Устройство для измерения амплитуд при акустическом каротаже

ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сотое СоветскихСоциапистическихРеспублико 890317(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 03. 04. 80 (21) 2903841/18-25с присоединением заявки ря -по делаи изабретенкй и отнрытх 11(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУД ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ КАРОТАЖЕ Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям нефтяных и газовых скважин, а более конкретно к аппаратуре акустического каротажа, и решает задачу повышения точности измерения амплитуд при акустическом каротаже скважин.Известны устройства, предназначенные для измерения амплитуд при акустическом каротаже. Эти устройства содержат приемники акустических сигналов, усилитель, схему, выделяющую первое вступление сигнала, например селектор, преобразователь, преобразующий амплитуду первого вступления в длительность прямоугольных15 импульсов 1, либо в постоянный ток 21.Однако указанные устройства имеют небольшой динамический, диапазон н низкую точность измерения амплитуд.Наиболее близким к изобретфию техническим решением является аппаратура для акустического каротажа, со. -держащая скважинный прибор с трехэлементным зондом, состоящим из генераторов тока для возбуждения излучателей и приемника, полярных селекторов, усилителя и фильтров, и наземного устройства, состоящего иэ усилителя, коммутаторов, схем совпадения,синхрогенератора, пиковых детекторов,узкополосных фильтров, дифференциальных схем и регистратора. В этойаппаратуре синхрогенератор формирует положительные и отрицательныеимпульсы, которые через каротажныйкабель поступают в скважинный прибор.После прохождения заградительногосетевого фильтра эти импульсы разделяются полярными селекторами и поочередно воздействуют на токовые генераторы излучателей, посылающих в породупакеты упругих колебаний. Упругие колебания, пройдя по породе, достигаютприемника, который преобразует их вэлектрический сигнал, Последний, усиленный усилителем, пройдя Фильтр,39031 35 по каротажному кабелю поступает в наземную аппаратуру. После прохождения фильтра и усиления усилителем, пройдя схему совпадений (аналоговый ключ), сигнал поступает через узкополосные фильтры и коммутаторы на пиковые детекторы, которые измеряют максимальную амплитуду сигнала. Схема совпадений пропускает только определенную часть сигнала, соответствую О щую длительности импульса, поступающего со строб-генератора, который, в свою очйредь, запускается импульсом , с генератора задержки. Таким образом, напряжение заряда накопительных ем костей пиковых детекторов в каждом цикле излучения отражает амплитуду принятого сигнала акустического каротажа. Основным узлом этой схемы, влиФяющим на точность измерения амплитуд, является пиковый детектор. Чтобы обеспечить достаточное быстродействие и разрешающую способность измерения амплитуд, емкость пикового детектора должна быть как можно меньше 1.Однако напряжение пикового детектора не должно значительно уменьшаться в каждом цикле измерений. Поэтому емкость пикового детектора выбирается такой, чтобы это напряжение уменьшалось от цикла к циклу не более чем на 10-15%. В результате, недостатком такой схемы измерения амплитуд является низкое быстродействие и, ,следовательно, низкая точность измерения.Цель изобретения - повьппение точности измерения амплитуд при акустическом каротаже скважин.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения ампли 40о туд при акустическом каротаже, сос" тоящее из трехэлементного скважин- ного зонда, содержащего один излучатель и два приемника, генератор токовых импульсов для возбуждения излучателя, формирователь разнополярных импульсов и усилитель, при этом в скважинном зонде выходы приемников соединены с усилителем, интегратор токовых импульсов соединен с излучателем и формирователем разкополярных импульсов, выход которого подключен к усилителю, выход усилителя подсоединен к каротажному кабелю, соединяющему зонд с наземной измерительной .55 панелью, содержащей фильтр, усилитель, дискриминатор разнополярных импульсов, аналоговьпЪ ключ, схему формиро 1 7вания строб-импульсов, пиковый детектор, синхрогенератор и регистратор, а в наземной измерительной панели каротажный кабель подсоединен ко входу фильтра, связанного последовательно с усилителем, аналоговым ключом и пиковым детектором, выход усилителя соединен со входом дискриминатора разнополярных импульсов, выход которого подключен ко входам схемы формирования строб-импульсов и синхрогенератора, а первый выход синхрогенератора соединен со вторыми входами схемы формирования строб-импульсов и пикового детектора, дополнительно введены генератор ступенчатого напряжения, цифро-аналоговый преобразова-тель, буферная память, компаратор, генератор счетных импульсов, Р 5-триггер, первый, второй и третий одновибраторы коротких импульсов, логическая схема И и нелинейный фильтр, при этом первый вход компаратора соединен с выходом пикового детектора, а второй - с первым выходом генератора ступенчатого напряжения, выход компао ратора через первый одновибратор соединен со входом второго одновибратора и Р-входом Р 5-триггера, 5-вход которого через третий одновибратор соединен со схемой формирования строб-импульсов, выход триггера подключен к одному из входов логической схемы И, второй вход которой соединен с генератором счетных импульсов, а выход - с запускающим входом генератора ступенчатого напряжения, запрещающий вход последнего ссГединен со вторым выходом синхрогенератора, второй выход генератора ступенчатого напряжения соединен с первым входом буферной памяти, второй записывающий вход которой соединен с выходом второго одновибратора, выход буферной памяти через цифро-аналоговый преобразователь подключен ко входу нелинейного фильтра, а выход .нелинейного фильтра подключен к регистратору.Генератор ступенчатого напряжения содержит двоичный последовательный асинхронный счетчик, логические элементы И-НЕ с открытыми коллекторными выходами, матрицу резисторов типа РР и транзисторные стабилизаторы тока, причем инверсныевыходы каждого разряда счетчика соединены через соответствующие логические элементы И-НЕ с транзисторными стабилизаторамитока, нагруженными на матрицу резистором ЙВ.На фиг. 1 приведена структурнаясхема устройства; на фиг. 2 в . принципиальная схема генератора ступенчатого напряжения,Устройство содержит скважинныйультразвуковой зонд 1, состоящий иэакустических приемников 2 и 3, излучателя 4, генератора токовых импульсов 5, формирователя разнополярныхимпульсов 6 и усилителя 7, соединенного каротажным кабелем 8 с наземнойизмерительной панелью 9. Наземнаяизмерительная панель состоит из фильтра 10, усилителя 11, дискриминатораразнополярных импульсов 12, аналогового ключа 13, схемы формированиястроб-импульсов 14, синхрогенератора 15, пикового детектора 16, первого,второго и третьего одновибраторовкоротких импульсов 17, 18 и 19, компаратора 20, К 5-триггера 21, генера-тора счетных импульсов 22, логической схемы И 23, генератора ступенчатого напряжения 24, буферной памяти25, цифро-аналогового преобразователя 26, нелинейного фильтра 27 и регистратора 28. Генератор ступенчатого напряжения состоит иэ двоичногопоследовательного асинхронного счетчика 29, логических элементов И-НЕ 30с открытыми коллекторными выходами, матрицы резисторов 31 типа В"2 Ри транзисторных стабилизаторов тока 32.В скважинном зонде приемники 2 и3 соединены с усилителем 7, генератор токовых импульсов нагружен на излучатель 4, вход формирователя раэнополярных импульсов соединен с генератором токовых импульсов, а выходс усилителем 7. Скважинный ультразвуковой зонд соединен каротажным кабелем 8 с наземной измерительной панелью, где фильтр 10 соединен с усилителем 11, выход которого нагружен нааналоговый ключ 13 и дискриминаторраэнополярных импульсов 12, выход которого соединен со входом синхрогенератора 15. Выход синхрогенератора 15соединен с управляющим входом схемыформирования строб-импульсов 14, выход которой соединен с управляющимвходом аналогового ключа 13, нагруженного на пиковый детектор 16, Одиниз входов компаратора 20 соеднен/с выходом пикового детектора 16,а другой - с выходом генерато 5 10 5 20 25 30 3 40 45 ра. ступенчатого напряжения 24, выход компаратора 20 через одновибратор 17 соединен со входом одновибратора 18 и с В-входом триггера 21, 5-вход которого через одно- вибратор 19 соединен со схемой формирования строб=импульсов 14,: прямой выход триггера 21 соединен с одним из входом логической схемы И 23, причем другой ее вход - с генератором счетыс импульсов 22, а выход схемы И соединен с запускающим входом генератора ступенчатого напряжения 24, причем запрещающий его вход соединен с синхрогенератором 15, вьсход генератора ступенчатого напряжения 24 сое-, динен со вторым входом компаратора 20 и с буферной памятью 25, записывающий вход которой соединен с одновибратором 18. Выход буферной памяти 25 через цифра-аналоговый преобразователь 26 и далее нелинейный фильтр 27 соединен с регистратором 28.В генераторе ступенчатого напряжения (фиг. 2) инверсные выходы каж дого разряда счетчика 29 соединены через соответствующие элементы (логические) И-НЕ 30 с транзисторными стабилизаторами тока 32, нагруженными на матрицу 31 резисторов ВВ.Устройство работает следующим образом.Под воздействием мощного импульса от генератора токовых импульсов 5 излучатель 4 скважиного зонда формирует упругие колебания, которые, пройдя по породе, достигают приемников 2 и 3, преобразующих их в электрический сигнал. Последний, усиленный усилителем 7, поступает через каротажный кабель 8 в наземную измерительную панель. В момент срабатывания излучателя 4 формирователь разнополярных импульсов 6 формирует положительные и отрицательные имульсы синхронизации, которые смешиваются с сигналом акустического каротажа на усилителе 7 и вместе с ним поступают на поверхность. Суммарный сигнал после прохождения фильтра,10 наземной панели и усиления усилителем, 11 поступает на дискриминатор разно- полярных импульсов 12, который формирует импульсы синхронизации, поступающие на синхрогенератор 15. Синхрогенератор формирует импульсы начала цикла, которые сбрасывают в нулевое состояние пиковый детектор 1689031 25 и генератор ступенчатого напряжения 24. Этим же импульсом запускается схема Формирования строб-импульсов 14, которая Формирует импульс, равный по длительности первому по 5 лупериоду сигнала акустического каротажа. Импульсом со схемы 14 открывается аналоговый ключ 13, который пропускает на пиковый детектор 16 только первый полупериод сигнала. Накопительная емкость пикового детектора 16 заряжается до напряжения, равного амплитуде первого полуперио, да сигнала и далее в течение цикла начинает разряжаться. Это медленно меняющееся напряжение с пикового детектора 16 поступает на один из входов комларатора 20. В момент окончания стробирующего импульса со схемы 14 запускается одновибратор коротких импульсов 19. Импульсом с этого одновибратора опрокидывается в единичное состояние КБ-триггер 21. Единичное состояние этого триггера логичес-ки умножается с импульсами с генератора счетных импульсов 22 с помощью логической схемы И 23. Пачка счетных импульсов поступает со схемы И на запускающий вход А генератора ступенчатого напряжения 24. Предварительно счетчик 29 генератора ступенчатого напряжения 24 устанавливается в нулевое состояние импульсом начала цикла с синхрогенератора 15 по входу Б, В момент прихода пачки счетных импульсов с помощью счетчика 2935 начинается последовательный их счет, Инверсное состояние каждого разряда счетчика 29 через логические элементы И-НЕ 30 с открытыми коллекторными40 .выходами подаетсяна эммитеры транзис" торных стабилизаторов тока 32, нагруженных на матрицу резисторов типа Кй. Таким образом, с выхода Ь последнего разряда этой матрицы в результате преобразования двоичного состоя 45 ния каждого разряда счетчика 29 в постоянный ток поступает линейно нарастающее напряжение, ступенчатой Формы. Это напряжение подается на другой вход компаратора 20. В момент равен ства двух напряжений ло заднему ФрОн- ту с компаратора 20 запускается од новибратор коротких импульсов 17, импульсом с которого запускается одновибратор 18 и опрокидывается в 55 нулевое состояние К 5-триггер 21. Счет прекращается, Коротким импульсом с одновибратора 18 двоичное ос 7 8тояние счетчика 29. генератора ступенчатого напряжения 24 с выходов Гпередается в буФерную память 25. Спомощью цифро-аналогового преобразователя 26 двоичный код измереннойвеличины преобразуется в постоянноенапряжение и через нелинейный Фильтр27, имеющий верхнюю границу 2-3 Гцвыводится на регистратор 28, В результате все случайные сбои в процессеизмерения, спектр частот которых лежит выше 3 Гц, не отражаются регистратором. В связи с тем, что частотагенератора счетных импульсов можетбыть очень высокая до 10 мГц), а само время измерения очень коротким,емкость пикового детектора может бытьуменьшена по сравнению с известнымиустройствами на порядок, Это, в своюочередь, значительно увеличиваетбыстродействие и разрешающую способность всего устройства и, следователь.но, точность измерения амплитуд. Кроме того, подаваемое напряжение на регистратор, пропорциональное измеренной амплитуде первого полупериодасигналаакустического каротажа, постоянно и не изменяется от цикла кциклу, что также увеличивает точностьизмерения,Использование предложенного устройства для измерения амплитуд в комплексной аппаратуре акустического и гамма-гамма каротажа (ЦИГА) позволяет значительно повысить точность измерения, что приводит к большой повторяемости диаграмм порядка 2-37) и снижению сроков на интерпретацию результатов акустического каротажа.Формула изобретенийУстройство для изиерения амплитуд при акустическом каротаже, соСтоящее из трехэлементного скважинного зонда, содержащего один излучатель и два приемника, генератор токовых импульсов для возбуждения излучателя, Формирователь разнополярных импульсов и усилитель, при этом в скважинном зонде выходы приемников соединены с усилителем, генератор токовых импульсов соединен с излучателем и Формирователем разнололярных импульсов, выход которого подключен к усилит.-лю, выход усилителя подсоединен к ка, тажному кабелю, зонд соединен каротаж" пым кабелем с наземной измерительнойпанелью, содержащей фильтр, усилитель, дискриминатор разнополярных импульсов, аналоговый ключ, схему формирования строб-импульсов, пиковый детектор, синхрогенератор и регистратор, а в наземной измерительной панели каротажный кабель подсоединен ко входу фильтра, связанного 10 последовательно с усилителем, аналоговым ключом и пиковым детектором, выход усилителя соединен со входом дискриминатора разнополярных импульсов, выход которого подключен 15 ко входам схемы формирователя стробсимпульсов, и синхрогенератора, а первый выход .синхрогенератора соединен со вторыми входами схемы формирования строб-импульсов и пикового детектора, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены генератор ступенчатого напряжения, цифро-аналоговый преобразователь, д буферная память, компаратор, генератор счетных импульсов, В 5-триггер, первый, второй и третий одновибраторы коротких импульсов, логическая схема И и нелинейный фильтр, при этом первый вход компаратора соединен с выходом пикового детектора, а второйс первым выходом генератора ступенчатого напряжения, выход компаратора через первый одновибратор соединен33 со входом второго одновибратора и с В-входом В 5-триггера, 5-вход которого через третий одновибратор соединен со схемой формирования строб.-импульсов, выход триггера подключен к одному из входов логической схемы И,второй вход которой соединен с генератором счетных импульсов, а выход -с запускающим входом генератора ступенчатого напряжения, запрещающийвход последнего соединен со вторымвыходом синхрогенератора, второйвыход генератора ступенчатого напряжения соединен с первым входом буферной памяти, второй записывающий входкоторой соединен с выходом второгоодновибратора, выход буферной Памяти через цифро-аналоговый преобразователь подключен ко входу нелинейного фильтра, а выход нелинейного фильтра подключен к регистратору.2. Устройство по п. 1, о т л и -.ч а ю щ е е с я тем, что генераторступенчатого напряжения содержит двоичный последовательный асинхронныйсчетчик н логические элементы И-НЕс открытыми коллекторными выходами,матрицу резисторов типа ВВ и тран-зисторные стабилизаторы тока, причеминверсные выходы каждого разрядасчетчика соединены через соответствующие логические элементы И-НЕс транзисторными стабилизаторами тока, нагруженными на матрицы резисторов ВВ.,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе. Патент США Р 3251029,кл. 340-18, 1966.2, 11 атент США Р 3270316,кл 340 18 э 1966.3. Авторское свидетельство СССРР 461397, кл. О 01 Ч 1/40, 1975 прототип).