Аппаратура видеокаротажа

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 140378(2) 2590770/22-03 Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. Е 21 В 47/00С 01 Ч 1/40 с присоединением заявки Но Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) АППАРАТУРА ВИДЕОКАРОТАКА Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований и может быть использовано для получения изображения развертки стенки буровых скважин. 5Известно устройство видеокаротажа, состоящее из скважинного прибора с накопительной емкостью и разрядным устройством, ультразвуковым преобразователем с механизмом вращения, 10 усилителем принятых отраженных импульсов и амплитудным детектором, усилителем видеимпульсов и синхроимпульсов, измерительной панели (панели) с блоками селекции видеоимпуль сов, пиковым детектором видеоимпульсов с постоянной времени разряда его нагрузки, равной одному или нескольким периодам вращения ультразвукового преобразователя (преобразо вателя), модулятора яркости электроннолучевой трубки, работающей в режиме однострочной развертки, и фотокамеры. Механическое и электрическое соединение скважинного прибора 25панелью осуществляется при помощи каротажного кабеля 11).недостаток устройства состоит в том, что качество картМрования стенки скважины зависит от состояния ее 30 поверхности и изменения ее диаметра, При изменении диаметра скважины с глубиной будет происходить модуляция огибающей видеосигнала с частотой, меньшей частоты вращения преобразователя, а при изменении диаметра в сечении, перпендикулярном оси скважины, - с частотой, большей частоты вращения преобразователя.Кавернообразования и желобообразования, соответствующие этим случаям, часто приводят к полной потере информации из-за чрезвычайно большого затухания ультразвуковых волн в промывочной жидкости и несоответствия контраста видеосигнала максимальному значению контраста, который мо - жет обеспечить электроннолучевая трубка (ЭЛТ). Иаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство, в котором для выравнивания контраста. выдеосигнала из-за изменения диаметра скважины с глубиной и акустических свойств горных пород и промывочной жидкостивлияющих факторов) используется автоматический регулятор контраста.25 Извес.: гное устройство сс)стоит изскв;1 к:1 сг ): ГОР:,накоц) Тельной емсостю и р:зрядцым устройстном,собранным 13,)инист)эре, преобразователем1;с,Изл и Врас)ц 1 яуправляемым ат;с)л)то 1)с ца );иссироваццсс 5число )1)с, с) )1Усли тслсм Ультразвуковых имцул) сов, алцлтудым детекТОРОМус)иТс)лем Веоимух 1 сов исицсрс 1),. .;ц.),с);) . б)с);1автоматичсс к .и с 1 эги:11 Виео"0С И Г Ц а Л О В у С Е ..,1И 1) И "1 Е О И М Ц У 1 1 С О ВписовогО детек 1 ора в)идс)оим 1 у 1 сов с.постоянной времени Разряда е 1 О се 1 у 3 К ИРЕ 1 ОЙ СД 1)ЛС ИЕи 3 С С Н ОХ Ы 1 Мпериодам Враще)ия 1:Реобразователя15автоматической регулировки контраста, автоматиче:кой регулирови усиле -НИЯ, :О,.У 1:.),1), РКОСти Э)Т Работащщнйв реж 1 ле од 3)ст 1)очо)1 развертки, иФотокамеры (.1,парату 1 а работает следующим Об 20разом.1)ормирваце импульса излученияультразвукового преобразователяпроисходит при разрядке накопительной емкости через динцстор на нагрузку, которой является преобразонатель. Частота следования импульсов излучения определяется постоянной времени заряда накопительнойемкости, а амплитуда постоянна (определяется типом динистора).Ультразвуковые импульсы, отраженные от стенки скважины, принимаются тем же преобразователем. Присканировании стенки скважины вращающимся вокруг оси и перемещающимсявдоль нее преобразователем осуществляется исследование элементарныхплощадок стенки скважины по винтовой линии, При этом каждому оборотупреобразователя соответствует сканирование стенки скнажины по одному витку и сихроыое отображениеих акустических характеристик на экране ЭЛТ в виде модулированных по яр. 45элементОВ строки.Принятые ультразвуковые импульсыпреобразуются в. электрические импульсы, поступающие на управляемый аттенюатор, положение которого устанавливается оператором в зависимости50отожидаемого максимального уровняпринятых отраженных сигналов, усиливаютсяи детектируются амплитуднымдетектором. Видеоимпульсы с выходаамплитудного детектора усиливаютсяпо мощности, смешиваются с синхроимпульсами противоположной полярности и передаются по кабелю впанель на вход блока автоматическойнормализации видеосигналов, в котором производится антоматическаякомпенсация затухания. Нормализация видеосигнала осущестнляется путем регулирования коэффициента усиления таким образом, чтобы синхроим пульс. на его выходе был равен заданнсму Опорому У 1)О 3 цс). ),ецо 1 Рееноцроцсхоцит потстройка уровня видеосигнала. Далее нормализованный видеос.и цац выделяется в блоке селекцииимпульс.с)в и подается на вход блокапикового детектора с постоянной времени разряда нагрузки, равной одному или более периодам вращения преоб.а.)он,теля. Физич ский смысл выделенной таким образом огибас)щеймассимальцлс значений видеосигналаза один или несколько оборотов преобРазователя заключается в том, что ее)цачеция наиболее достоверно отображают литологический признак породы по сечению (по витку), как соответствующие минимальному (номинальному диаметру по сечению и расположению участка стенки скважиныпараллельно )фронту распространенияультразвуковой волны,При плавных изменениях диаметраскважины или акустических свойствгорних пород по стволу скважиныпроисходят медленные изменения амплитуды огибающей видеосигнала иуровня постоянного напряжения навыходе пикового детектора, Это напряжение РегулиРуется каротажнымрегистратором в функции глубины ииспользуется в дальнейшем для литологического расчленения разреза ивыявления интервалов кавернообразования. Кроме того, это напряжениеогибающей видеосигнала используетсякак автоматически регулируемый пороговыи уровень амплитудной дискриминации нормализованных видеоимпульсов, осуществляемой блоком автоматического выравнивания контраставидеосигнала,Масштаб сжатия контраста регулируется оператором и определяетсясостоянием стенки скважины. Чемближе уровень напряжения на выходепикового детектора к огибающей видеосигнала на входе блока выравниванияконтраста, тем меньше различаютсяуровни видеосигнала на его выходе.и меньше его коэффициент передачии наоборот, Поэтому, чтобы яркостьсвечения строки на ЭЛТ не зависелаот степени масштабирования контраста, видеосигнал с выхода. блока выравнивания контраста усиливают автоматическим регулятором усиления такимобразом, чтобы величина его среднего значения на выходе оставаласьпостоянной и поэтому сохраняласьпостоянной средняя яркость свечениястроки на экране ЭЛТ, Получаемыеизображения развертки каждого витка стенки скважины ФотографируютсяФотокамерой на Фотопленку, движущуюся непрерывно в функции глубины,Недостатки известного устройства заключаются в том, что:5. Отсутствие автоматической регулировки контраста видеосигнала, полученного при сканировании одного витка исследуемой стенки скважины, чтс особенно необходимо в интервалах желабаобраэования или при расцентровке прибора приводит к тому, чта получаемые материалы трудно 60 1. 11 с 1 о 51 ьэсвание В блоке гь 1 равцивания контраста схемы амплитуднойдискрими ации Видеосигнала 1 р 11 водит В 1 з 51 де случае 3 (11:1 пр;11,1 ер, црирасцецтравке прибора, при исследовании интервалов желабаабразавация 5Р 1 т, д, ) 1( пОлцаг 1 пате 1 зе инфс 1 мацин:в местах локального Нарушен 5 стенки скважины па ее сечению уровеньогибающей видеосигнала из-за значительного затухания эха-сгнала может 10Оказаться ниже парагавага уровняДиск римицаЦРЕи огибающей 1:аксималь 11 ыхзначений видеосигнала). При сечении скважины, профиль которой пред-.ставляет овал, наблюдается затухание огибающей видеосигнала частотой2 И, где 11 - число оборотов преобразователя, Поскольку эта частотамодуляции вьюе максимальной частотырегулируемого порогового уровня дискриминации, значительная часть информации па стволу скважины в этом случае будет отсутствовать и не можетбыть восстановлена. Поэтому качествокартиравания становится низким, материал бракуется, особенно в случаяхпоиска трещицоватых пород.2. Сложность технической реализации и эксплуатации известного устройства автоматического выравниванияконтраста видеосигнала, заключающаяся 30в том, что в систему регулированиявходят 2 ручных регулятора в скважинном приборе это управляемый аттенюатр, в панели - установка масштабаконтраста видеосигнала), использование которых возможно либо путемпробных съемок, либо из опыта работв одном и том же регионе при повторяющихся условиях в скважине, снижаетпроизводительность работ При видеока сротаже.3. Нерациональное использованиединамическогбДРЕапазона скважицнагоприемника, заключающееся в использовании значительной части ега для передачи информации о влияющих низкочастотных факторах, приводит к ухудшению качества картиравания при низких уровнях огибающей видеосигнала,4. Применение амплитудной модуляции яркости.ЭЛТ из-за нелинейностиее входной Характеристики, приводитк нелинейному отображению контраставидеосигнала в контраст изображенияна ЭЛТ и, в конечном итоге, к искажению получаемых снимков по полутонам,ицтерпрстцрую 1 сч 111 и 1 с 11, 1 к;.;(15 цекачествецРьми,Цс 11 и зб 1 с. 11 Н - :, .:1 з цаВа получаемого изабра кец 11 я га:11(.ртки стеПси сква к 11 Н 1.,1,УКЙ-а Ц. Ца. ЦЕ. Ь :"Ц 1 ф. .51Е. - :чта ап 1 а 1 ату 1 а е 11.".:ск 11 с 3 са ссЕсржа.цая скважин(ци г 1 Ибер . Наксз 11 ит ель"ной емкостью ра зрядцыус:туайствамультразвуковым 111 есбра з.1 зат(11 ем,механизмам Вра 1 цс: Н 1 я ус 11111 ь декультразвукового им 11 улОсе, а 1.1 Литудцым детекторам, усилителе м ЕидеаИМПУЛЬСОВ И СЕЕНХРОИМПУЛЪСОВ с СОЕДЕненный караакне 11 кабелек с наземнойИЗМЕРИтЕЛЬЦай ПаЦЕ,.-1,1 с ВКЛКцаЮЩЕй СЕлектор видеаимпульсав, к выходу каторага подключен блок пикового детектора, модулятор ярко"ти, электроннолучевую трубку, стокаеру и р гистратар снабжсца даОлц 11 тсльцым пиковым детекторам с пастаяццай Воеменинагрузки меньшей 1 у 4 периода вращения преобразователя, сравнивающимустройствам и ис еа ец 11 кам О 1 Орцаганапряжения и блокам амЕЕитуднавременного преобразования, каторьЕйлмеет вход регулировки чувствительнОсти, причем Выход сее;тара Вицеоимпульсов соединен са Входам блокаамплитудна-Временного поеобоазавания, выход кстарага подключен ко Входу модулятора яркости, а вход регуЛИРаВКИ ЧУВСтВИТЕЛЬНОСтп ССЕ 11 НЕЦс Вьехадак дапалцительнаГО пикОВОГОдетектора, пад(лВчеццсгс к с.слектаруВ идеа 1111 пульсав при э 1 ак 1 к адцамувход, сравни,вающега ус:трайства,подключен Выход б:ака пикового детектора, ка второму - цстачцц( апарцагонапряжения, а выход сравц;Еьающегаустраиства связан с регистраторами через (арагажць 11 кабель - с накопительной емкас."тью,Па чертеже изабраже; г блок-схемааппаратуры Видеакаратажа,Аппаратура Включает накопительную емкость 1, разрядное устройство2, генератор 3 за усса(щцх импульсов,ультразвуковой поеабразаьатель 4 смеханизмам вращения, усилитель 5ультразвуковых импульсов, амплитудный детектор 6; усилитель 7 видеоимпульсов и синхраеЕмпульсов, размещенных в скважиннам приборе 8.Каротажный кабель 9 является электрической и механической связью между скважицным прибором 8 и наземной измерительной панелью 1), В измерительной панели 10 размещеныселектор 11 видеаимпульсов, блок 12пикового детектора с постоянной времени разряда нагрузки большей илиравной периоду вращения преобразователя, сравнивающее устройство 13,источник 14 опорного напряжения,блок 15 амплитудно-временного преоб ь ч 7,и60 разонания, модулятор 15 яркости,эпектроццолучева я трубка 1 7, г и оныйй детектор 18 с постоянной времени нагрузки равной или меньшей 1 сс 4периода вращения преобразователя ифотокамеру 19. 5Р,ппаратура ниуеокаротажа работаетследующим образом.(напряжения ца накопительной емкости О1, величина которого регулируетсяавтоматически из панели и преобразование в короткие импупьсы осуществляется разрядным устройством 2, с:обранным на транзисторе, управляемымот генератора запускающих импульсов3. с 7 траженные от стенки скважиныультразвуковые импульсд прсэобразуютс.яультразвуковым преобразователем вэлектрические сигналы, которые черезусилитель 5 поступают на амплитудныйдетектор б, с выхода которого нидеоимпульсы подаются на вход усилителя7, на,другой вход которого поступают синхроимпульсы противоположнойполярности. Смешанный разнополяр 25ный сигнал передается по кабелю 9на поверхность в панель 10 на входселектора 11 нидеоимпульсон, Видеоимпульсы, выделенные селектором,поступают на входы блоков пиковых детекторов 12 и 18 и блок 15 амплитудно-временного преобразования, преобразующего видеоимпульсы в импульсы,модулированные по длительности (повремени экспозиции) . 35При этом пиковый детектор 12 имеетбольшую постоянную времени разряданагрузки (равную или большую периодаврассения преобразователя) и выделяетогибающую максимальных значений видеоОсигнала, а пиковый детектор 18, имеющий значительно меньшую постояннуювремени нагрузки (равную или меньшую1/4 периода вращения преобразователя),ныделяет огибающую видеосигнала, меня ющуюся с частотой, большей или равной 4.Выход пикового детектора 12 соединен со входом сравнивающего устройс:тна 13, собранного на операционногусилителе, на неинвентирующий вход5 Окоторого подано опорное напряжение систочника 14 опорного напряжения,а выход устройства сравнения соединен с каротажным регистратором инакопительной емкостью 1 через жилукаротажного кабеля, Если вьцеленнаяогибающая максимальных значений видеосигнала (или напряжение на выходе пикового детектора 12) меньшеопорного напряжения, то ца выходеустройства 13 сравнения появитсялинейно нарастающее напряжение, которое заряжает накопительную емкость 1 и тем самым увеличиваетамплитуду импульсов излучения пре С 11 рс 1: наЕл М 4 ПО ТС Х 1 Ор, .СЗСс 1цсП 1 яжцця ца ВХО 7;ак .11 цпнанщЕГОу.:гройс. гна цс .1 а н 5 к, гся, пос:лечего напр 51 жсцие ц;1 в,хО 7 е устрОйстна14 и цакопитезьцой емкос:ти 1 начнетУМЕЦ ЬШс ТЬС.Я. С:ИСТТСМа, ОХВаЧЕНцаЯОТ 1 ЭИсЛТс ЛНОй Обрстцой Снязвщс НКЛЮчакщая в себя сравцивающесг устройство 13, кабель 9, формирователь ультразвуковых импульсон 1, преобразователь4, скважинцую среду, усилители 5 и 7,,амплитудный детектор 12, будет находиться н антоколебании около среднего значения напряжения на выходесравнивающего устройства, зависящего От акустических характеристикжидкости и горной породы и диаметраисследуемого сечения скважины приданных температуре и гидростатическом давлении.Описанная схегла регулированияконтраста видеосигнала компенсирует влияние всех гледленно меняющихся факторон на изменение огибающеймаксимальных значений видеосигнала,если они происходят во временибольшем или равном одному периодУвращения преобразователя. Уровеньсреднего значения напряжения навыходе сравнивающего устройства,несущий информацию об измененияхдиаметра скважины и акустическихсвойствах жидкости и горных пород,регистрируется каротажным регистратором в функции глубины и используется в дальнейшем для логического расчленения разреза.Из приведенной схемы автоматической регулировки контраста по глубинескважины ясно, что огибающая максимальных значений видеосигнала навходе устройства сравнения стабилизируется на опорном уровне и независит от влияющих факторов поглубине, тем решена задача оптимального использования динамического диапазона скважинного приемника: быстроменяющиеся уровни видеосигнала передаются через скважинный приемник,а огибающая видеосигнала, медленноменяющаяся по величине, выделяется ввиде постоянной составляющей на выходе сравнивающего устройства.Кроме того, предлагаемая схемарегулировки контраста видеосигналапроста в реализации и эксплуатации(нет настраиваемых оператором регуляторов), повьшает производительность труда (исключает необходимостьпробных съемок), обладает большейинформативностью (быстро меняющаяся информация не теряется) и позволяет повысить качество видеокаротажа при наличии влияющих факторовпо глубине,Для выравнивания контраста видеосигнала по сечению скважины 8 впределах одного оборота преобраэователя осуществляют операцию преобразования вида информации блоком 15 и автоматическую регулировку его чувствительности блоком 18.Блок 15 преобразует амплитуды видеоимпульсов н импульсы, модулиронанные по длительности, последовательность которых изменяет нремя свечения элементов строки на экране ЭЛТ. Такое преобразование позволяет исключить нелинейность модуляционной характеристики кинескопа и расширить диапазон полутонов, отражаемых на фотоматериале, в линейном масштабе.Для выравнивания диапаэада полутонов на фотопленке с целью выделения трещиноватых интервалов н открытом стволе и дефектон обсадной колонны автоматически регулируют чувствительность преобразователя 15 видео- импульсов напряжением с выхода пикового детектора 18 в обратно пропорциональной зависимости.Таким образом, для получения изображения развертки стенки сква" жины с выравненным контрастом по глубине и по сечению используются регуляторы контраста огибающей видеосигнала по глубине (медленно меняющиеся параметры) и по сечению (быстро меняющиеся параметры).Кроме того, с целью выделения интервалов трещинонатости пород или нарушений в обсадной колонне при общем плохом состоянии исследуемой стенки, например при осыпании породы или сплошной коррозии в колонне, постоянную времени нагрузки пикового детектора 12 устанавливают равной или меньшей 1/4 периода вращения преобразователя В этом случае средний уровень огибающей видеосигнала на выходе селектора 11 за указанный интервал времени будет пропорционален опорному уровню напряжения на входе сравнивающего устройства 13.Предлагаемая аппаратура позволяет получать качественные иэображения в скважинах со сложной поверхностью стенки, повысить производительность труда за счет исключения пробных съемок и более детально охарактеризовать разрез по стволу скважины.Формула изобретения1. Аппаратура видеокаротажа, содержащая скважинный прибор с на 10 20 ЗО 4 О 45 Источники информации,принятые но внимание при экспертизе1, Патент СНАР 3369626,кл, 181-5, опублик. 1968,2, Патент С 11 А Р 3724589,кл, 181-5, опублик. 1973. койительнай емкостью, разряднымустройством, ультразвуковым преоб"разователем, механизм вращения,усилителем ультразвуковых импульсов, амплитудным детектором, усилителем видеоимпульсов и синхроимпульсав, соединенный каротажнымкабелем с наземной измерительнойпанелью, включающей селектор видеоимпульсов, к выходу которого подключен блок пиконого детектора,модулятор яркости, электроннолучевую трубку, фотокамеру и регист"ратор, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения надежности эа счет улучшения качестваполучаемого изображения разверткистенки скважины, она снабжена дополнительным пиковым детектором с постоянной времени нагрузки меньшей1/4 периода вращения преобразователя, сраннинаюыим устройством,источником опорного напряжения иблоком амплитудно-временного преобразования, который имеет входрегулировки чувствительности, причем выход селектора видеоимпульсов соединен са входом блока амплитудно-временного преобразования,выход которого подключен ко входумодулятора яркости, а вход регулировки чувствительности соединен свыходом дополнительного пиковогодетектора, подключенного к селектору видеоимпульсов при этом к одному входу сравнивающего устройстваподключен выход блока пикового детектора, ко второму - источник опорного напряжения, а выход сравнивающего устройства связан с регистраторам и через каротажный кабель - снакопительной емкостью,2, Аппаратура по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения надежности выделения интервалов трещиноватости пород илинарушений н обсадной колонне, блокпикового детектора имеет постояннуювремени нагрузки меньшую 1/4 периода вращения ультразвукового преобразонателя,697706 о ор Г. Решетни писное ектная, 4Составитель Н. Редакто Л. Веселовская Техред 3. Ч жик акаэ 6553/11 Тираж 657 ЦНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035 Москва ЖРа шская наб.