Поверочно-калибровочное устройство для аппаратуры акустического каротажа

Поверочно-калибровочное устройство для аппаратуры акустического каротажа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнк

Соцнапмстнческнн

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii890318 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву— (22)Заявлено 03.04.80 (21) 2903842/18-25 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Опубликовано 15.12.81. Ьизллетень Рй 46

Дата опубликования онисання 17.12.81 (51)M. Кл.

G 01 V 1/40

Гооудврстееииый комитет

СССР во делом изобретений и открытий (53) УДК 550. .83(088.8) (72) Авторы изобретения

М .А. Сулейманов, Т.А. Чернышева, П.А.

Д.Д. Ермолаев и В.М. Лобанков

il

Всесоюзный научно-исследовательский итнсти нефтенромысловой геофизики липюи . (71) Заявитель (54) ПОВЕРОЧНО-КАЛИБРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

Д 1Я АППАРАТУРЫ АКУСТИЧЕСКОГО KAPOTA)KA

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано в качестве средства метрологического обеспечения аппаратуры акустического каротажа по скорости и затуханию упругой волны.

Известно устройство для калибровки аппаратуры акустического каротажа, содержащее заполненный жидкостью звукопровод цилиндрической формы. В качестве звукопровода используется труба с известной скоростью распространения упругих колебаний. При калибровке скважинный прибор калибру15 емой аппаратуры помещается в трубу, а регистрируемые при этом аппаратурой упругие колебания преобразуются в выходной сигнал, который используется в качестве опорного (lg.

Недостатком этого устройства является то, что аппаратура калиб руется лишь в одной точке своего диапазона измерений.

Известно устройство для калибровки аппаратуры акустического каротажа, содержащее звуконровод в виде двух труб, размещенных с зазором одна в другой, причем внутренняя труба имеет скорос гь распространения упругих колебаний, соответствующих нижнему пределу диапазона измерений, а наружная труба имеет скорость, соответствующую верхнему пределу диапазона измерений калибрую мой аппаратуры. Внутренняя труба заполняется жидкостью полностью, а уровень жидкости в межтрубной полости регулируется и регистрируется с помощью индикатора 121.

Недостатком этого устройства яв-. ляется то, что аппаратура акустического каротажа с трехэлементным зондом, предназначенным для измерения интервального времени распро транения Т и коэффициента затухания с(. упругих. колебаний на базе зонда S, калибруется с достаточной степенью точности лишь в двух точках диапазона измерений, когда уровень жидкости в межтрубной полости находится за пределами базы зонда. В этом случае калибровочные значения определяются свойствами трубы и не зависят от упругих свойств жидкости, которые могут изменяться из-эа изменения количества пузырьков, образующихся при пере" ливании жидкости, а также из-за изменения условий окружающей среды (температура, давление и т.д.). Когда уровень жидкости находится в пределах базы зонда, т.е. между одноименными активными элементами, то геометрические пути распространения упругих колебаний, регистрируемых двумя каналами калибруемой аппаратуры, резко отличаются. Поэтому параметры колебаний, измеряемые разными каналами аппаратуры, по разному зависят от свойств жидкости. Таким образом, при калибровке аппаратуры по параметрам дТ и d, возможны большие погрешности иэ-за изменения свойств жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому является поверочно-калибровочное устройство для приборов акустического каротажа, содержащее заполненный жидкостью эвукопровод цилиндрической формы, помещенный в заполненный жидкостью корпус, измерительные стержни, размещенные вдоль звукопровода, на которых установлены излучатель и элементы, обеспечивающие его перемеще. ние вдоль стержней, а также сельсиндатчик и генератор импульсов возбуждения излучателя. Звукопровод выполнен из материала с известными скоростью и коэффициентом затухания упругих колебаний на единицу длины.

При калибровке и поверке скважинный прибор аппаратуры помещается в цилиндр, служащий звукопроводом. Наземный прибор аппаратуры через каротажный кабель соединяется со скважинным прибором. Синхроимпульсы наземного прибора, соответствующие моментам возбуждения излучателя скважинного прибора, подаются на генератор импуль сов возбуждения поверочно-калибровочного устройства. Генератор возбуждает перемещаемый излучатель устройства синхронно с работой излучателя скважинного прибора. Импульсы упругих колебаний, создаваемые излучателями, подаются через жидкость на стенкизвукопровода, и, распространяясь по нему, воспринимаются через жидкость

90318

4 приемниками скважинного прибора калибруемой аппаратуры. Когда перемещаемый излучатель находится ближе к приемникам скважинного прибора, чем собственный излучатель прибора, то первыми достигают приемников импульсы упругих колебаний перемещаемого излучателя, которые испольэуются для калибровки. При перемещении излучателя время прихода этих колебаний на приемники прибора измеряется по линейному закону, а амплитуда колебаний — по экспоненциальному закону в зависимости от величины перемещеl5

55 ния. Перемещение излучателя осуществляется с помощью измерительных стержней, выполненных в виде винтов с фиксированным шагом, которые также воздействуют на сельсин-датчик, позволяющий синхронно с перемещением излучателя осуществлять перемещение бу-. маги фоторегистратора, подключенного к выходу наземного прибора калибруемой аппаратуры (33.

Однако измерительные стержни, размещенные вдоль звукопровода, а также корпус устройства, воспринимая через жидкость упругие колебания от излучателя, создают волны-помехи, которые воспринимаются приемниками поверяемой аппаратуры. Эти волны-помехи накладываются на колебания, распространяющиеся по звукопроводу, и интерферируют с ними, что вносит существенные погрешности при калибровке аппаратуры. При поверке и калибровке аппаратуры акустического каротажа с трехэлементным зондом, предназначенной для измерения интервального времени распространения hT и коэффициента затухания упругих колебаний с, на базе зонда S, диапазон калибруемых значений ограничивается размерами зонда, конечными размерами приемников зонда и перемещаемого излучателя, а также соотношением скоростей распространения упругих колебаний в эвукопроводе и жидкости. Так, если перемещаемый излучатель находится за пределами интервала между приемником и излучателем зонда, то первыин приемника;, достигают упругие колебания or собственного излучателя зонда. Когда же перемещаемый излучатель находится близко от приемника, то на импульс упругих колебаний, распространяющихся по звукопроводу, накладывается импульс колебаний, распространяющихся по жидкости. Только на определенном

5 8903 расстоянии перемещаемого излучателя от приемника, которое зависит от соотношения скорости распространения упругих колебаний в звукопроводе и жидкости, импульс колебаний по жид-, кости отстает от импульса колебаний в звукопроводе. Учитывая, что серийно выпускаемая аппаратура типа СПАК, АКЦ регистрирует амплитуды упругих колебаний во временном окне !20 мкс, 1О отсчитываемом от момента прихода колебаний на приемник, расстояние, при котором регистрируются чистые (неинтерферированные) колебания по звукопроводу, может составлять значительную величину. Экспериментально установлено, что если в качестве звукопровода используется, например труба из винипласта, в которой скорость распространения упругих колебаний 20

V g=l.813 м/с, а в звукопровод налита вода (Ч„;-1500 м/с), то для аппаратуры типа СПАК, это минимальное рабочее расстояние составляет около

30 см. Чем больше скорость распрост- lй ранения колебаний в звукопроводе по сравнению со скоростью в жидкости, тем меньше это расстояние. Однако повьппение скорости распространения колебаний эвукопровода ограничива- пр ет максимально возможное калибруемое значение дТ аппаратуры, так как при заданной базе зонда оно обратно пропорционально зависит от скорости в звукопроводе. При калибровке аппаратуры с трехэлементным зондом по параметрам дТ и е! перемещаемый излучатель устанавливается в середине базы зонда между одноименными активными элементами (например приемниками).

При перемещении его в сторону одного иэ приемников дТ и * линейно изменяются в зависимости от величины перемещения. Однако, учитывая, что база зонда основной серийной аппаратуры равна

50 см, а минимальное рабочее расстояние между приемниками и излучателем

30 см, то калибровочный диапазон по сЬи дТ существенно ограничен. . Целью изобретения является расши50 рение диапазона калибровочных значений дТ и е и повышение точности калибровки эа счет исключения погрешностей, связанных с волнами-помехами, распространяющимися по измерительным стержням и корпусу устройства.

Указанная цель достигается ем, что в поверочно-калибровочное устройство для аппаратуры акустического

18 Ь ,каротажа, содержащее звукопровод цилиндрической формы, заполненный жидкостью, перемещаемьп» излучатель, установленный на измерительном стержне, а также генератор импульсов, дополнительно введен излучатель, установленнь»й неподвижно, а перемещаемый излучатель жестко закреплен на конце измерительного стержня. Оба излучателя размещены внутри звукопровода на звукоизоляторе.

Звукоизолятор выполнен цилиндрической формы и установлен соосно звукопроводу.

Измерительный стержень снабжен фиксатором, установленным на верхнем торце звукопровода.

На чертеже схематически изображено предлагаемое поверочно-калибровоч" ное устройство для аппаратуры акустического каротажа, общий вид.

Предлагаемое устройство содержит звукопровод 1 цилиндрической формы, заполненный жидкостью 2, зафиксированный соосно внутри звукопровода, звукоизолятор 3 цилиндрической формы, на котором закреплен неподвижный излучатель 4 и установлен перемещаемый излучатель 5, измерительный стержень 6, фиксатор 7, закрепленный на звукопроводе, и двухканальный генератор 8 импульсов возбуждения, выходы которого электрически соединены с неподвижным, и перемещаемым излучателем. Измерительйый стержень выполнен в виде линейки, один конец стержня прикреплен к перемещаемому излучателю, а другой конец выведен за пределы звукопровода через фиксатор 7, который позволяет фиксировать положение стержня с перемещаемым излучателем относительно звуко-. провода.

При поверке и калибровке скважинный прибор 9 аппаратуры акустического каротажа (например с зондом структуры — один излучатель и два приемника), соединенный посредством каротажного кабеля 10 с наземным прибором ll перемещается через звукоиэолятор в заполненный жидкостью эвукопровод. и центрируется относительно него. При этом эвукоиэолятор изолирует часть корпуса скважияного прибора и его излучатель от зв копровода. Поэтому двугие импульсы, возбуждаемые излучателем прибора, не попадают на звукопровод, а затухают в материале изолятора ° Разно890318 (3) (4) полярные синхроимпульсы, соответствующие во времени моменту возбуждения излучателя скважинного прибора, подаются на вход двухканального ге, нератора импульсов возбуждения. Положительная полярность, например, соответствует циклу измерений àïïàратуры, при котором регистрируются упругие колебания, принятые первым (ближним) приемником, а отрицательная полярность — циклу измерений аппаратуры, в котором регистрируются колебания, принятые вторым (дальним) ,приемником. При приходе на вход генератора импульса положительной полярности один иэ каналов генератора возбуждает перемещаемый излучатель, при приходе импульса отрицательной полярности другой канал генератора возбуждает неподвижный излучатель. Таким образом в одном цикле измерений аппаратура регистрирует колебания, распространяющиеся по звукопроводу от неподвижного излучателя, а в другом цикле — от перемещаемого излучателя. В этом случае измеряемые аппаратурой значения дТ и cL равны Т=Т -Т„; (t)

cL= 201g

А,„ д ) (2) где Т1, А — время прихода и амплитуда упругих колебаний, принятых ближним приемником от перемещаемого излучателя;

Т, Al — время прихода и амплитуда упругих колебаний, принятых даяьним приемником от неподвижного излучателя.

При калибровке аппаратуры переме- . щаемый излучатель сначала устанавливается на такое же расстояние от ближнего приемника, на которое удален неподвижньп излучатель относительно дальнего приемника. При этом Т,г=Т, а gT=O. В этой точке путем регулировки амплитуды импульсов одного из каналов генератора, возбуждающего один из излучателей, добиваются того, чтобы А, =А, то есть с1.=0. При движении перемещаемого излучателя от исходной точки аппаратура регистрирует калибровочные значения 5 Ту, и dLg,» которые имеют следующую зависимость от величины перемещения Х:

Т =—

)( ч, .х =*ох

56

55 где о и э — нэнс стгн к. -.кор с гн распространения и коэффнннсггг з;и ухания унругнх колебаний на единицу длины звуконровод».

При этом фиксация и отсчет величи— ны перемещения Х осуществляется с по. мощью фиксатора 7, через который проходит связанный с излучателем измерительный стержень. Стержень выполнен в виде линейки и используется для пеЮ ремещения излучателя и изменения величины перемещения.

Аналогично можно калибровать аппаратуру, имеющую трехэлементный зонд с двумя излучателями и одним приемником. В этом случае необходимо перемещать скважинный прибор относительно звукоизолятора таким образом, чтобы ближний излучатель зонда вышел за пределы звукоизолятора, дальний оставался в пределах звукоизолятора, а неподвижный излучатель устройства отключить. При этом функции неподвижного излучателя устройства выполняет ближний излучатель зонда.

Диапазон калибровочных значекий дТх и х, воспроизводимых с помощью данного устройства, не ограничивается зависимостью от размеров базы зонда и его активных элементов, а также от величины гяинимального рабочего расстояния между приемниками зонда и излучателями установки, которое зависит от соотношения скорости распространения упругих колебаний в звукопроводе и в жидкости, так как излучатели установки располагаются от приемников зонда на достаточно большом расстоянии. Этот диапазон определяется величиной возможного перемещения излучателя установки, т.е. длиной звукопровода и звукоизолятора, и может быть задан в зависиггости от диапазона измерений калибруемой аппаратуры. Кроме того, предложенное устройство позволяет повысить точность калибровки по сравнению с известным, так как исключаются погрешности, связанные с волнами-поиехаии, распространяющимися по измерительным стержняи и корпусу устройства. В предложенном устройстве корпус (внешняя труба) вообще отсутствует, а измерительный стержень перемещается вместе с перемещаеиым излучателем и всегда находится за пределами участка эвукопровода, по которому распространяются упругие колебания, регистрируемые приемниками калибруеиой anna@aò;.гч:,.

890318

11 !!

l1

Таким образом, устройство позволяет расширить диапазон и повысить точность калибровки аппаратуры акустического каротажа, предназначенной для измерения интервального времени аТ и коэффициента затухания dЬ упругих колебаний в горных породах.

Формула изобретения

1. Поверочно-калибровочное устройство для аппаратуры акустического каротажа, содержащее звукопровод цилиндрической формы, заполненный жидкостью, перемещаемый излучатель, установленный на измерительном стержне, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона калибруемых параметров и повышения точности калибровки, дополнительно введен неподвижный излучатель, а перемещаемый излучатель жестко закреплен на конце измерительного стержня, причем оба излучателя размещены внутри звукопровода на звукоиэоляторе.

2, Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что звукоизолятор выполнен цилиндрической формы и установлен соосно эвукопроводу.

3. Устройство по п. 1, о т л и10 ч а ю щ е е с я тем, что измерительный стержень выполнен с возможностью перемещения и снабжен фиксатором, установленным на верхнем торце эвукопровода.

15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

i. Патент США Р" 3056464, кл. 181-5, опублик. 1962.

2. Авторское свидетельство СССР ро 1," 663304, кл. G 0! V 1/40, )977.

3. Авторское свидетельство СССР

1." 661469, кл. G О! 9 !/40, 1976 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 10985/75

Тираж 735 Подписное

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