Устройство для определения перетоков воды в затрубном пространстве буровой скважины

(191 (1 1/4 й и упр датчи е м СУДМ СТВЕННЦЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 21: 3667987/24"25221 29.118346) 30.11.84, Бюл. Р 44 72) В. А. Антонян, В. Б, Маневич, В. Г. Рыгалин, Д. А. Гречинский, В, А. Клочко и К, А. Шестериков 71) Научно-исследовательский институт ичтроскопии и Проектно-конструкторское и экспериментально-наладочное бюро "Машлегпищепромпроект" 53) 550,83088,8)Л 6) 1, Авторское свидетельство СССР У 672589, кл. С 01 7 1/40, 977.2 Авторское свидетельство СССР Р 1012170, кл, 6 01 Ч 1/40, 1981 (прототип). 154)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЧПЕРЕТОКОВ ВОЦЫ В ЗАТРУБНОМПРОСТРАНСТВЕ БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ, содержащеечувствительный элемент, расположенныи в герметичном корпусе, размещенном на цилиндрическом звукопроводе с четырьмя подпружиненными трубчатыми звукопроводами с вращающимися звукосъемниками усилитель, подключенный к чувствительному элементу, и регистратор, о.т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения мест перетоков воды в затрубном пространстве буровой скважины,: устройство введены датчик скорости, следящий .заграждающий фильтр, блок логарифмирования сигналов анализатор спектра первый и второй интеграторы вычитатель сигналов, первый и второй делители сигналов, блок памяти, генератор импульсов, первый и второй счетчики, источник стробирующего сигнала, компаратор авляемый коммутатор. при этом кскорости, закрепленный на цилиндрическом эвукопроводе, соединен с управляю;зим входом спедующего заграждающего фильтра, к сигнальному входу которого подкчючен выход усилит -ля, выход следящего заграждающегофильтра через анализатор спектрасоединен с входом блока логарифмирования сигналов, выход которого соединен с первым входом вычитателя сигналов и с сигнальным входом первого,интегратора выход которого подключен к первому входу первого делителясигналов, выход первого делителясигналов через блок памяти соединенс вторым входом вычитателя сигналов,выход которого соединен с сигнальнымвхода компаратора и сигнальнымвходом второго интегратора , выходкоторого подключен к первому входувторого делителя сигналов, выход второго делителя сигналов соединен срегистратором, выход компаратора подключен к управляющему входу управляемого коммутатора к сигнальному входукоторого подключен выход источникастробирующего сигнала пеовый выходчправляемого коммутатооа соединен суправляющими входами первых интегратора и счетчика, второй выход управляемого коммутатора соединен с управляющими входами вторых интегратора исчетчика, сигнальные входы пеового ивторого счетчиков соединены с выходогенератоэа импульсов, а их выходы -.соответственно с вторыми входами первого и второго делителей сигналов.11269)Изобретение относится к инженерно- геологическим исследованиям а именно к устройствам для определения мест перетоков воды иэ верхних водоносных пластов в нижний в затрубном простран-стве буровой скважины.Известно устройство дпя проведения шумового каротажа в буровой скважине, содержащее преобразователь механических колебаний в электрический сигнал, 10 расположенный в герметичном корпусе и соединенный через усилитель с регист" ратором, инерционный элемент, упругий подвес и звукопровод, при этом инерци" онный элемент жестко соединен с пре образователем и через упругий подвесс ковпусом устоойства, жестко связан- НЫМ СО ЗВУКОПРОВОЛОМ Я .Недостаток этого устройства состоит в том, что из-за наличия стыковоч ных переходов между трубами в скважине и неидеальности внутренних поверхностей в трубах звукопровод устройства не имеет надежного контакта с трубой буровой скважины и поэтому Ие 25 обеспечивает высокой чувствительности при обнаружении мест перетоков жидкости из одного водоносного слоя в другой в затрубном пространстве, Кроме того, регистрация результатов шумового каротажа ведется на фоне помех от соударений звукопровоца устройс.ва с трубой и других ударных и вибрациОнных процессов, что снижает точность нахождения мест перетока из-за лож 35 ных срабатываний аппаратуры.Наиболее близким к.изобретению го технической сущности является устройство для определения перетоков воды в затрубном пространстве буровой скважины, содержащее чувствительный элемент, расположенный в герметичном корпусе и подключенчый к усилителю, регистратор, инерционвъщ элемент, жестко связанный с чувствительным элементом и через упругий подвес - с корпусом, звукопровод, выполненный цилиндрическим и снабженный четырьмя подпружиненными трубчатыми звукопроводами с вращающимися звукосъемниками. Между усилителем и регистратором в устройст ве включены дополнительно введенные в него блок полосовых фильтров и соединенный с ним электронный компенсатор помехи 255Недостатком этого устройства явля" ется неэффективное подавление случайных вибраций, возникаюпцы при погружении чувствительного элемента в ствол скважины, при наличии в стволе регулярных и нерегулярных неоднородностей, Установленный в известном устройстве электронный компенсатор помехи эффективен лишь при малом уровне помех и при больших вибрациях в местах перетоков. Однако практика показала, что в стволе скважины имеются значительные неоднородности такие как неоднородности сварных соединений, окалина, ржавчина, остатки породы и т,д. а уровень вибрации в месте перетока из одного водоносного слоя в другой может быть малым, Вследствие этого точность определения места перетока сравнительно невелика.Цель изобретения - повышение точности определения мест перетоков воды в затрубном пространстве буровой скважиныНостаьленная цель достигается те , что в устройство для эпределения перетоков воды в затрубном пространстве буровой скважины, содержащее чувстви" тельный элемент, расположенный в гер-, метичном корпусе, размещенном на цилиндрическом зьукопроводе с четырьмя поцпружиненными трубчатыми звукопроводами с вращающимися эвукосьеми ками, усилитель, подключенный к чувствительному элементу, и регистратор введены датчик скорости, следящий загра;кдающий фильтр, блок логарифмирования сигналов, анализатор спектра, первый и второй интеграторы, вычитатель сигналов, первый и второй делители сигналов, блок памяти, генератор импульсов первыи и второй счетчики источник стробирующего сигнрла. ком 1 аратор и управляемый коммутатор, при этом датчик скорости закренлеи ный на цилиндрическом звукопрсводе соединен с управляющим входом следящего эаграждаюшего фильтра к сигнальному входу которого подключен выход усилителя, выход следящего заГражеющО фильтОа чедз анализатор спектра соединен с входом блока логарифмирования сигналов выход ко- ТОРОГО СОЕДИНЕН С ПЕРВЫМ ВХОДОМ ВЬ 1" читателя сигналов и с сч"надь.:ьу входом первого интегратора, выход которого подключен к первому вхо"(у перво- ГО делителГ сигналов, вьлод первого делителя сигналов через блск памятиС ОЕП 1"НЕН С ВТОРЫМ ВУХОд Ььщта ТЕ 1 Я сигналов, выход которогэ соединен с сигнальным входом компаратора и сиг 1126912нальным входом второго интегратора, выход которого подключен к первому входу второго делителя сигналов, выход второго делителя сигналов соединен с регистратором, выход компаратора подключен к управляющему входу управляемого коммутатора, к сигнальному входу которого подключен выход источника стробирующего сигнала, первый выход управляемого коммутатора О соецинен с управляющими входами пераьцс интегратора и счетчика, второй выход управляемого коммутатора соединен с управляющими входами вторых интегратора и счетчика, сигнальные вхо ды первого и второго счетчиков соединены с выходом генератора импульсов, а нх выходы - соответственно с вторымк входамк первого и второго делителей сигналов. ХОПредлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет с высокой точностью за счет исключения случайных вибраций определить место перето"ка. 25На чертеже приведена блок-схема устройства.Устройство содержит чувствительный элемент 1, корпус 2, цилиндрический звукопровод й, с которым связаны подпружиненны пружинами 4 трубчатые звукопроводы 5 с вращающимися звукосъемниками 6, согласующий усилитель 7, следящий заграждающий Фильтр 8 датчик 9 скорости аналиУ Ф. 35 затор 10 спектра, блоклогарифмирования, первый и второй интеграторы 2 и 13, первый и второй делители 14 и 15 сигналов, блок 16 памяти, вычитатель 17 сигналов, первый и второй счетчики 18 и 19, генератор 20 импульсов, компаратор 21, управляеьцф коммутатор 22, регистратор 23 и источник 24 стробирующего сигнала.Чувствительный элемент 1 представляет собай пьезоэлектрическую пластину, расположенную на металлической пластине, упругозажатой между двумячастями инерционного элемента. Инерциончьы элемент через корпус 2 связан с звукопроводом й, который при опускании в скважину касается по образующей внутренней поверхности трубы .Звукопровод й и трубчатые звуко-,.55 проводы 5 служат,пля передачи механических колебаний стенок трубы скважины чувствительному элементу 1. Чувствительный элемент 1 соединенчерез усилитель 7 с сигнальным входомследящего заграждающего фильтра 8, куправляющему входу которого подключендатчик 9 скорости, закреплечный нацилиндрическом звукопроводе й, выходследящего эаграждающего Фильтра 8через анализатор 10 спектра, выполненный в виде полосовых Фильтров, соединен с входом блока 11 логарифмирования сигналов, один выход котОрогонепосредственно, а другой через последовательно соединенные первый интегратор 1-2, первый делитель 4 сигналов и блок 16 памяти соединены ссоответствующими входми вычктателя17 сигналов, выход которого черезвторой интегратор й и второй дели.тель 15 сигналов соединен с регистратором 23. Для повьцпения точности определения максимума интегральноиоценки шумов скважины, характеризующего место перетока воды, в устройство введены первый и второй счетчи-ки 18 и 19, управляемые компаратором21 через управляемый коммутатор 22.Устройство работает следующим образом.Для определения места перетокаводы в затрубном пространстве буровой скважины в ее ствол опускаюткорпус 2 с чувствительным элементом1 и звукопроводами 3 и 5, при этомподпружиненные звукопроводы 5 катятсяпо внутренней поверхностч трубы скважины за счет вращающихся звукосъемников 6.Прп опускании корпуса 2 с чувствительным элементом 1 происходит непре"рывное преобразование механическихколебаний, возникающих при движениивраф. в ;ающихся звукоприемников по неровностям внутренней поверхности трубы,а также преобразование акустическихшумов, вызванных перетокамк воды взатрубпом пространстве буровой скважины,Вредные вибрации и акустические шумы через звукосъемники б,подпружиненные эвукопровады 5 и цилиндрический звукопровод й передаются чувствительному элеме;ту 1 который преобразует их в электрический сигнал, Этот сигнал содержит набор составляющих, одна из которых обусловлена самим вращением звукосъемников 6 и пропорциональна скорости движения цилиндрического звукопровода й112 б 9 с чувствительным элементом 1 пс стволу скважины (детерминированная составляющая), другая (случайная) составляющая, обусловленная случайными неоднородностями на внутренней поверхности 5 трубы скважины, третья составляющая является сигналом о месте перетока воды в затрубном пространстве скважины, которую необходимо выделить.1 гСигнал с чувствительнога элемента 1 усиливается усилителем 7 и поступает на сигнальный вход следующего зяграждающего фильтра 8, который представляет собой узкополосный перестраиваемый фильтр, управляемьь напряжением от даттгика 9 скорости, поступающим на его управляющий вход. При увеличении скорости погружения частота вращения звукосъемников,б увеличива- етсяГ при этОГл увеличивается и няпр 51- жение ст датчика 9 на управляющем вхо" де следящего заграждающего фильтра 8, сдвигая его полосу заграждения в более высокочастотную область Таким образом, из всего спектра сигнала25 Вырезается частота, характеризующая Детерминированную составляющую, сбусловленную частотой, вращением звукосъемниксв б. Сигнал с выхода следящего заграждающего фильтра 8 представляет собой свертку суммы двух недетерминированных составляющих, обусловленных вибрацией от неоднородностей трубь 1 и шумов перетоков ВОДЫ, с пер ходной функцией,обусловленной рязлич- ным временем ра"пределения нумсвьгх сигналов от различных источников.Зтот сигнал, проходя через анализатор 1 О спектра преобразуется в произведение двух спектров мощности 1 от этих составляющих.С выхода анализатора 10 спектра сигнал. пред тавляющий собой произведение сг.ектра случайных составляюшихДИ ПЕРЕХСГ 1 сй 1 ФУНКЦИИ ПОСТУПаЕт На вход блока 1 логарифмирования, , вы хода блока 11 логарифм 1 рования сигнал представляет собой уже сумму двух спектральных составляющих, Зтст няп поступает на сигнальный вход пер- " вого интегратора 12 и первыи Вход Вычитателя 7 сигналов, Сигналы с Вьгхсдов первого интегратора 12 51 первого счетчика ".8 поступают на входы перво 5 Г гс делителя 4 сигналов, откуда сигнал поступает ня блок 1 б памяти и рред - ставляет собой усредненное значение ЛсгавифГЛИ 1 ЕСКгдг С ПЕКТРЯ ПЕРЕ",Р" 1 ЛСй 12функции С 11 гн ч с". блока 16 памяти поступает на второй вход вычитателя 17 сигналов. Сигнал с выхода вычита- ТЕЛЯ 7 СИЕНЯЛОВ ПраддгтавлЯЕТ Ссбсй разность между среднеста=ическим и текущим логарифмическими спектрами, Он поступает на сиг .яльный вход второго интегратора 1". и первый вход компаратора 21. 1.я второй вход компаратора 21 подается напряжение уставки, пс отн-.шению к которой одрепелеетс 51МЯКСИМтМ СИГНЯЛЯ ВЫЗВЯННОГО ПЕРЕтсксм воды в эатрубнсм пространстве.1 омпярятор 21 управляет переключением управляемого коммутэтсря 22, Р том счучяс когда сиГнял с Быхспз Вычита теля 17 не преьышает величину уставки, ня выходе ксмгЕаратсря нулевой сигнал. разрешающий прсхсжление черЕз управг 15 еемый коммутатор 22 стрсбируюшего сигналя От источника 24 ня упрянляк" шие входы первого интегратора 12 н первого счетчика 18. При поступлении стробирующего СЕГЕлала разрешается Выполнение операций интегрирования и чета количества обрабатываемых выборок,В случае, когда сеггнал с вьглодя Вьчитателя 1 7 сигналОВ гревьгшает за- данный уровень уставки, сигнал на вы,".соде ксмпярятсря 21 имеет единичный уровень и переключает управляемый ксмиутлтср 22 таким образом что стро.61 лр;гющий сигнал от источника 24 постуГ.дд 1 НЯ УПРЯВЛЯЮЩИЕ ВХОДЫ ВТОРОГО ИН- теграторя 13 и второго счетчика 19, Н.-"., сигняльнье входы счетчиков 18 и ." ПОСТ 5 ПЕЮт СЕТЕЕЫЭ ИМПУЛЬСЬЕ ОПРЕДЕЛ 51 ЮЩИЕ КОЛИЧЕСТВО НЕ 100 РОК ОТ ГЕНР ОЯтОРЯ 20 СИГИЯЛ с Выхода РтсРОГО счетчика 19 гсс,упает 1 Я Второй ".=- литель 15 сиг:Ялов, 1 а выхсДе Втсрс"С ДЕЛ 1 ТЕЛЯ . Э ВЫДЕГЕЯг-.; Ся, 1 ЛГЬ 1 ат.представляюший собой ннтегральггую сценку логарифмического спектра:.:ВнЕСИ ВЬ .РКИ ХЯтЯЕгтв г".дУттЕЕ СятЕЕ ние шуьловсй составляющей.,;ызвяннсй 10 тгКОМ тт З 1";-,гби;):,5 гхт "г, дгт-,э бу- ООВСЛ СКВЯДЩЕтЗГГГ Лт" ДРУГ В Ъ;Стс-.Р ОЛ т К ЧЮ 1 ЕЕЕЫ 1 У 10 ВЬс Д С ф 1; 1 ЕдЩЛД сттиб ра 1111 колес 3 э гко ъ.-лн 1:1 з 3 дКС 1 РСВСДР 11 ЕРЕ:ЕЦЯЭ:;НГ:":.1 ПС:,ЕЕ 10 Бэщяг СЕтруб 1 СКВ;ЕЕ,ГЕГЛ . -.