Скважинный гидролокатор

(71) Специальное конструкторское бюро "Газприборавтоматика" Научно-производственного объединения."Союзгазавтоматика"72) С.И.Широченский, С.М.Похвалиев, В,Р,Андрианов и А.П.Петров73) Фирма "Газприборавтоматика" (56) Д.А.Казаковский, А,А.Гурич, Г,А.Кротов и др. "Звуколокационная съемка горных выработок", М"Недра", 1973, с. 248 (камеральные работы, стр. 156).Техническое описание на комплекс "ЗондМ" 3 И 1,030.003. ТО СКБГазприборавтоматика", Мингазпрома СССР, 1984, с,25 - 31.Техническое описание на комплекс "Аргус - 1" ЗИ 1,030,004 ТО - разработка СКБ ."Газприборавтоматика", Государственного газового концерна ГАЗПРОМ", 1989, с.7 - 16.(54) СКВАЖИННЫЙ ГИДРОЛОКАТОР (57) Использование: изобретение предназначено для акустического исследования Изобретение о 1 носитСя к устройствам для акустического исследования подземных хранилищ нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов, создаваемых путем размыва в пластах каменной соли через буровые скважины.Известны устройства аналогичного назначения, предназначенные для определения формы подземного хранилища по горизонтальным сечениям, проводимым через заданные интервалы по высоте. Эти устройства работают по принципу импульсГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) БЦ 1796014 АЗ подземных хранилищ нефти и нефтепродуктов, Цель: сокращение объема камеральных работ при обработке эхограмм и получение достоверных данных о контуре сечения подземных хранлищ в процессе съемки. Для этого блок первичной обработки сигналов наземной аппаратуры содержит компаратор, регулируемый напряжением аттенюатор, запоминающее устройство, пиковый детектор, триггер, ключи сброса, преобразователь числа отраженных сигналов в пропорциональное напряжение. Триггер и ключи образуют коммутатор, управляющий передачей информации от пикового детектора к запоминающему устройству. Блок первичной обработки сигналов является ус. тройством временной фиксации импульсов (отраженных сигналов) по положению максимального значения максимального из выбросов на интервале наблюдения с автоматическим изменением уровня опорного напряжения порога) компаратора в зависимости от числа отраженных сигналов. Цикл работы устройства завершается за два такта (соответственно за две посылки зондирующих импульсов), 2 ил. ного зондирования стенок хранилищ ульт-. развуком, когда излучение зондирующих импульсов и прием отраженных от стенок . хранилища сигналов осуществляется вра- И щающимся электроакустическим преобразователем, находящемся в скважинном снаряде.Информация о текущем значении радиуса сечения, полученная в виде временных интервалов между излученным и отраженным сигналом, может быть представлена после соответствующего преобразования ввиде записи на самописцах с линейной или круговой разверткой, либо в виде круговой развертки на экране электроннолучевой трубки, либо на цифровых индикаторах,Подобные виды аппаратуры имеются как у нас в стране, так и за рубежом.Известны скважинные звуколокаторы фирмы "ООИ/ЕО "(США), "РЯАКЮ" (ФРГ) и др., в СССР - импульсные гидролокаторы "Зонд", "Зонд" и "Аргус - 1" (разработки СКБГазприборавтоматика"), "Луч" (разработки ЛГИ) и др.Важным условием обеспечения гидролокационной сьемки подземных хранилищ является распространение звукового луча от преобразователя внутри некоторого телесного угла и рассеивание отраженного ультразвука некоторого телесного угла и рассеивание отраженного ультразвука стенками хранилища,.Например, энергия лоцирующего импульса, излученного круглым электроакустическим преобразователем, рас-пределяется внутри конуса, определяемого диаграммой направленности излучателя, в вершине которого расположен излучатель. Основанием конуса является поверхность на стенке подземного хранилища, равная площади фронта падающей волны. В этом случае, когда отражающая поверхность расположена не параллельноплоскости излучателя гидролокатора, в пределах зондируемой площадки на отражающей поверхности всегда имеются несколькоточек, расположенных к излучателю ближеили дальше, чем точка пересечения оси диаграммы направленности с отражающей поверхностью.В результате этого одному акустическому импульсу, излученному гидролокатором,соответствует несколько отраженных им пульсных сигналов, характеризующихсяразличным временным положением и амплитудой,При наличии на отдельных участках отражающей поверхности впадин или выступов, количество отраженных сигналов на ихграницах резко увеличивается. Указанноеявление затрудняет выявление истинногоконтура сечения и формы подземной камеры, т.к, в результате регистрации всех отраженных сигналов контур сеченияфиксируется в виде широкой линии, Для выявления истинного контура сечения применяются различные способы регистрации иметодики обработки полученной информации и соответствующие им аппаратурныерешения, выполняемые так называемымиблоками первичной обработки сигналов. В скважинном гидролокаторе "Луч",разработанном ЛГИ, на каждом такте лоцирования из всех отраженных сигналов выделяется и фиксируется на бланке самописца 5 только первый отраженный сигнал, в результате чего фиксируемый контур меньше истинного. Истинный контур с известной погрешностью получается после обработки графическим методом на каждом направле нии лоцирования с помощью прозрачнойпалетки с нанесенными на ней сеткой дуг окружностей и углом раствора, который зависит от ширины диаграммы направленности приемо-излучающего преобразователя.15 Недостатком устройства является большой объем и трудоемкость камеральных работ, а также вероятность грубых ошибок при определении формы контура, т.к, любой случайно возникший первый сигнал будет фик сироваться как истинный, Большуюдостоверность при выявлении формы контура сечения позволяют получить гидролокаторы "Зонд 2 М", "Аргус - 1", у которых используется многоперьевой регистратор кругового обзора с линейной разверткой, позволяющий регистрировать все отраженные сигналы, а блок первичной обработки сигналов. включенный между усилителем отраженных сигналов и блоком развертки 30 дальности содержит усилитель-ограничитель с рсгулируемым вручную порогом ограничения.Наличие усилителя-ограничителя позволяет частично отстраиваться от помех и З 5 шумов, имеющих амплитуду ниже амплитуды полезных сигналов, а применение специ.альной методики обработки эхограмм, содержащих все отраженные сигналы, позволяет исключить гоубые ошибки, имею-, 40 щие место при фиксировании толькопервого сигнала, и сократить объем камеральных работ по графической обработке, т,к. имеется возможность путем просмотра из общего числа полученных эхограмм вы делить такие, которые не требуют графической обработки и такие, которые требуют обработки лишь частично.Однако, объем камеральных работ всеже остается достаточно большим, кроме то го ручная регулировка порога ограниченияутомительна и в ряде случаев оператор просто не успевает ее осуществить.Целью изобретения является сокращение объема камеральных работ при обра ботке эхограмм и получения достоверныхданных о контуре сечения в процессе съемки.Указанная цель достигается тем, что вскважинном гидролокаторе, содержащем скважинный прибор и соединенную с нимкаротажным кабелем наземную аппаратуру, включающую блок питания, генератор тактовых импульсов, соединенный через генератор несущей частоты с усилителем зондирующих импульсов, блок разверткидальности, соединенный с первым входом регистратора отраженных сигналов, усилитель отраженных сигналов, соединенныйчерез блок первичной обработки сигналов, включающий аттенюатор, со входом блока развертки дальности и усилитель сигнала азимута, а скважинный прибор состоит из блока питания, компаса, электроакустического приемоизлучающего преобразователя с электродвигателем его вращения и последовательно соединенных усилителя мощности зондирующих импульсов, коммутатора прием-передача и усилителя отраженных сигналов, выход которого соединен со входом усилителя отраженных сигналов наземной аппаратуры, выход усилителя зондирующих импульсов подключен ко входу усилителя мощности зондирующих импульсов скважинного прибора, а выходгенератора тактовых импульсов подключен ко входу блока разверткидальности, выходкоторого и выход усилителя сигнала азиму.та, соединенного с компасом, подключены ко входам регистратора отраженных сигналов, коммутируемый вход-выход коммутатора прием-передача соединен сзлектроакустическим преобразователем, блок первичной обработки сигналов наземной аппаратуры снабжен вторым входом, ккоторому подключен выход генератора тактовых импульсов, а также преобразователем числа отраженных сигналов, компаратором, первым ключом и последовательно соединенными триггером, вторым 10 15 20 30 ключом, пиковым детектором и запоминающим блоком, выход которого подключен через аттенюатор ко входу компаратора,причем счетный вход триггера является входом блока первичной обработки сигналов, а первый и второй выходы триггера подключены ко входу соответственно первого и второго ключей, выходы которых подключенысоответственно ко входам сброса пиковогодетектора и запоминающего блока, к управляющему входу аттенюатора подключен выход преобразователя числа отраженныхсигналов, вторые входы пикового детектора, преобразователя числа отраженных сигналов в напряжение и компаратораобъединены и являются первым входом блока первичной обработки сигналов, которыйсоединен с усилителем отраженных сигналов, а выход компаратора является выходом блока первичной обработки отраженных сигналов,На фиг, 1 представлена струкурная схема скважинного гидролскатора; на фиг. 2 -структурная схема устройства первичнойобработки сигналов,Скважинный гидролокатор фиг. 1) содержит скважинный прибор 1, опускаемыйна каротажном кабеле 2 и наземную аппаратуру 3, 1 а земная аппаратура содержитблок питания 4, генератор тактовых импульсов 5, генератор несущей частоты 6, усилитель зондирующих импульсов 7, блокразвертки дальности 8, регистратор отраженных сигналов 9, усилитель отраженныхсигналов 10, соединенный через каротажный кабель 2 со скважинным снарядом 1,блок первичной обработки сигналов 11, иназемный усилитель сигнала азимута 12.Скважинный прибор содержит блок питания 13, электроакустический приемо-передающий преобразователь 14, компас 15,электродвигатель 16 вращения электроакустического приемо-передающего и реобразователя, усилитель мощностизондирующих импульсов 17, вход которогочерез каротажный кабель 2 соединен со входом наземного усилителя 7 зондирующихимпульсов, а выход связан с входом коммутатора 18 "прием-передача". Выход коммутатора 18 соединен со входом усилителя 19отраженных сигналов, а коммутируемыйвход-выход - с электроакустическим преобразователем 14,Блок первичной обработки сигналов 11(фиг. 2) содержит компаратор 20, запоминающее устройство пиковый детектор) 21, пиковый детектор 22, триггер 23, ключ 24сброса запоминающего устройства и ключ25 сброса пикового детектора, преобразователь числа отраженных сигналов ви ро пор ционал ьное нап ряжение 26, регулируемый напряжением аттенюатор 27 ручная регулировка не показана),Триггер 23 и ключи 24 и 25 образуюткоммутатор, управляющий передачей информации от пикового детектора 22 к запоминающему устройству 21.Устройство(фиг, 1) работает следующимобразом.Синхронизация работы наземной искважинной частей звуколокатора осуществляется импульсами генератора тактовыхимпульсов.Оттактового импульса запускается блокразвертки дальности 8 и генератор несущейчастоты, выдающий на усилитель зондирующих импульсов 7 радиоимпульс с длительностью, равной длительности импульсовгенератора тактовых импульсов. С выходаусилителя зондирующих импульсов 7 зондирующий импульс проходит через каротаж 1796014ваго детектора.10В первом такте йроисходит запомина 20 30 35 40 50 ный кабель 2, усиливается скважин ным усилителем зондирующих импульсов 17 и черезкоммутатор прием-передача 18 поступаетна приемо-передающий электроакустический преобразователь 14, вращаемыйдвигателем 16. Упругие импульсы ультразвуковых частот, иэлученные преобразователем 14, достигают. стенки исследуемогоподземного хранилища, отражаются от нее,принимаются приемо-передающим электроакустическим преобразователем 14,преобразуются в радиоимпульс и черезкоммутатор прием-передача 18 поступаютна усилитель.отраженных сигналов 19 и да-лее через кабель.2 на наземный усилитель 1отраженных сигналов 10, где усиливаются идетектируются.Видеоимпульсыс выхода усилителя отраженных сигналов 10 подвергаются обработке в блоке первичной обработкисигналов 11, где из пачки импульсов происходит вь 1 деление одного импульса (временное положение которого соответствуетминимальной ошибке отсчета расстояния),.который поступает в блок развертки дальности 8 и регистрируется на эхограммерегистратора 9. На эхограмме также регистрируется импульс сигнала азимута, поступающий от компаса 15 через линию связи 2и усилитель 12,Сигнал азимута формируется при совпадении направления излучения приемопередающего зле ктроакустическогопреобразователя 14 с направлением магнитного меридиана "Север" и фиксируетсяна эхограмме регистратора в виде специальной отметки,На фиг, 1 не показаны блоки, служащиедля калибровки развертки дальности и ряд,других, не относящихся непосредственно кработе устройства первичной обработки информации предполагаемого изобретения, втом числе блок задержки развертки дальности.Блок первичной обработки сигналов 11 4(фи. 2) является устройством временнойфиксации. импульсов (отраженных сигналов)по положению максимального значениямаксимального из выбросов на интерваленаблюдения с автоматическим изменениемуровня опорного напряжения (порога) компаратора в зависимости от числа отракенных сигналов.Цикл работы устройства завершается эадва такта (соответственно за две посылки 5зондирующих импульсов).Ввиду того, что пиковый детектор 21 изапоминающее устройство 22 (выполненное аналогично пиковому детектору 21)включены последовательно, поступающее на вход пикового детектора 21 напряжения непосредственно передается в запоминакщее устройство 22. Так как сброс напряжения производится короткими импульсами в начале цикла, а в состав пикового детектора и Запоминающего устройства входят усилители, сброс напряжения в запоминающем устройстве не влияет на напряжение пиконие в блоках 22 и 21 максимальной амплитуды отраженного сигнала, поступающего в сечение цикла йзмерения. Во втором такте - фиксация времейного положения этого импульса по точке его максимального значения относительно отраженных сигналов, поступивших во втором такте. При этом предполагается неизменностьили незначительное иЗменение временного и амплитудного положения отраженных сигналов двух соседних тактов (что имеет место в реальных звуколокаторах, имеющих малые угловые скорости вращения приемо-излучающего преобразователя или при использовании шагового двигателя в качестве привода).Коммутация тактов работы блока осуществляется триггером 23, который при поступлении на его счетный вход тактовых импульсов через дифференцирующие цепочки (на схеме не показана) поочередно открывает на короткое время ключи 24 и 25 сброса пикового детектора 22 и запоминающего устройства 21 и обеспечивает их готовность к фиксации максимального амплитудного значения поступающих на их вход импульсов напряения.Фиксация временного положения импульса осуществляется компенсатором 20,на первый вход которого поступают импульсы с выхода усилителя отраженных сигналов 10, а на второй вход напряжение, являющееся опорным напряжением компаратора, с запоминающего устройства 21 через аттенюатор 27, коэффициент деления которого регулируется автоматически в зависимости от напряжения, поступающего от преобразователя числа отраженных сигналов в напряжение 26 или вручную При этом, чем больше число отраженных сигналов на выходе усилителя отраженных сигналов 10 (что имеет место при больших отклонениях лоцируемой поверхноСти от нормально ориентированной к направлению лоцирования), тем больше напряжение на выходе преобразователя 26 и тем меньше коэффициент деления напряжения аттенюатора 27 и соответственно выше порог ограничения компаратора 20.1;цГО 14 Ири превышении опорного напряжения на втором входе компаратора 20 импульсами, поступающими на первый вход, компаратор выдает одиночный сигнал, поступающий далее для регистрации, 5 Экспериментальные исследования устройства в лабораторных условиях, а также проверка макета на промышленном объекте показали его эффективность по сравнению 10 15 передачи соединен с электроакустическим 45 Формула изобретения Скважинный гидролокатор, содержащий скважинный прибор и соединенную с ним каротажным кабелем наземную аппаратуру, включающую блок питания, генератор тактовых импульсов, соединенный через генератор несущей частоты с усилителем зондирующих импульсов, блок развертки дальности, соединенный с первым входом регистратора отраженных сигналов, усилитель отраженных сигналов, включающий аттенюатор, с входом блока развертки .дальности и усилитель сигнала азимута, а скважинный прибор состоит из блока питания, компаса, электроакустического приемоизлучающего преобразователя с электродвигателем его вращения и последовательно соединенных усилителя мощности зондирующих импульсов, коммутатор прием-передачи и усилителя отраженных сигналов, выход которого соединен с входом усилителя отраженных сигналов наземной аппаратуры, выход усилителя зондирующих импульсов подключен к входу усилителя мощности зондирующих импульсов скважинного прибора, а выход генератора тактовых импульсов подключен к входу блока развертки дальности, выход которого и выход усилителя сйгнала азимута, соединенного с компасов, подключены к входам регистратора отраженных сигналов, коммутируемый вход-выход коммутатора прием 20 25 30 35 40 с устройсгвами аналогичного назначения (прототип) "Зонд" и "Аргус. Заявляемое устройство, при прочих равных условиях, обеспечивает более надежную фиксацию истинного контура горизонтального сечения подземной каверны (хранилища) в осложненных условиях, что значительно сокращает обьем камеральных работ, а в ряде случаев необходимость в них минимальная. преобразователем, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения камеральных работ по обработке эхограмм и получения достоверных данных о контуре сечения в процессе съемки, блок первичной обработки сигналов наземной аппаратуры снабжен вторым входом, к которому подключен выход генератора тактовых импульсов, а также преобразователем числа отраженных сигналов, компаратором, первым ключом и последовательно соединенными триггером, вторым ключом, пиковым детектором и запоминающим блоком, выход которого подключен через аттенюатор к входу компаратора, причем счетный вход триггера является входом блока первичной обработки сигналов, а первый и второй выходы триггера подключены к входу соответственно первого и второго ключей, выходы которых подключены соответственно к входам сброса пикового детектора и запоминаю.цего блока, к управляющему входу аттенюатора подключен выход преобразователя числа отраженных сигналов, вторые входы пикового детектора, преобразователя числа отраженных сигналов в напряжение и компаратора объединены и являются первым входом блока первичной обработки сигнаемов, который соединен с усилителем отраженных сигналов, а выход компаратора является выходом блока первичной обработки отраженных сигналов.1796014 Фиг юг. Составитель С.йироченскийубченко Техред М.Моргентал Корректор С.Пекарь Реда Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Заказ 444 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5