SU1405002A1 - Apparatus for impedance acoustic well logging - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам акустического.каротажа скважин и предназначено дл  использовани  в геофизических исследовани х. Целью изобретени   вл етс  повьшзение чувствительности ,и точностиjизмерений импеданса горных пород путем повыше- ни  добротности зонда и снижени  его рабочей частоты. Цель достигаетс  тем, что зонд снабжен высокодобротным вибратором продольных колебаний в виде стержн .Вибратор коаксиально размещен в защитной цилиндрической оболочке и механически св зан с последней при помощи дискового акустического трансформатора. Акустичес- кич трансформатор преобразует продольные механические направжени  стержневого вибратора в радиальные колебани  защитной цилиндрической оболочки с последующим переизлучением их в окружающую среду. Использование кодобротного вибратора снижает импеданс собственных потерь и повышает чувствительность импедансных измерений . 3 ил.The invention relates to acoustic well logging devices and is intended for use in geophysical surveys. The aim of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of measuring the impedance of rocks by increasing the quality factor of the probe and reducing its operating frequency. The goal is achieved by the fact that the probe is equipped with a high-quality longitudinal oscillation vibrator in the form of a rod. The vibrator is coaxially placed in a protective cylindrical shell and mechanically connected to the latter by means of a disk acoustic transformer. An acoustic transformer transforms the longitudinal mechanical directions of the rod vibrator into radial vibrations of the protective cylindrical shell and then re-emit them into the environment. The use of a code-vibrator reduces the impedance of its own losses and increases the sensitivity of the impedance measurements. 3 il.

Description

слcl

о о юoh oh

Изобретение относитс  к устройствам акустического каротажа скважин и предназначено дл  использовани  в геофизических исследовани х, The invention relates to acoustic well logging devices and is intended for use in geophysical surveys,

Целью изобретени   вл етс  повьше- ние чувствительности и точности измерений импеданса горных пород путем .повышени  добротности зонда и снижени  его рабочей частоты.The aim of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of measurements of rock impedance by increasing the quality factor of the probe and reducing its operating frequency.

На фиг,I схематически показано предлагаемое устройство; на фиг.2 - блок-схема реализации блока возбуждени  и преобразовани  колебаний; на фиг.З - блок-схема второй реализации указанного блока.Fig, I schematically shows the proposed device; Fig. 2 is a block diagram of an implementation of an excitation and vibration conversion unit; FIG. 3 is a block diagram of a second implementation of said block.

Устройство состоит (фиг,) из сква- жинного акустического зонда 1, возбуждающего преобразовател  2, приемного преобразовател  3, цилиндричес- кой оболочки 4, высокодобротного вибратора 5 продольных колебаний,дискового акустического трансформатора 6 акустических ловушек 7, блока 8 возбуждени  и преобразовани , .центрирующего устройства 9, каротажного кабел  10 и наземной контрольно-регистрирующей панели II,The device consists (FIG.) Of a downhole acoustic probe 1, an exciting transducer 2, a receiving transducer 3, a cylindrical shell 4, a high-quality longitudinal oscillation vibrator 5, a disk acoustic transformer 6 acoustic traps 7, an excitation and conversion unit 8 centering device 9, wireline 10 and ground control and recording panel II,

На фиг.2 приведен первый вариант выполнени  блока 8 возбуждени  и преобразовани  колебаний. Блок 8 содержит предварительный усилитель 12, фазовый корректор J3, фильтр 14, управ- л емьй усилитель 15, выходной усилитель 16, измерительный преобразова- тель 17 амплитуды и частоты выходного сигнала, линейный усилитель 18, детектор 19, сравнивающее устройство 20, источник 21 опорного сигнала.Fig. 2 shows a first embodiment of the block 8 for exciting and converting vibrations. Block 8 contains a preamplifier 12, a phase corrector J3, a filter 14, a control amplifier 15, an output amplifier 16, a measuring transducer 17 for amplitude and frequency of the output signal, a linear amplifier 18, a detector 19, a comparison device 20, a reference source 21 signal.

На фиг.З приведен второй вариант выполнени  блока 8 возбуждени  и преобразовани  колебаний, который содержит генератор 22 импульсов, фильтр 23 измерительный преобразователь 24 собственной частоты и логарифмического декремента затухани - колебаний,FIG. 3 shows a second embodiment of an excitation and conversion oscillation unit 8, which comprises a pulse generator 22, a filter 23, a natural frequency measuring converter 24 and a logarithmic decay-oscillation decrement,

В первом варианте выполнени  блока 8 возбуждени  и преобразовани  колебаний приемный преобразователь 3 и возбзпкдающий преобразователь 2 включен в кольцо самовозбуждени , состо щее из предварйП-ельного усилител  12, фазового корректора 13,фильтра 14, управл емого усилител  15 и выходного усилител  16. Кроме того, приемный преобразователь 3 подклю- чен через линейный усилитель 18 и детектор 19 к одному из входов сравнивающего устройства 20, к второму входу которого подключен источник 2 сигнала. Выход сравнивающего устройства подключен к управл ющему входу управл емого усилител  15.In the first embodiment of the excitation and conversion unit 8, the receiving converter 3 and the exciter converter 2 are included in a self-excitation ring consisting of a pre-amplifier 12, a phase corrector 13, a filter 14, a controlled amplifier 15 and an output amplifier 16. Also the receiving transducer 3 is connected via a linear amplifier 18 and the detector 19 to one of the inputs of the comparison device 20, to the second input of which the signal source 2 is connected. The output of the comparison device is connected to the control input of the controlled amplifier 15.

Устройство при первом варианте выполнени  блока возбуждени  и регистрации колебаний работает следующим образом.The device in the first embodiment of the implementation of the excitation unit and the registration of vibrations operates as follows.

Высокодобротный вибратор 5 продольных колебаний, включенный посредством возбуждающего 2 и приемного.3 преобразователей в кольцо самовозбуждени , совершает гармонические автог колебани  на одной из резонансных частот продольных колебаний, котора  выбираетс  фильтром 14,A high-quality longitudinal vibration vibrator 5, turned on by means of exciting 2 and receiving 3. converters into a self-excitation ring, performs harmonic auto-oscillations at one of the resonant frequencies of longitudinal vibrations, which is selected by filter 14,

Соблюдение баланса фаз в кольце самовозбуждени  устанавливаетс  фазовым корректором 13, Дл  устранени  погрешности, обусловленной нестабильностью коэффициента усилени  в кольце самовозбуждени , введена автоматическа  стабилизаци  амплитуды автоколебаний , задаваема  источником 21 опорного сигнала. При отклонении амплитуды автоколебаний от заданной по вл етс  сигнал рассогласовани  на выходе сравнивающего устройства 20, который астатически регулирует коэффициент усилени  управл емого усилител  J5.Observance of phase balance in the self-excitation ring is established by the phase corrector 13. In order to eliminate the error caused by the instability of the gain factor in the self-excitation ring, automatic stabilization of the amplitude of self-oscillations set by the source 21 of the reference signal is introduced. When the amplitude of the self-oscillations deviates from the given one, the error signal appears at the output of the comparison device 20, which statically adjusts the gain of the controlled amplifier J5.

Таким образом, при посто нной амплитуде резонансных автоколебаний вы- со;содобротного вибратора 5 продольных колебаний амплитуда возбуждени  на возбуждающем преобразователе 2 пропорциональна механическому импедансу высокодобротного вибратора 5 продольных колебаний, который на частоте резонанса часто активен и равен сумме импеданса потерь 2 и импеданса излучени  Z упругих волн цилиндрической оболочкой 4.Thus, at a constant amplitude of resonant high-frequency self-oscillations, longitudinal oscillations of a vibrating vibrator 5, the excitation amplitude on the excitation transducer 2 is proportional to the mechanical impedance of the high vibrational vibrators 5 of longitudinal vibrations, which at the resonance frequency is often active and equal to the sum of the impedance of the losses 2 and the radiation impedance of the emulator. waves of a cylindrical shell 4.

Это излучение происходит благодар  тому, что при колебани х стержн  возникающие механические напр жени  сжати  дисковым акустическим трансформатором 6 превращаютс  в радиальные колебани  оболочки 4, излучающей, в свою очередь, через промывочную жидкостьупругие волны в окружающую скважину среду. Импеданс излучени  Z обусловлен отводом упругих волн от поверхности оболочки 4, Чем выше исходна  добротность стержн , тем меньше собстйенный импеданс потерь Zg, а следовательно, и вьш1е чувствитель- 1405002This radiation occurs due to the fact that, when the rod oscillates, the resulting mechanical stresses of the disk acoustic transformer 6 turn into radial oscillations of the shell 4, radiating, in turn, through the flushing fluid, elastic waves into the surrounding well. The radiation impedance Z is due to the removal of elastic waves from the surface of the shell 4, the higher the initial quality of the rod, the lower the impedance of the loss Zg, and hence the higher the sensitivity, 1405002

ность системы, поэтому стержень из- му декременту затухани  колебаний, готавливаетс  из высодобротного мате- которые передаютс  по каротажному ка- риала, например из дюралюмини , Из белю 10 в наземную контрольно-регист- объема, ограниченного оболочкой 4, рирующую панель 11, дл  этой же цели откачиваетс  воздух. Фильтр 23 обеспечивает выделениеthe system, therefore the rod, due to the decrement of the damping of oscillations, is prepared from high-quality materials that are transferred along the logging carriage, for example, from duralumin, from white 10 to ground control register-volume, bounded by shell 4, drawing panel 11, for this the same purpose, the air is pumped out. Filter 23 provides a selection

Дл  уменьшени  отвода колебатель- затухающих колебаний лишь одной соб- ной энергии по корпусу зонд 1 снабжа- ственной моды высокодобротного вибра- .етс  акустическими ловушками 7, кото- тора 5 продольных колебаний, рые представл ют собой комбинацию IQ Логарифмический декремент d затуха- фланцеви проточек, размещенных на ни  колебаний св зан с добротностью кра х корпуса зонда. Цилиндрическа  Q вибратора 5 зависимостью оболочка 4 дл  уменьшени  потерьj To reduce the diversion of oscillatory-damped oscillations of only one of its own energy through the body of the probe 1 of the supplying mode of high-quality vibration, acoustic traps 7, which 5 longitudinal oscillations, rye, are a combination of IQ Logarithmic decrement d-flange of grooves placed on oscillations is associated with the quality of the edges of the probe body. Cylindrical Q of the vibrator 5 dependent shell 4 to reduce losses j

энергии также изготовлена из .высоко-Q energy is also made of .high-Q

добротного материала,15 Дб бротность Q обратно пропорциоСнижение собственного импеданса нальна импедансу (Zo+Z), поэтому ре- потерь Zu колебательной системы повы- гистраци  логарифмического декремен- шает чувствительность импедансных из- та затухани  колебаний позвол ет так- мерений. Практически удалось достичь же измерить импеданс горных пород, добротности стержн  пор дка 6000, 20 Первьй вариант измерени  импедан- что во столько же раз увеличивает чув- са более предпочтительный, так как ствительность измерений. Это дает второй, учитыва  высокую добротность возможность снизить частоту колеба- резонатора, требует значительное вре- ний и несмотр  на уменьшение импедан- м  на установление колебаний и, сле- са излучени  Z упругих волн в массив 25 довательно, меньшую скорость прове- горных пород со снижением частоты дени  каротажа. обеспечить приемлемую чувствитель- | ность измерений.Положительный эффект изобретени A good material, 15 dB, the Q-factor is inversely proportional to its own impedance, the impedance (Zo + Z), so the Zu loss of the oscillating system, increasing logarithmic decrements the sensitivity of the impedance from the damping of oscillations, allows for measurements. It was practically possible to achieve the same measurement of the impedance of rocks, a rod Q-factor of about 6000, 20 Perviy version of the measurement of impedance, which increases by the same time the sensation more preferable, since the measurement is accurate. This gives the second, taking into account the high quality, the opportunity to reduce the oscillation frequency of the resonator, requires considerable time and despite the reduction of the impedances for the establishment of oscillations and, after the emission of Z elastic waves into the massif 25, a lower velocity of spurs reduction in the frequency of day logging. provide acceptable sensitivity- | measurement accuracy. Positive effect of the invention

Снижение частоты конструктивно заключаетс  в повышении чувстви- осуществл етс  удлинением высокодоб- 30 тельности и точности измерени  импе- ротного вибратора 5 продольных колеба- данса горных пород. НИИ, что может быть осуществлено безFrequency reduction constructively consists in increasing the sensitivity, which is carried out by lengthening the high-yield capacity and the accuracy of measuring the impulse vibrator 5 of the longitudinal oscillation of rocks. Research institutes that can be implemented without

Claims (1)

осложн ющих обсто тельств, так как Формула изобретени  его длина не лимитируетс . Разрешающа  способность измерений по глуби- 5 Устройство дл  импедансного акус- не при удлинении стержн  не ухудшает- тического каротажа, содержащее сква- с , так как она определ етс  длиной жинный акустический зонд, состо щий излз ающей поверхности оболочки 4, из возбуждающего и приемного преобра- котора  не св зана с длиной стержн , зователей, помещенных в цилиндричесСнижение частоты приводит к увели- 40 У оболочку и подключенных к блоку чению глубины исследований по радиу- возбуждени  ,и преобразовани  колеба - СУ и к уменьшению вли ни  перекосов ний, наземную контрольно-регистрирую- .скважинного акустического зонда,его ЩУ панель, подключенную через каро- смещений от оси скважины и неровное- тажный кабель к блоку возбуждени  и тей ее стенок. Это повьщ1ает точность 45 преобразовани  колебаний о т л и - измерени  импеданса горных пород, лающеес  тем, что, с цельюcomplicating circumstances, since the invention claims its length is not limited. Resolving capacity of measurements over depth 5 A device for impedance acoustics when extending a rod does not degrade logging, which contains a well, since it is determined by the length of the gum acoustic probe, consisting of the emitting surface of the shell 4, of the exciting and receiving transform - which is not related to the length of the rod, applicants placed in a cylindrical frequency reduction leads to an increase in the depth of studies on the radius of the excitation, and the transformation of the oscillation - SU and a decrease in the influence of Cross-overs, ground control-registering-borehole acoustic probe, its WA panel connected through the displacements from the borehole axis and uneven-straight cable to the excitation unit and its walls. This increases the accuracy of the 45 transformations of oscillations of rock impedance, barking in that Во втором варианте исполнени  бло- повышени  чувствительности и точнос- ка 8 генератор 22 импульсов возбуж- ти измерений импеданса горных пород дает затухающие колебани  высокодоб- путем повышени  добротности зонда и ротного вибратора 5 продольных коле- QQ снижени  его рабочей частоты, зонд банки. Измерительный преобразова- снабжен высокодобротным вибратором тель 24 собственной частоты и лога- продол-ьных колебаний в виде стержн , . рифмического декремента затухани  ко- коаксиально размещенного в цилиндри- лебаний, подключенный через фильтр 23, ческой оболочке, причем середина осуществл ет преобразование процесса gg стержн  механически св зана с цилинд- колебаний в сигналы, соответствующие рической оболочкой дисковым акусти- собственной частоте и логарифмическо- ческим трансформатором.In the second embodiment of the block of sensitivity and accuracy 8, the generator 22 of impulses of excitation measurements of rocks gives damped oscillations highly similar by increasing the quality factor of the probe and rotary vibrator 5 longitudinal wheels QQ reducing its working frequency, the probe bank. The measuring transducer is equipped with a high-quality vibrator with a 24-frequency natural frequency and a log-continuous oscillation in the form of a rod,. the rhyme damping decrement of a coaxially placed in cylindrical vibrations, connected through a filter 23, to the sheath, and the middle transforms the gg process of the rod mechanically connected with the cylindrical oscillations into signals corresponding to the iris sheath of the disk acoustic frequency and the logarithmic transformer. Фн.1Fn.1 Фие.2Fie.2