Система акустического каротажа

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 119) (1) А 01 д 1/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕПЬСТВУ К АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪ(71) Краснодарская группа подразделений Научно-исследовательскогоинститута морской геофизики .(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 761970, кл. С.О 1 У 1/40, 1978.2, Патент США Р 3333238,кл. 340-18 опублик.1967.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3337241/18-25,кл, 0 01 Ч 1/40, 1981 (прототип).(54)(57) СИСТЕМА АКУСТИЧЕСКОГОКАРОТАЖА, содержащая соединенныекабелем скважинный прибор и наземную аппаратуру, включающую в себяузлы формирования временных интервалов от синхроимпульсов до первыхи последующих Фаэ сигналов поперечных волн ближнего и дальнего каналов, узлы вычисления интервальныхвремен ь 1 з ь51 ВФ 5 ф поперечных волн, реализующие все возможные сочетания разностей временных интервалов, коммутатор, согласу.ющий каскад, узел памяти, узел сравнения, узел переноса, узел управления и регистратор, где выходыузлов формирования временных интервалов поперечных волн подсоединены ко входам соответствующих узлов вычисления интервальных времен поперечных волн, выходы которых через коммутатор и согласующий каскад подсоединены к узлу сравнения и через узел переноса к узлу памяти, выход последнего соединен с регистратором, выход узла сравнения соединен с узлом переноса и узлом управления, а узел управления соединен с коммутатором, с узлом сравнения, с узлом формирования временных интервалов поперечных волн и через кабель со скважинным прибором, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с Я целью автоматизации и повьвения надежности и точности измерения интервального времени поперечных волн, в систему дополнительно введен формирователь временных интервалов продольных волн и вычислитель интервального времени продольных воли, причем формирователь временных интервалов продольных волн соединен с формирователем временных интервалов поперечных волн, с узлом управления и с вычис. лителем интервального времени продольных волн, а выход последнего соединен с узлом сравнения и регистратором.Изобретение относится к геофизи. ческим исследованиям скважин, в частности к аппаратуре акустического каротажаОсновная задача акустического каротажа - измерение скорости распределения (интервального времени) упругой волны в исследуемых породах, пересеченных скважиной . Для измерения интервального времени обычно используют трехэлементный зонд, содержащий излучатель (или приемник) и два приемника (или излучателя), расположенных на Фиксированном расстоянии друг от друга, Излучатель периодически (через 40 мс) посылает в породу импульсы упругих колебаний.Упругие колебания возбуждают несколько типов акустических волн; продольные, поперечные, лэмбовские, обменные и т.д., которые распространяются в околоскважинном пространстве с различной скоростью и, достигая сначала одного, потом другого приемников, преобразуются последними в электрические сигналы сложной формы, называемые волновыми картинами 1 О ЬО За счет различной скорости распространения первыми приходят к ЗО приемнику продольные волны, поперечные волны н горных породах имеют скорость распространения в 1,4-2,2 раза меньшую продольных, и поэтому вступают после продольных, а лэмбонские волны - после поперечных. Импульсы начала возбуждения упругих колебаний - синхроимпульсы (СИ) и электрические сигналы волновых картин от ближнего идальнего приемников - поступают по кабелю,в на О земную аппаратуру.Определение момента прихода продольных волн (а отсюда и надежное вычисление интервального времени продольных волн) является сложной,45 но успешно решаемой задачей, определение же момента прихода поперечных волн до настоящего времени не удается автоматизировать и возможно только при визуальной обработке волновых картин. Отсюда такой важный параметр как интервальное нремя поперечных волн редко используется, так как вычисление его производится путем поточечного отсчета при визуальной обработке осциллограмм волновых картин, зарегистрированных на фотопленке или фазокорреляционных диаграммах, что яв - ляется трудоемким и дорогим процессом.Известен способ выделения поперечных волн путем умножения времени распространения продольной волны на коэффициент, в частности на коэффициент К=1,5, Сформирован ные временные интервалы (по ближнему и дальнему каналам) заканчиваются в районе ожидания втупленияпоперечных нолн и запускают Формирователь стробирующих импульсов,повышающих надежность выделенияпервых Фаз поперечных нолн (1),Однако более или менее надежноевыделение перных Фаз поперечныхволн возможно только в ограниченных участках разреза, когда установленный коэффициент умножениясоответствует реальному соотношениюскоростей продольных и поперечныХволн. В других участках разрезанеобходимо перестроить коэффициентумножения, но наличие каверн, перекосов зонда и других причин неисключает перескоков на Фазу выделителя поперечных волн и, отсюда,невозможность автоматической регистрации интервального временипоперечных волн.Известен способ повышения надежности регистрации интервальноговремени поперечных волк выделениемсигналов по функции взаимной корреляции Очевидно, что реализацияэтого способа наиболее эйфективнана ЭВМ, а устройство, реализующеетакой способ, имеет ограниченныелогические возможности. В устройстве стробируется район поперечных волк и выделяются моменты переходов фаз волн. Нули и единицы сигналов заносятся в регистры сдвига,где путем последовательного сдвигавыделяют экстремумы Функции взаимной корреляции и далее вычисляютинтервальное время поперечной волны, Применение корреляционногоспособа выделения сигнала повышаетнадежность и точность регистрацииинтервального времени поперечнойволны (21Однако н практике акустичес-.кого каротажа этот метод не всегдадает ожидаемые результаты. Поперечная волна часто ограничивается3-5 периодами колебаний, а стсюда,Функция взаимной корреляции будетне явно выраженной, а иногда и совершенно отсутствовать, н то времякак по осциллограммам фазокорреляционных диаграмм фазовые линии четкопросматриваются. Таким образомнедостаточная надежность и сложностьэтого устройства ограничивают егоприменение,Наиболее близким к предлагаемомуявляется система акустическогокаротажа, содержащая соединенныекабелем скнажинный прибор и наземную аппаратуру, включающую н себяузлы Формирования временных интервалов от синхроимпульсов до первыхи последующих Фаз сигналов поперечньх волн ближнего и дальнегоканалов, узлы вычисления интервальных времен Ь 1, ьггь 1поперечных волн, реализующие все возможные сочетания разностей временных интервалов, коммутатор, согласующий каскад, узел памяти, узел сравнения, узел переноса, узел управления и регистратор, где выходы, узлов формирования временных интервалов поперечных волн подсоединены квходам соответствующих узлов вычис ления интервальных времен поперечных волн, выходы которых через коммутатор и согласующий каскад подсоединены к узлу сравнения и через узел переноса - к узлу памяти, 15 выход последнего соединен с регистратором, выход узла сравнения соединен с узлом переноса и узлом управления, а узел управления соединен с коммутатором, с узлом сравнения, с узлом формирования временных интервалов поперечных волн и через кабель - со скважинным прибором.устройство позволяет выделить 25 несколько временных интервалов по первым, вторым и т.д. Фазам сигналов, произвести несколько вычитаний, при различных сочетаниях временных интервалов, автоматически выбрать истинный результат вычисления и выдать его на регистратор ЗД .Но в разрезах с сильным затуханием поперечных волн возможны погрешности измерения и сбой системы, Для вывода системы из сбоя необходимо вмешательство оператора.Цель изобретения - автоматизация и повышение надежности и точности измерения интервального вре мени поперечных волн.Для достижения поставленной цели в систему акустического каротажа, содержащую соединенные кабелем скважинный прибор и наземную аппа ратуру, включающую в себя узлы формирования временных интервалов от синхроимпульсов до первых и последующих фаз сигналов поперечных волн ближнего и дальнего каналов, узлы вычисления интервальных времен ИьгЬ 9 я поперечных волн, реализующие все возможные сочетания разностей временных интервалов, коммутатор, согласующий каскад, узел памяти, узел сравнения, узел переноса, узел управления и регистратор, где выходы узлов Формирования временных интервалов поперечных волн подсоединены ко входам соответствующих уз" 60 лов вычисления интервальных времен поперечных волн, выходы которых через коммутатор и согласующий каскад подсоединены к узлу сравнения и через узел переноса - к 65 узлу памяти, выход последнего соединен с регистратором, выход узла сравнения соединен с узлом переноса и узлом управления, а узел управления соединен с коммутатором, с узлом сравнения, с узлом формирования временных интервалов поперечных волн и через кабель - со скважинным прибором, дополнительно введены Формирователь временных интервалов продольных волн и вычислитель интервального времени продольних волн, причем формирователь временных интервалов продольных, волн соединен с формирователем временных интервалов поперечных волн, с узлом управления и с вычислителем интервального времени продольных волн, а выход последнего соединен с узлом сравнения и с регистратором.На фиг. 1 приведена функциональная схема системы акустического каротажа, на фиг. 2 - временные диаграммы работы основных узлов.Система акустического каротажа состоит из скважинного прибора 1, и наземной аппаратуры 2, соединенных кабелем 3, Наземная аппаратура включает в себя Формирователи 4 и 5 временных интервалов от синхроимпульсов до первой и второй фаэ вступлений поперечной волни соответственно, узлы 6-9 вычисления интервальных времен Ь ь 1 г, б, Ь, коммутатор 10, согласующий каскад 11, узел 12 сравнения, узел 13 переноса, узел 14 памяти, узел 15 управления, регистратор 16, формирователь 17 временных интервалов продольных волн и вычислитель 18 интервального времени продольных волн, где выходы Формирователей 4 и 5 подсоединены к входам узлов 6-9, а выходи последних через коммутатор 10 и согласующий каскад 11 соединены с узлом 12 сравнения и узлом 13 переноса, узел 13 переноса подсоединен к узлу 14 памяти, узлу 12 сравнения, узлу 15 управления, который соединен с коммутатором 10, формирователями 4 и 5 и с узлом 12 сравнения, узел 14 памяти соединен с регистратором 16, формирователь 17 временныМ интервалов продольных волн соединен с формирователями 4 и 5 временных интервалов поперечных волн, с узлом 15 управления и с вычислителем 18 интервального времени продольных волн, выход которого соединен с регистратором 16. Названные узлы могут быть построе - ны по общеизвестным схемам с применением транзисторов и микросхем 1средней интеграции. Система может быть собрана на аналого,м элементах, на цифровых или в сочетаниРассмотрим принцип работы системы при формировании 4-х временных интервалов по двум фазам,В рабочем положении от скважинного прибора 1 через каротажныйкабель 3 на вход наземной аппаратуры 2 через равные промежутки времени поступают синхроимпульсы иволновые картины ближнего и дальнего каналов фиг, 2, 19) . Фор"мирователь 17 Формирует временныеинтервалы продольных волн и вычислиель 18 вычисляет интервальное время продольных волн Ьр, которое поступает на регистратор 16и узел 12 сравнения.Выделенные временные интервалыпродольных волн поступают в узел15 управления, который блокируетформирователи 4 и 5 до приходапервых Фаз поперечной волны и навыходе Форьщрователей 4 и 5 Формируются временные интервалы допервой и второй Фаз поперечныхволн ближнего 20 и 21 и дальнего22 и 23 каналов. СФормированныевременные интервалы поступаютна узлы 6-9, вычисляющие разностьчетырех различных сочетаний временных интервалов. Результаты вычислений через коммутатор 10 и согласующий каскад 11 поочередно поступают на узел 12 сравнения и узел13 переноса. Узел 15 управлениявырабатывает импульсы 24-27 переключения коммутатора 10 и импульсы28 опооса узла 12 сравнения.Яа узел 12 сравнения поступаютданные интервального времени продольных волн и информация от узлов6-9 вычисления интервальноговремени поперечных волн,Узел сравнения имеет определенную зону сравнения зону чувствительности) и если сравниваемыесигналы окажутся близки в пределахзоны чувствительности, узел сравнения выдает импульс 29, которыйостановит переключение коммутатора.10 и опрос узла 12 сравнения и перепишет информацию позиция ЗЦс согласующего каскада 11 в узел14 памяти н далее на регистратор 16,данная система представляет следующие преимущества. Интервальное время продольной волны на базе расстояние между двумя приемниками) в 0,5 м изменяется в зависимости от разреза скважины в пределах от 60 до 350 мкс. Исходя из известного коэффициента отношения скоростей продольных и поперечных волн, равного 1,4-2,2 интервальное времяпоперечных волн при минимальномвремени продольных волн, равном60 мкс, может изменяться от 108 мксдо 132 мкс,что при приведенноминтервальном времени продольных волн, равном 120 мкс, составит 12 мкс. Для максимального интервального времени продольных волн, равного 350.мкс, интервальное время поперечных волн будет изменяться в пределах от 630 мкс до 770 мкс или 7004 70 мкс, Таким образом, максимальное отличие интервального времени поперечных волн от приведенного (умноженного на 2) интервального времени продольнЫх волн составит 1 70 мкс. Установив зону чувствительности узла сравнения, равную70 мкс, выбираем и регист. рируем только истинное значение интервального времени поперечных воли, Предположим, что при выделении Фаз поперечных волн произошел перескок на период. Для ниэкочасто;ного акустического зонда период поперечной волны составляет порядка 75-100 мкс. В этом случае нели- чина ошибки превышает зону чувствительности узла сравнения, и коммутатор 10 выберет достоверный результат.Если поперечные волны сильно затухают и выделение их практически невозможно, система выдает ложную информацию, однако с появлением волн система восстановится и будет выдавать достоверную информацию.По сравнению с известными устройствами вычисления интервального времени поперечных волн данная система позволяет полностью автоматизировать процесс вычисления, получать и регистрировать достоверную информацию интервального времени поперечных волн в процессе каротажа./47 Тираж 716НИИПИ Государственного комите по делам иэобретений и открытий 035, Москва, Ж, Рауюская наб,акаэ 11 н Подта СССР 113 4 лиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, 4