Способ определения кинематических и динамических характеристик упругих волн в горных породах

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфюэ СоветснихСов(иалистическихРеспубее ц 705399(51)М. Кл.2 6 01 Ч 1/40 С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВНИ Йо(23) Приоритет Государственный комнтет СССР по делам нэобретеннй н открытнй(72) Авторы изобретения А.К, Мельцер и П.Д. Резник Опытно-конструкторское бюро геофизическогоприборостроения трестаУкргеофиэраэведка(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ Й ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УПРУГИХ ВОЛН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ Изобретение относится к области промысловой геофизики 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 СПАК. Для одновремен" ного 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 2после их прохождения через породу,образующую стенки скважины, преобразовывают ихвэлектрический сигнали после усиления передаютв наземныйпульт (2). В наземном пульте в каждом цикле возбуждения Фйксируют момент приходаупругих колебаний отизлучателя к приемнику, соответст 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 второговступления. Напряжение, пропорциональное интервальному времени регистрируют самописцем в качестве параметра Т, характеризующего при данномзондовом расстоянии (базе) скоростьраспространения упругих колебаний.В том же цикле измерений в момент фиксации пришедших к приемникуколебаний формируют временное окнои детектируют часть пакета колебаний, попавших в это окно. В связи снарастающим характером колебанийнаибольший удельный вес в продетектированном сигнале имеют несколько 30последующих (после первого и второго встуйлейий) имеющих наибольшуюамплитуду, Полученное на выходе напряжение характеризует амплитудуколебаний, прошедших определеййыйпуть по породе. При дальнейшей обработке вычисляют и 1 егистрируют йнтервальное время на базе между ближ 5;ним-и дальним излучателем и коэффициент затухания.Недостатки описанного способаобусловлены тем обстоятельством,что величина коэффициента усиленияскважинного прибора, оптимальнаядля измерения времени распространения и Фиксации временного окна, неявляется оптимальной для фиксацииамплитуды сигнала во временном окне.В первом случае оптимальным являетсямаксимальное усиление, при которомеще не ограничиваются первые двавступления информационйого сигнала,используемые для фиксации момента 20прихода упругих колебаний. При та" ком усилении еще не ухудшается соотношение сигнал-помеха в скважинномприборе и максимально благоприятносоотношение сигнала и помех, возникающих 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.3Во втором случае: оптимальнымявляется усйление внесколько"разменьшее, поскольку должны передаваться без искажения не только первыедва вступления сигнала, ио и еще 35несколько последующих вступлений,попадающих во временное окно и игравщйх решающую роль при регистрацийамплитуды сигнала. Посколысу в описанном способе усиление одно и то жедля измерениявсех параметров, тов зависимости от поглощающих свойствпороды имеет место снижение точности (и достоверности) при измереииивременного интервала или относитель-ной амплитуды сигнала, или того идругого параметра одновременно,Целью изобретения является повышение точности измерения. Это достигаЕтся тем, что, в известном способеодновременного измерения кинематических и динамических характеристик упругих воля в горных пороДах, включающемв каждом цикле измерения импульсноеизлучениеупругих колебаний, их приемпосле прохождения через породу, преобразЬание в электрический сигналс последующим его усилением и передачей на поверхность, электрическийсигнал пары излучатель-приемник вкаждом втором цикле передают с увеличением по крайней мере вдвое усилением, затем в цикле с большим усилением фиксируют момент прихода упругих колебаний и формируют прямоуголь.ный импульс с длительностью равной 65 времени распространения упругих колебаний от излучателя к приемнику, который восстанавливают в следующем за ним цикле с меньшим усилением, и фиксируют величину сигнала во временном окне непосредственно после восстановленноговременногоинтервала.На фиг.1 изображена блок-схема импульсно-цифрового варианта реализации способа на примере системы ближний излучатель-приемник в трех- элементной 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 1, восстанавливающий триггер 14, Формирователь 15 окна и управляемый детектор 1 б.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 претерпевизменения, обусловленные свойствамй породы, поступают йа пьезокерамический приемник 3, где преобразовываются в электрические колебанияЭлектрические колебания усиливаются усилителем 4 и П 9 каротажйому кабелю передаются отскважинного 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 образомна 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 излу- чения; 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 импульс21 селектора, соответствующий положительному синхроимпульсу 19 и импульс 22 порогового устройства 6 -в момент срабатывания последнего от информационного сигнала на уровне 23, установленном несколько выше уровня помех. Поступизшие. 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 на 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 опрокидыванияоткрывает ключ 11;:На вход вычитания реверсивногоЗ 5 счетчика 12 через ключ 11 начинают поступать счетные импульсы, каждый из которых уменьшает на единицу число, записанное в счетчикев предыдущем цикле. При поступлении на счетчик последнего из пачки 27 импульсов содержащей то же число счет" ных импульсов, которое было запйсано в предыдущем цикле, счетчик устанавливается в ф 0 1 ф. Схема 13 фиксации ф 0, выдает импульс 28, вызывающий второе (в цикле) опрокидывание восстанавливающего триггера 14.Одновременно импульсом схемы 13 фиксации Оф закрывается ключ 11, В результате двух опрокидываний иэ мерительного триггера 14 на его выходе Форьщруется прямоугольный импульс 29 дпительность 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 60 которого поступает на управляемый детектор 16, обеспечивая работу детектора в интервале окна длительностью 120 мкс. Выходной ток управляемого детектора пропорционален максимальной амплитуде А колебаний 31 попавших в окно 30,Аналогичным образом работает система дальний излучатель-приемник измеряющая значения времени Т и амплитуды А . При дополнительной обработке определяется время на базе между излучателями дТ = Т - Т и коэффициент затухания сС пропорцио" иальный логарифму АРеализация 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 практи" чески без погрешности перенесен в цикл с меньшим усилением сигнала.Формула изобретенияСпособ определения кинематическики динамических характеристик упругихволн в горных породах, включающий вкаждом цикле измерения импульсное излучение упругих колебаний, их приемпосле прохождения через породу,преобразование в электрический сигналс последующим его усилением и передачей на поверхность, о т ли ч а ющ и й с я тем,.что, с целью повьыения точности исследований, электрический сигнал пары излучатель-приемник в каждом втором цикле передаюс увеличенным по крайней мере вдвоеусилением, затем в цикле с большим,усилением фиксируют момент приходаупругих колебаний и формируют пря,моугольный импульс с длительностью,равной времени распространения упругих колебаний от излучателя к при-емнику, который восстанавливают вследующем за ним цикле с меньшимусилением и фиксируют величину сигнала во временном окне непосредственно после восстановленного временного интервала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США 9 324009, кл. 181-5,опублик. 1966,2. Белоконь Д.В. и др. 1 Комплексная аппаратура акустического каротажа СПАКф Сб., Геофизическаяаппаратурами, 9 48, Л., Недра,1972, с. 83-87 (прототип).705399 Волкойко М. Ми Редактор Заказ 80 гз о комит й и отк ская на ытий д ул. П130 Филиал жгород ктная 1 кбажинный снаряд Составитель Э аевТехоед О.Андр Тираж бВ 8ИИПИ Государственйо по делам изобретенМосква, ЖРара П Патентф,. г 8 азекный пульт кийдписноета СССР