругих волн в горных породах

Способ определения кинематических и динамических характеристик упругих волн в горных породах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву

Союз Советских

Сев(иалистических

Респубюе

i>?05399 (51) М. Кл.

Q 01 V 1/40 (22) Заявлено040177 (2f) 2440577/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Государственный комнтет

СССР по делам нэобретеннй н открытнй

Опубликовано 25.12.79. Бюллетень Йо47

Дата опубликования описания 25.1279 (53) УДК 550.8З (088. 8) (72) Авторы изобретения

A.Ê. Мельцер и П.Д. Резник

Опытно-конструкторское бюро геофизического приборостроения треста Укргеофиэраэведка (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ Й ДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК УПРУГИХ ВОЛН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Изобретение относится к области промысловой геофи эи ки и может быть использовано в аппаратуре для исследования скважин акустическим методом преимущественно при каротировании глубоких скважин.

Известен способ акустических исследований в скважинах (1) состоящий в возбуждении и приеме акустических импульсов с последующим их усилением и передачей их на дневную йоверхность. Недостатком способа является то, что способ позволяет определять только кинематические характеристики воин в горных породах, Известен также способ акустических исследований, реализованный в аппаратуре CIIAK-2. Для одновременного измерения кинематических (время распространения на базе, скорость) и динамических (относительная амплитуда, коэффициент затухания)характеристик упругих волн в скважинном снаряде аппаратуры с по= мощью магнитострикционного излучателя периодически возбуждают в окружающей среде серии упругих колебаний, затем с помощью пьезокерамического приемника принимают упругие колебания

2 ! после их прохожде ния через породу образующую стенки скважины, преобразовывают их в э-лектрический сигнал и после усилеиия передают в наземный пульт (2) . В наземном пульте в каждом цикле возбуждения фйксируют момент прихода упругих колебаний от излучателя к приемнику, соответстfg вующий интервальному времени на базе излучатель-приемник. Фиксацию мо. мента прихода упругих колебаний осуществляют с помощью порогового устройства, срабатывающего на опреде- ленном уровне первого или второго вступления. Напряжение, пропорциональное интервальному времени регистрируют самописцем в качестве параметра Т, характеризующего при данном зондовом расстоянии (базе) скорость распространения упругих колебаний.

В том же цикле измерений в момент фиксации пришедших к приемнику колебаний формируют временное окно и детектируют часть пакета колебаний, попавших в это окно. В связи с нарастающим характером колебаний наибольший удельный вес в продетектированном сигнале имеют несколько

30 последующих (после первого и второ705399 го встуйлейий),, имеющих наибольшую амплитуду. Полученное на выходе напряжение характеризует амплитуду колебаний, прошедших определеййый путь по породе. При дальнейшей обработке вычисляют и регистрируют йнтервальное время на базе между ближ5 .ним -и дальним излучателем и коэффициент затухания.

Недостатки описанного способа. обусловлены тем обстоятельством, что величина коэффициента усиления скважинного прибора, оптимальная

Ф я измерения времени распространения и фиксации временного окна, не является оптимальной для фиксации амплитуды сигнала so временном окне.

В первом случае оптимальным является максимальное усиление, при котором еще не ограничиваются первые два вступления информациониого сигнала, используемые для фиксации момента прихода упругих колебаний. При та koì усилении еще не ухудшается соотношение сигнал-помеха в скважинном приборе и максимально благоприятно соотношение сигнала и помех, возни- 25 кающих в коллекторе лебедки подьемника и поступающих из питающей сети, что особенно важно при работе в глубоких скважинах, когда уровейь сигнала понижен из-за потерь в кабале. З()

Во втором случае . оптимальным является усйление в несколько"раз меньшее, поскольку должны передаваться без искажения не только первые два вступления сигнала, но и еще 35 несколько последующих вступлений, попадающих во временное окно и играющих решающую роль при регистрации амплитуды сигнала. Посколысу rr описанном способе усиление одно и то же для измерения всех параметров, то в зависимости от поглощающих свойств породи имеет место снижение точности (и достоверности) при измереиии временного интервала или относитель- ной амплитуды сигнала, или того и другого параметра одновременно.

Целью изобретения является повышение точности измерения. Это достигаЕтся тем, что, в известном способе одновременного измерения кинематичес- 5О ких и динамических характеристик упругих воля в горных пороДах, включающем в каждом цикле измерения импульсное излучение упругих колебаний, их прием после прохождения через породу, пре- 55 образсЬание в электрический сигнал с последующим его усилением и передачей на поверхность, электрический сигнал пары излучатель-приемник в каждом втором цикле передают с увели- 6О чением по крайней мере вдвое усилением, затем в цикле с большим усилением фиксируют момент прихода упругих колебаний и формируют прямоугольный импульс с длительностью, равной времени распространения упругих колебаний от излучателя к приемнику, который восстан авливают в следующем за ним цикле с меньшим усилением, и фиксируют величину сигнала во временном окне непосредственно после восстановленного временного интервала.

На фиг.1 изображена блок-схема импульсно-цифрового варианта реализации способа на примере системы ближний излучатель-приемник в трехэлементной аппаратуре акустического каротажа; на фиг. 2 — эпюры напряжений.

Основными элементами схемы являются схема 1 возбуждения, излучатель 2, приемник 3, коммутируемый усилитель 4,. селектор 5 синхроимпульсов, пороговое устройство б, измерительный триггер 7, преобразо.ватель 8 длительности сигнала в постояннйй ток, генератор 9 счетных импуЛьсов, управляемые ключи 10 и 11, реверсивный счетчик 12, схема 13 фиксации 0, восстанавливающий триггер 14, формирователь 15 окна и управляемый детектор 16.

Магнитострикционный излучатель 2 под воздействием импульса тока схемы

1 возбуждения периоцически излучает в окружающую среду-породу-серии упругих колебаний, которые, пройдя путь, соответствующий,зондовому расстоянию, и претерпев изменения, обусловленные свойствамй породы, поступают

На пьезокерамический приемник 3, где преобразовываются в электрические колебания. Электрические колебания усиливаются усилителем 4 и

П9 каротажйому кабелю передаются от скважинного снаряда к наземному пуль- . ту, обеспечивающему измерение параметров, характеризующих скорость распространения упругих колебаний в породе и степень их поглощения.усилитель 4 содержит цепи коммутации, управляемые схемой возбуждения и обеспечивающие в каждом втором цикле работы пары излучатель-приемник увеличение в 2-3 раза коэффициента усиления усилителя.

Таким образом на наземный пульт поступает информационный сигнал в виде чередующихся по амплитуде пакетов 17 и 18 колебаний. Одновременно с информационным сигналом от схемы возбуждения поступают синхроимпуль- сы, соответствующие моментам излученияг положительный 19, привязанный к циклу с большим коэффициентом усиления, и отрицательный 20 — для цикла с меньшим коэффициентом усиления, Разделение синхроимпульсов осуществляется селектором 5. На измери. тельный триггер 7 поступают импульс

21 селектора, соответствующий положительному синхроимпульсу 19 и импульс 22 порогового устройства 6—

705 399 в момент срабатывания последнего от информационного сигнала на уровне 23, установленном несколько выше уровня помех. Поступияшие. импульсы дважды в каждом цикле опрокидывают измерительный триггер 7 и формируют таким образом прямоугольный импульс

24 с длительностью равной времени распространения упругих колебаний на базе между излучателем и приемником. Импульс 24 поступает яа преобразователь 8 длительности сигнала в постоянный ток. Выходной ток преобразователя пропорционален длительности импульса и, следовательно, времени Т распространения упругих колебаний от излучателя к приемнику.

Импульс измерительного триггера одновременно открывает ключ 10, через который на вход сложения реверсивно ;го счетчика 12 поступают импульсы 25 от генератора 9 счетных импульсов. -20

После окончания импульса измерительного триггера ключ 10 закрывается, счет импульсов прекращается и на реверсивном счетчике 12 до следующего цикла сохраняется код числа . 25 счетных импульсов, прошедших через ключ 10. В начале следующего цикла на восстанавливающий триггер 14 от селектора 5 синхроимпульсов поступает импульс 26, соответствующий по 30 времени отрицательному синхроимпуль- . су 20. Восстанавливающий триггер опрокидывается и в момент опрокидывания открывает ключ 11;- На вход вычитания реверсивного 35 счетчика 12 через ключ ll начинают поступать счетные импульсы, каждый из которых уменьшает яа едяницу число, записанное в счетчике в предыдущем цикле. При поступлении на счетчик последнего из пачки 27 импульсов содержащей то же число счетных импульсов, которое было запясаяо в предыдущем цикле, счетчик устанавливается в 0 . Схема 13 фиксации 0, выдает импульс 28, вызывающий второе (в цикле) опрокидывание восстанавливающего триггера 14.

Одновременно импульсом схемы 13 фиксации 0 закрывается ключ 11.

В результате двух опрокидываний иэ- 50 мерительного триггера 14 яа его выходе форьяруется прямоугольный импульс 29 длительность которого точно равна длительности импульса 24 измерительного триггера 7 т.е. времени 55 распространения упругих колебаний на базе излучатель-приемник, зафиксированному в предыдущем цикле. От заднего фронта импульса 29 запускается формирователь 15 окна, импульс Я) которого поступает на управляемый детектор 16, обеспечивая работу детектора в интервале окна длительностью 120 мкс. Выходной ток управ— ляемого детектора пропорционален максимальной амплитуде А» колебаний 31 попавших в окно 30.

Аналогичным образом работает система дальний излучатель-приемник измеряющая значения времени Т и амплитуды A . При дополнительной обработке определяется время на базе между излучателями дТ = Т вЂ” Т» и коэффициент. затухания d. пропорцио(нальный логарифму

Реализация данного способа обеспечивает повышение точности измерения, так как фиксация временного. интервала осуществляется в наиболее благоприятных условиях — в цикле с большим усилением сигнала, а фиксация амплитуды осуществляется в цикле с малым усилением сигнала, где искажения минимальны, а начало временного окна точно соответствует моменту прихода колебаний, поскольку этот момент тоЧно, зафиксирован в цикле с большим усилением и практически без погрешности перенесен в цикл с меньшим усилением сигнала.

Формула изобретения

Способ определения кинематическик и динамических характеристик упругих волн в горных породах, включающий в каждом цикле измерения импульсное излучение упругих колебаний, их прием после прохождения через породу,преобразование в электрический сигнал с последующим его усилением и передачей на поверхность, о т л и ч а ющ и и с-я тем,.что, с целью повьыения точности исследований, электрический сигнал пары излучатель-приемник в каждом втором цикле передаю. с увеличенНым по крайней мере вдвое усилением затем в-цикле с большим, усилением фиксируют момент прихода упругих колебаний и формируют пря,моугольный импульс с длительностью, равной времени распространения упругих колебаний от излучателя к при- емнику, который восстанавливают в следующем за ним цикле с меньшим усилением и фиксируют величину сигнала во временном окне непосредственно после восстановленного временного интервала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 324009, кл. 181-5, опублик. 1966. 2. Белоконь Д.В ° и др. Комплексная аппаратура акустического каротажа CIIAK-2 Сб., Геофизическая аппаратура, У 48, Л., Недра, 1972, с. 83-87 (прототип).

705399

0азекный пульт (кБажииный снаряд

1 у

Составитель Э. Волконский

Редактор М. Минаев Техред О.Андрейко Корректор T.Ñêâîðöoâà

Заказ 8023 щ Тираж 688 Подписное

ЦНИИПИ Государственйого комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35 Разыская иаб д. 4/5

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