Устройство для измерения амплитуд при акустическом каротаже

Устройство для измерения амплитуд при акустическом каротаже

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ8У

Союз Советских

Социапистических

Республик

<п>890317 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 03. 04. 80 (21) 2903841/18-25 с присоедннеинеги заявки рв— (23)ПриоритетОпубликовано 15.12.81. Бголлетень йге 46

Дата опубликования описания 17.12.81 (5l jNL. Кл.

G 0 l Ч 1/40

3Ъоударстеенный коинтет

СССР по делаи изабретенкй и отнрытх11 (53) УДК 550. . 83(088. 8) (72) Авторы изобретения

В.Н. Служаев, В.N. Коровин и П.А. Прямов

Всесоюзный научно-исследовательский титуФ" нефтепромысловой -геофизики (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУД

ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ КАРОТАЖЕ

Изобретение относится к прогтыслово-геофизическим исследованиям нефтяных и газовых скважин, а более конкретно к аппаратуре акустического каротажа, и решает задачу повышения точности измерения амплитуд при акустическом каротаже скважин.

Известны устройства, предназначенные для измерения амплитуд при акустическом каротаже. Эти устройства содержат приемники акустических сигналов, усилитель, схему, выделяющую первое вступление сигнала, например селектор, преобразователь, преобразующий амплитуду первого вступления в длительность прямоугольных

15 импульсов (1), либо в постоянный ток t» .

Однако указанные устройства имеют небольшой динамический, диапазон и низкую точность измерения амплитуд.

Наиболее близким к изобретфгию техническим решением является аппаратура для акустического каротажа, со.— держащая скважинный прибор с трехэлементным зондом, состоящим из генераторов тока для возбуждения излучателей и приемника, полярных селекторов, усилителя и фильтров, и наземного устройства, состоящего иэ усилителя, коммутаторов, схем совпадения, синхрогенератора, пиковых детекторов, узкополосных фильтров, дифференциальных схем и регистратора. В этой аппаратуре синхрогенератор формирует положительные и отрицательные импульсы, которые через каротажный кабель поступают в скважинный прибор.

После прохождения заградительного сетевого фильтра эти импульсы разделяются полярными селекторами и поочередно воздействуют на токовые генераторы излучателей, посылающих в породу пакеты упругих колебаний. Упругие колебания, пройдя по породе, достигают приемника, который преобразует их в электрический сигнал. Последний, усиленный усилителем, пройдя фильтр, 39031

35 по каротажному кабелю поступает в наземную аппаратуру. После прохождения фильтра и усиления усилителем, пройдя схему совпадений (аналоговый ключ), сигнал поступает через узкополосные фильтры и коммутаторы на пиковые детекторы, которые измеряют максимальную амплитуду сигнала. Схема совпадений пропускает только определенную часть сигнала, соответствую- Iî щую длительности импульса, поступающего со строб-генератора, который, в свою очйредь, запускается импульсом, с генератора задержки. Таким образом, напряжение заряда накопительных ем- I5 костей пиковых детекторов в каждом цикле излучения отражает амплитуду принятого сигнала акустического каротажа. Основным узлом этой схемы, вли4 яющим на точность измерения амплитуд, является пиковый детектор. Чтобы обеспечить достаточное быстродействие и разрешающую способность измерения амплитуд, емкость пикового детектора должна быть как можно меньше 111

Однако напряжение пикового детектора не должно значительно уменьшаться в каждом цикле измерений. Поэтому емкость пикового детектора выбирается такой, чтобы это напряжение уменьшалось от цикла к циклу не более чем на 10-15%. В результате, недостатком такой схемы измерения ампли туд является низкое быстродействие и,,следовательно, низкая точность измерения.

Цель изобретения — повьппение точности измерения амплитуд при акустическом каротаже скважин.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения ампли40 о туд при акустическом каротаже, состоящее из трехэлементного скважинного зонда, содержащего один излучатель и два приемника, генератор токовых импульсов для возбуждения излучателя, формирователь разнополярных импульсов и усилитель, при этом в скважинном зонде выходы приемников соединены с усилителем, интегратор токовых импульсов соединен с излучателем и формирователем разкополярных импульсов, выход которого подключен к усилителю, выход усилителя подсоединен к каротажному кабелю, соединяющему зонд с наземной измерительной .55 панелью, содержащей фильтр, усилитель, дискриминатор разнополярных импульсОв, аналоговьпЪ ключ, схему формиро1

7 4 вания сТро6 импульсОВ» пикОвый детектор, синхрогенератор и регистратор, а в наземной измерительной панели каротажный кабель подсоединен ко входу фильтра, связанного последовательно с усилителем, аналоговым ключом и пиковым детектором, выход усилителя соединен со входом дискриминатора разнополярных импульсов, выход которого подключен ко входам схемы формирования строб-импульсов и синхрогенератора, а первый выход синхрогенератора соединен со вторыми входами схемы формирования строб-импульсов и пикового детектора, дополнительно введены генератор ступенчатого напряжения, цифро-аналоговый преобразова- ° тель, буферная память, компаратор, генератор счетных импульсов, RS-триггер, первый, второй и третий одновибраторы коротких импульсов, логическая схема И и нелинейный фильтр, при этом первый вход компаратора соединен с выходом пикового детектора, а второй — с первым выходом генератора ступенчатого напряжения, выход компао ратора через первый одновибратор соединен со входом второго одновибратора и R-входом RS-триггера, S-вход которого через третий одновибратор соединен со схемой формирования строб-импульсов, выход триггера подключен к одному из входов логической схемы И, второй вход которой соединен с генератором счетных импульсов, а выход — с запускающим входом генератора ступенчатого напряжения, запрещающий вход последнего ссГединен со вторым выходом синхрогенератора, второй выход генератора ступенчатого напряжения соединен с первым входом буферной памяти, второй записывающий вход которой соединен с выходом второго одновибратора, выход буферной памяти через цифро-аналоговый преобразователь подключен ко входу нелинейного фильтра, а выход .нелинейного фильтра подключен к регистратору.

Генератор ступенчатого напряжения содержит двоичный последовательный асинхронный счетчик, логические элементы И-НЕ с открытыми коллекторными выходами, матрицу резисторов типа

R-2R и транзисторные стабилизаторы тока, причем инверсные выходы каждого разряда счетчика соединены через соответствующие логические элементы

И-HE с транзисторными стабилизаторами

890317 Ь тока, нагруженными на матрицу резистором R-2R.

Ia фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 †. принципиальная схема генератора ступенчатого напряжения.

Устройство бодержит скважинный ультразвуковой зонд 1, состоящий иэ акустических приемников 2 и 3, излучателя 4, генератора токовых импульсов 5, формирователя разнополярных импульсов 6 и усилителя 7, соединенного каротажным кабелем 8 с наземной измерительной панелью 9. Наземная измерительная панель состоит из фильт ра 10, усилителя 11, дискриминатора разнополярных импульсов 12, аналогового ключа 13, схемы формирования строб-импульсов 14, синхрогенератора )5, пикового детектора 16, первого, второго и третьего одновибраторов коротких импульсов 17, 18 и 19, компаратора 20, RS-триггера 21, генера- тора счетных импульсов 22, логической схемы И 23, генератора ступенчатого напряжения 24, буферной памяти

25, цифро-аналогового преобразователя 26, нелинейного фильтра 27 и регистратора 28. Генератор ступенчатого напряжения состоит иэ двоичного последовательного асинхронного счетчика 29, логических элементов И-НЕ 30 с открытыми коллекторными выходами, матрицы резисторов 31 типа R"2Р и транзисторных стабилизаторов тока 32.

В скважинном зонде приемники 2 и

3 соединены с усилителем 7, генератор токовых импульсов нагружен на излучатель 4, вход формирователя раэнополярных импульсов соединен с генератором токовых импульсов, а выходс усилителем 7. Скважинный ультразвуковой зонд соединен каротажным кабелем 8 с наземной измерительной панелью, где фильтр 10 соединен с усилителем 11, выход которого нагружен на аналоговый ключ 13 и дискриминатор раэнополярных импульсов 12, выход которого соединен со входом синхрогенератора 15. Выход синхрогенератора 15 соединен с управляющим входом схемы формирования строб-импульсов 14, выход которой соединен с управляющим входом аналогового ключа 13, нагруженного на пиковый детектор 16. Один из входов компаратора 20 соединен

J с выходом пикового детектора 16, а другой — с выходом генерато5

IS

3S

SS ра. ступенчатого напряжения 24, выход компаратора 20 через одновибратор 17 соединен со входом одновибратора 18 и с R-входом триггера 21, S-вход которого через одновибратор 19 соединен со схемой формирования строб=импульсов 14,: прямой выход триггера 21 соединен с одним из входом логической схемы И 23, причем другой ее вход — с генератором счетных импульсов 22, а выход схемы И соединен с запускающим входом генератора ступенчатого напряжения 24, причем запрещающий его вход соединен с синхрогенератором 15, выход генератора ступенчатого напряжения 24 сое-, динен со вторым входом компаратора

20 и с буферной памятью 25, записывающий вход которой соединен с одновибратором 18. Выход буферной памяти 25 через цифра-аналоговый преобразователь 26 и далее нелинейный фильтр 27 соединен с регистратором 28.

В генераторе ступенчатого напряжения (фиг. 2) инверсные выходы каж дого разряда счетчика 29 соединены через соответствующие элементы (логические) И-НЕ 30 с транзисторными стабилизаторами тока 32, нагруженными на матрицу 31 резисторов R-2R.

Устройство работает следующим образом.

Под воздействием мощного импульса от генератора токовых импульсов

5 излучатель 4 скважинного зонда формирует упругие колебания, которые, пройдя Ilo породе, достигают приемников 2 и 3, преобразующих их в электрический сигнал. Последний, усиленный усилителем 7, поступает через каротажный кабель 8 в наземную измерительную панель. В момент срабатывания излучателя 4 формирователь разнополярных импульсов 6 формирует положительные и отрицательные импульсы синхронизации, которые смешиваются с сигналом акустического каротажа на усилителе 7 и вместе с ним поступают на поверхность. Суммарный сигнал после прохождения фильтра.10 наземной панели и усиления усилителем, ll поступает на дискриминатор разнополярных импульсов 12, который формирует импульсы синхронизации, поступающие на синхрогенератор 15. Синхрогенератор формирует импульсы начала цикла, которые сбрасывают в нулевое состояние пиковый детектор 16

8903!

25 и генератор ступенчатого напряже— ния 24. Этим же импульсом запускается схема формирования строб-импульсов 14, которая формирует импульс, равный Но длительности первому по5 лупериоду сигнала акустического каротажа. Импульсом со схемы 14 открывается аналоговый ключ 13, который пропускает на пиковый детектор

l6 только первый полупериод сигнала.

Накопительная емкость пикового детектора 16 заряжается до напряжения, равного амплитуде первого полуперио, да сигнала и далее в течение цикла начинает разряжаться. Это медленно меняющееся напряжение с пикового детектора 16 поступает на один из входов комларатора 20. В момент окончания стробирующего импульса со схемы

14 запускается одновибратор коротких 0 импульсов 19. Импульсом с этого одновибратора опрокидывается в единичное состояние RS-триггер 21. Единичное состояние этого триггера логичес- ки умножается с импульсами с генератора счетных импульсов 22 с помощью логической схемы И 23. Пачка счетных импульсов поступает со схемы И на запускающий вход А генератора ступенчатого напряжения 24. Предварительно счетчик 29 генератора ступенчатого напряжения 24 устанавливается в нулевое состояние импульсом начала цикла с синхрогенератора 15 по входу Б. В момент прихода пачки счетных импульсов с помощью счетчика 29

35 начинается последовательный их счет.

Инверсное состояние каждого разряда счетчика 29 через логические элементы И-НЕ 30 с открытыми коллекторными

40 .выходами подается на эммитеры транзисторных стабилизаторов тока 32, нагруженных на матрицу резисторов типа

R-2R. Таким образом, с выхода Ь последнего разряда этой матрицы в результате преобразования двоичного состоя45 ния каждого разряда счетчика 29 в постоянный ток поступает линейно нарастающее напряжение, ступенчатой формы. Это напряжение подается на другой вход компаратора 20. В момент равен- 50 ства двух напряжений ло заднему фрОн- ту с компаратора 20 запускается од новибратор коротких импульсов 17, импульсом с которого запускается одновибратор 18 и опрокидывается в нулевое состояние RS-триггер 21.

Счет прекращается. Коротким импульсом с одновибратора 18 двоичное ос7 8 тояние счетчика 29. генератора ступенчатого напряжения 24 с выходов Г передается в буферную память 25. С помощью цифро-аналогового преобразователя 26 двоичный код измеренной величины преобразуется в постоянное напряжение и через нелинейный фильтр

27, имеющий верхнюю границу 2 — 3 Гц выводится на регистратор 28. В результате все случайные сбои в процессе измерения, спектр частот которых лежит выше 3 Гц, не отражаются регистратором. В связи с тем, что частота генератора счетных импульсов может быть очень высокая (до 10 мГц), а само время измерения очень коротким, емкость пикового детектора может быть уменьшена по сравнению с известными устройствами на порядок. Это, в свою очередь, значительно увеличивает быстродействие и разрешающую способ- . ность всего устройства и, следовательно, точность измерения амплитуд. Кроме того, подаваемое напряжение на регистратор, пропорциональное измеренной амплитуде первого полупериода сигнала акустического каротажа, постоянно и не изменяется от цикла к циклу, что также увеличивает точность измерения.

Использование предложенного устройства для измерения амплитуд в комплексной аппаратуре акустического и гамма-гамма каротажа (ЦИГА-2) позволяет значительно повысить точность измерения, что приводит к большой повторяемости диаграмм (порядка

2-3X) и снижению сроков на интерпретацию результатов акустического каротажа. формула изобретений

Устройство для изиерения амплитуд при акустическом каротаже, соСтоящее из трехэлементного скважинного зонда, содержащего один излучатель и два приемника, генератор токовых импульсов для возбуждения излучателя, формирователь разнополярных импульсов и усилитель, при этом в скважинном зонде выходы приемников соединены с усилителем, генератор токовых импульсов соединен с излучателем и формирователем разнололярных и..пульсов, выход которого подключен к усилит.-лю, выход усилителя подсоединен к ка .".аж890317

1S ному кабелю, зонд соединен каротаж" пым кабелем с наземной измерительной

° панелью, содержащей фильтр, усилитель, дискриминатор разнополярных импульсов, аналоговый ключ, схему формирования строб-импульсов, пиковый детектор, синхрогенератор и регистратор, а в наземной измерительной панели каротажный кабель подсоединен ко входу фильтра, связанного lô последовательно с усилителем, аналоговым ключом и пиковым детектором, выход усилителя соединен со входом дискриминатора разнополярных импульсов, выход которого подключен ко входам схемы формирователя строб(! импульсов, и синхрогенератора, а первый выход .синхрогенератора соединен со вторыми входами схемы формирования строб-импульсов и пикового детектора, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены генератор ступенчатого напряжения, цифро-аналоговый преобразователь, 33 буферная память, компаратор, генератор счетных импульсов, RS-триггер, первый, второй и третий одновибраторы коротких импульсов, логическая схема И и нелинейный фильтр, при этом первый вход компаратора соединен с выходом пикового детектора, а второйс первым выходом генератора ступенчатого напряжения, выход компаратора через первый одновибратор соединен

3S со входом второго одновибратора и с

R-входом RS-триггера, S-вход которого через третий одновибратор соединен со схемой формирования строб.-импульсов, выход триггера подключен к одному из входов логической схемы И, второй вход которой соединен с генератором счетных импульсов, а выход— с запускающим входом генератора ступенчатого напряжения, запрещающий вход последнего соединен со вторым выходом синхрогенератора, второй выход генератора ступенчатого напряжения соединен с первым входом буферной памяти, второй записывающий вход которой соединен с выходом второго одновибратора, выход буферной Памяти через цифро-аналоговый преобразователь подключен ко входу нелинейного фильтра, а выход нелинейного фильтра подключен к регистратору.

2. Устройство по п. 1, о т л и -. ч а ю щ е е с я тем, что генератор ступенчатого напряжения содержит двоичный последовательный асинхронный счетчик н логические элементы И-НЕ с открытыми коллекторными выходами, матрицу резисторов типа R-2R и тран- зисторные стабилизаторы тока, причем инверсные выходы каждого разряда счетчика соединены через соответст.вующие логические элементы -HE с транзисторными стабилизаторами тока, нагруженными на матрицы резисторов R-2R, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Патент США 9 3251029, кл. 340-18, 1966.

2. Патент США Р 3270316, кл. 340-18, 1966.

3. Авторское свидетельство СССР

11 461397> кл. G 01 V 1/40, 1975 (прототип).

890317

1

I

I

1

I .I

ВНИИПИ Заказ 10985/75 Тираж 735 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4