SU222305A1 - - Google Patents

Description

АППАРАТУРА ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО ACOUSTIC EQUIPMENT

Известны комплексы устройств, предназначевных дл  измерени  скорости распространени  упругих колебаний и затухани  их в породах путем «еносредственного наблюдени  в скважинах. Они основаны на возбуждении в породах при номощи магнитосгрикторов или ньезоизлучателей кратковременных затухающих колебаний, приеме этих колебаний магнитострикционными или пьезоэлектрическими приемниками, передаче их по кабелю в наземную аппаратуру дл  их регистрации.Complexes of devices are known that are intended for measuring the velocity of propagation of elastic waves and their attenuation in rocks by means of direct observation in wells. They are based on the excitation of rocks in the rocks at magnetogreens or short-emitters of short-term decaying oscillations, the reception of these oscillations by magnetostrictive or piezoelectric receivers, their transmission through the cable to ground equipment for their registration.

По получении записи определ ют врем  запаздывани  приема колебаний относительно их возбуждени  и амплитуды зарегистрированных колебаний. По времени, амплитудам и разносу приемника и излучател  рассчитывают скорость и затухание волны.Upon receipt of the record, the delay time of receiving oscillations relative to their excitation and the amplitude of the recorded oscillations is determined. By time, amplitude and spacing of the receiver and the emitter, they calculate the speed and attenuation of the wave.

Дл  таких способов акустических измерений характерно то, что в результате воздействи  излучател  на среду образуютс  волны различных типов, имеющие различные скорости распространени  iB породах. Очень часто сигналы этих .волн приход т в точку приема с временными сдвигами меньшими, чем длительность возбуждае ого импульса, что преп тствует их раздельной регистрации и снижает точность акустических исследований. Погрешность исследований колеблетс  обычно от нескольких процентов до дес тков процентов .For such methods of acoustic measurements, it is characteristic that as a result of the effect of the radiator on the medium, various types of waves are formed, having different propagation speeds of iB rocks. Very often, the signals of these waves arrive at the receiving point with time shifts smaller than the duration of the excited pulse, which prevents their separate recording and reduces the accuracy of acoustic studies. The error of research usually ranges from a few percent to tens of percent.

Кроме того, известные устройства имеют и высокую стоимость каротахкного кабел , соедин ющего каротажный снар д с наземной аппаратурой. Его стоимость определ ете конструкцией, котора  должна обеспечить пе редачу на поверхность высокочастотных ко лебаний с широким спектром от нул  до дес тков КГЦ.In addition, the known devices also have a high cost of the cable cable connecting the logging tool to the ground equipment. Its cost is determined by the design, which should ensure the transmission of high-frequency oscillations to the surface with a wide spectrum from zero to tens of KHZ.

Известны также другие системы акустического каротажа. В них дл  измерени  скорости воли в породах испо.тьзуетс  только головна  волна. В момент ее вступлени  формируетс  короткий электрический импульс. Такой же импульс формируетс  и в моментOther acoustic logging systems are also known. In them, only the head wave is used to measure the speed of the will in the rocks. At the time of its entry, a short electrical pulse is formed. The same impulse is formed at the moment

возбуждени  акустического импульса. Эти импульсы передаютс  на поверхность, где измер етс  временной интервал ними, обратно пропорциональный скорости головной волны.excitation of acoustic impulse. These pulses are transmitted to the surface, where the time interval is measured by them, inversely proportional to the velocity of the head wave.

Эти системы не обеспечивают получение информации о затухании волн, ограничивают информацию о скорости исследовани ми только одной волны и не освобождают метод в целом от трудностей точной передачи информации но каротажному кабелю. КАРОТАЖА СКВАЖИНThese systems do not provide information on wave attenuation, limit the speed information to studies of only one wave, and do not exempt the method as a whole from the difficulties of accurate information transfer on the logging cable. WELLS WELLS

дению, приему и обработке по пилообразному закону.reception and processing according to the sawtooth law.

Дл  возбуждени  этих колебаний в скважинный прибор введен генератор частотно-модулированных колебаний, св занный с излучателем , а в блок выделени  информации от вриемника введена ключева  схема, управл ема  этим генератором, котора  преобразует высокочастотные принимаемые колебани  в низкочастотные.To excite these oscillations, a generator of frequency-modulated oscillations associated with the emitter is introduced into the downhole tool, and a key scheme is introduced into the information extraction unit from the receiver, controlled by this oscillator, which converts the high-frequency received oscillations into low-frequency ones.

В результате полезную информацию получают в виде низкочастотных колебаний. Низкочастотные колебани  можно передать на .noiBepxHOCTb но обычному каротажному кабелю , и их анализ позвол ет вычисл ть скорость с погрешност ми около 1 % и ниже.As a result, useful information is obtained in the form of low-frequency vibrations. Low frequency oscillations can be transmitted to .noiBepxHOCTb using a conventional logging cable, and analyzing them allows the velocity to be calculated with errors of about 1% or less.

Дл  получени  более полной информации по этому icnoco6y необходимо, чтобы врем  пробега акустических волн от излучател  к приемнику было существенно меньше полупериода модул ции. Тогда в пределах участков линейного изменени  частоты возбуждаемых колебаний частоты нринимаемых колебаний измен ютс  так же линейно. Благодар  временным сдвигам -принимаемых колебаний относительно излучаемых могут быть образованы низкочастотные колебани  с частотами, равными мгновенным разност м частот принимаемых и излучаемых колебаний. Каждой прин той волне соответствует один низкочастотный сигнал с частотой FTo obtain more complete information on this icnoco6y, it is necessary that the travel time of acoustic waves from the radiator to the receiver be substantially less than the half-modulation period. Then, within the sections of the linear variation of the frequency of the excited oscillations, the frequencies of the applied oscillations change in the same linear fashion. Due to the time shifts of the -perceivable oscillations relative to the radiated ones, low-frequency oscillations can be formed with frequencies equal to the instantaneous frequency differences of the received and radiated oscillations. Each received wave corresponds to one low-frequency signal with a frequency F

,,

где W - скорость изменени  частоты возбуждаемых колебаний, равна  отношению изменени  частоты к ноловине нериода модул ции;where W is the rate of change of the frequency of the excited oscillations, is equal to the ratio of the frequency change to the half of the non-neuro-modulation;

tjt- врем  пробега волной нути от излучател  к приемнику.tjt is the travel time of the wave from the radiator to the receiver.

Передача колебаний таких частот не требует применени  кабелей специальной конструкции . Задача анализа информации сводитс  к частотному разделению суммы низкочастотных колебаний. Причем амнлитуда каждого колебани  пропорциональна амплитуде соответствующей волны. Точность анализа определ етс  точностью существующих частотных анализаторов, котора  весьма высока.The transmission of oscillations of such frequencies does not require the use of cables of special design. The task of analyzing information is reduced to the frequency division of the sum of low-frequency oscillations. Moreover, the amplitude of each oscillation is proportional to the amplitude of the corresponding wave. The accuracy of the analysis is determined by the accuracy of the existing frequency analyzers, which is very high.

На фиг. 1 представлена блок-схема аппаратуры; на фиг. 2 - электрическа  схема блока выделени  информации; на фиг. 3 - временна  диаграмма работы аппаратуры.FIG. 1 is a block diagram of the apparatus; in fig. 2 is an electrical circuit of the information extraction unit; in fig. 3 - time diagram of the equipment.

Аппаратура содержит источник 1 носто нного напр л ени  дл  питани  скважинного снар да, фильтр 2 дл  разделени  посто нного питающего напр жени  и сигналов информации , каротажный кабель 3, полупроводниковый преобразователь 4 посто нного тока в напр жение переменного тока, электродвигатель 5 с центробежным стабилизатором оборотов , генератор 6 частотно-модулированных колебаний, конденсатор 7 переменной емкости , включенный в задающий «онтур генератора , пьезоэлектрический излучатель 8, пьезоприемник 9, усилитель 10 сигналов приемника , блок 11 выделени  информации, формирователь 12 коротких импульсов, усилитель 13 сигналов разностных частот, частотный анализатор 14 параллельного действи , блок 15 управлени  анализатора и регистратора, регистратор 16, каротажную диаграмму 17, преобразователь 18 аналог - код и блок пам ти 19. Блок выделени  информации включает вThe apparatus comprises a voltage source 1 for supplying a wellbore, a filter 2 for separating a constant supply voltage and information signals, a logging cable 3, a semiconductor converter 4 of a direct current into an alternating current voltage, an electric motor 5 with a centrifugal speed stabilizer , a generator 6 of frequency-modulated oscillations, a capacitor 7 of variable capacitance, included in the generator ontour, a piezoelectric emitter 8, a piezoelectric receiver 9, an amplifier 10 of receiver signals, information extraction unit 11, short pulse shaper 12, differential frequency signal amplifier 13, parallel frequency frequency analyzer 14, analyzer and recorder control unit 15, recorder 16, logging diagram 17, analogue converter 18 - code and memory block 19. Information extraction unit includes in

себ  трансформатор 20, триоды 21, 22, импульсный трансформатор 23, омические сопротивлени  24 и 25 и емкость 26 пам ти.transformer 20, triodes 21, 22, pulse transformer 23, ohmic resistances 24 and 25, and a memory capacitance 26.

На диаграмме работы аппаратуры (см. фиг. 3) показаны частотные графики 27, график 28 изменени  частоты возбуждаемых колебаний, график 29 изменени  частоты дл  одной из принимаемых волн, график 30 изменени  разностной частоты дл  одной из принимаемых волн, импульсы 31, управл ющие работой анализатора и регистратора.The equipment operation diagram (see Fig. 3) shows frequency plots 27, a plot 28 of the frequency of the excited oscillations, a plot 29 of the frequency for one of the received waves, a plot 30 of the difference frequency for one of the received waves, the pulses 31 controlling the operation analyzer and registrar.

Аппаратура работает следующим образом. Источник / питани  вырабатывает посто нный ток с напр жением 220 в, который через фильтр 2 и каротажный кабель 3 поступаетThe equipment works as follows. The power / supply source produces a direct current with a voltage of 220 V, which through the filter 2 and the logging cable 3 enters

в сквалсинный снар д. В сквал инном снар де ток нитани , проход  через фильтр 2, подаетс  в полупроводниковый преобразователь 4, с Выхода которого снимаетс  переменное напр жение 36 в с частотой 400 гц и посто нноеinto the squalax projectile. In the squall of an alternate projectile, the passage through the filter 2 is fed to the semiconductor converter 4, from the output of which an alternating voltage of 36 V is removed with a frequency of 400 Hz and a constant

напр жение 20 в. Переменное напр жение питает микроэлектродвигатель 5, обороты которого стабилизированы центробежным регул тором оборотов. Двигатель через понижающий редуктор вращает ротор конденсатора 7 переменной емкости, включенный в задающий контур генератора 6. Пластины конденсатора считаны и изготовлены так, что при вращении ротора конденсатора с равномерной скоростью частота генератора измен етс  по пилообразному закону (график 28).voltage of 20 c. An alternating voltage feeds a microelectric motor 5, the revolutions of which are stabilized by a centrifugal regulator of revolutions. The motor rotates the variable capacitor 7 rotor through the reduction gearbox, which is included in the master circuit of the generator 6. The capacitor plates are read and manufactured so that when the capacitor rotor rotates at a uniform speed, the generator frequency changes according to the sawtooth law (Graph 28).

Генератор 6 питает пьезоизлучатель 8, колебани  которого передаютс  в раствор, заполн ющий сквал ину. Пьезоприемник 9, установленный В корпусе снар да на рассто нии,The generator 6 feeds the piezo emitter 8, the vibrations of which are transmitted to the solution filling the squall. Piezo receiver 9, mounted in the shell of the projectile,

обеспечивающем необходимое разделение геологических пластов, преобразует акустические волны в электрические колебани .providing the necessary separation of geological formations, converts acoustic waves into electrical oscillations.

Изменение частоты одной из волн в точке приема показано на графике 29. Электрические сигналы пьезоприемника 9 усиливаютс  усилителем 10 и подаютс  на блок 11 выделени  информации.The change in the frequency of one of the waves at the receiving point is shown in chart 29. The electrical signals of the piezo receiver 9 are amplified by the amplifier 10 and fed to information extracting unit 11.

Блок выделени  информации представл ет собой ключевую схему, состо щую из двух последовательно соединенных кремниевых триодов 21, 22, обладающих высоким сопротивлением эмиттер-коллектор. Сигналы с выхода усилител  10 поступают на триоды-ключи через трансформатор 20 с малым выходнымThe information extraction unit is a key circuit consisting of two series-connected silicon triodes 21, 22 with high emitter-collector resistance. The signals from the output of the amplifier 10 are received on the triodes-keys through the transformer 20 with a small output

сопротивлением. Формирователь 12 в моменты нулевых значений напр жени  генератора 6, соответствующих делению колебаний генератора на целые периоды, посылает на базы триодов через импульсный трансформатор иresistance. Shaper 12, at times of zero values of generator voltage 6, corresponding to the division of oscillator oscillations into whole periods, sends to the triode bases through a pulse transformer and

Во врем  действи  этих импульсов сопротивление триодов резко падает и емкость 26 пам ти быстро перезар жаетс  до мгновеиных зйачений напр жений сигнала действующего на выходе трансформатора 20. В промежутках между имлульсами емкость 26 сохран ет предыдущие мгновенные значени  сигнала, так как разр дное сопротивление конденсатора (триоды и вход усилител ) очень велико.During the operation of these pulses, the resistance of the triodes drops sharply and the memory capacitance 26 is quickly recharged to instantaneous signal voltages of the current transformer 20 output. and the input of the amplifier) is very large.

Если лриемник принимает только одну волну, то на емкости 26 достаточно точно будет воспроизведено синусоидальное колебание с амплитудой, пропорциональной амплитуде принимаемых колебаний, и частотой, пропорциональной времени пробега волной пути от излучател  до приемника. Колебани  посто нной частоты FK наход тс  в интервале времени, когда частоты и излучаемых и принимаемых колебаний или одновременно возрастают, или падают; синусоидальные колебани  получаютс  ступенчато-апроксимированными . Точность апроксимации достаточно высока . Дл  рассмотренного примера худша  апроксимади  имеет место при частоте миаизлучаемых колебаний (частота импульсов формировател  12), равной 5000 гц и разностной частоте FK 100 гц. В этом случае период синусоидального колебани  с частотойIf the receiver receives only one wave, then sinusoidal oscillation with an amplitude proportional to the amplitude of the received oscillations and a frequency proportional to the travel time from the radiator to the receiver will be reproduced sufficiently accurately on the capacitance 26. The oscillations of the constant frequency FK are in the time interval when the frequencies of both the emitted and received oscillations either simultaneously increase or decrease; sinusoidal oscillations are step-approximated. The accuracy of the approximation is quite high. For the considered example, the worst approximation occurs when the frequency of the emitted oscillations (pulse frequency of the driver 12) is 5000 Hz and the difference frequency is FK 100 Hz. In this case, the period of sinusoidal oscillations with a frequency

50005000

1ИН1IN

50 ступен ми. 50 steps.

образован п :formed n:

F,100F, 100

Погрешность апроксимации равнаApproximation error is

/22, / (-)(/ 22, / (-) (

0,2%.0.2%.

5050

Когда на приемник действует множество волн, на емкости 26 пам ти воспроизводитс  сумма синусоидальных колебаний, каждое из которых содержит информацию об одной из волн.When a multitude of waves acts on a receiver, a sum of sinusoidal oscillations is reproduced on the memory capacitance 26, each of which contains information about one of the waves.

Сигнал с выхода блока выделени  информации поступает на усилитель 13, а лосле усилени  через фильтр 2 и кароталшый кабель 3 - на  зычковый частотомер наземной аппаратуры. На свободных концах  зычков закреплены освещаемые зеркала. Колебани   зычков в виде колебаний световых отражений регистрируютс  на фотобумаге регистратором 16.The signal from the output of the information extracting unit is fed to the amplifier 13, and the amplification through the filter 2 and the cartotal cable 3 goes to the frequency counter of the ground equipment. On the free ends of the tabs are illuminated mirrors. The oscillations of the tabs in the form of oscillations of the light reflections are recorded on the photo paper by the recorder 16.

Прот жка фотобумаги производитс  в промежутках между интервалами Т, когда колебани   зычков затушены и освещение их выключено . Импульсы, управл ющие работой частотомера и регистратора, вырабатываютс  блоком 15 управлени . Па получаемой каротажной диаграмме 17 регистрируютс  амплитудные спектры суммы колебаний разностных частот. Каждый максимум на отдельной трассе характеризует амплитуду определенной акустической волны, а его положение по горизонтальной оси позвол ет определить скорость распространени  волны в породе.Photo paper is drawn between the intervals T, when the flaps of the tabs are damped and the lights are turned off. The pulses controlling the operation of the frequency meter and the recorder are generated by the control unit 15. The obtained logging diagram 17 records the amplitude spectra of the sum of the oscillations of the difference frequencies. Each maximum on a separate path characterizes the amplitude of a certain acoustic wave, and its position along the horizontal axis allows determining the speed of wave propagation in the rock.

Электронна  схема скважинного снар да выполнена на полупроводниковых триодах.The electronic circuit of the wellbore is made on semiconductor triodes.

Точность измерени  скорости воли определ етс  динамической разрушающей способностью  зычков, как фильтров. В качестве фильтров могут быть применены и другие электромеханические фильтры.The accuracy of measuring the speed of the will is determined by the dynamic destructive ability of the tabs as filters. Other electromechanical filters can be used as filters.

При размещающей способности 0,25 гц погрешность измерени  скорости около 1 %.With a capacity of 0.25 Hz, the speed measurement error is about 1%.

Эта погрешность может быть уменьшена, если в частном случае увеличить скорость изменени  частоты W и частотный диапазон возбужденных колебаний. Еще. более высока  точность измерений достигаетс  обработкойThis error can be reduced if in a particular case the rate of change of frequency W and the frequency range of excited vibrations are increased. Still. higher measurement accuracy is achieved by processing

информации на электронной вычислительной машине. Дл  этого информаци  поступает на преобразователь 18 аналог-код и после преобразовани  ее в цифровой вид - в блок пам ти , в качестве которого использована магнитна  запись, пригодна  дл  воспроизведени  непосредственно в МАЗУ цифровой машины .information on an electronic computer. For this, information is fed to the analog-code converter 18 and, after converting it to a digital form, to a memory unit, which uses magnetic recording, is suitable for reproduction directly into the RAM of a digital machine.

Скважинный снар д мож:ет быть выполнен с двум  разнесенными излучател ми- илиWell shot: can be performed with two spaced emitters mi or

приемниками, что позвол ет исключить вли ние на результаты измерений пробега волной пути по буровому раствору. В этом случае синхронно с периодами модул ции должны коммутироватьс  либо излучатели, либо приемники , а на результирующей диаграмме должны сопоставл тьс  соседние трассы.receivers, which makes it possible to eliminate the influence on the results of measurements of the path traveled along the drilling mud. In this case, either the emitters or the receivers should be switched synchronously with the modulation periods, and the neighboring traces should be mapped on the resulting diagram.

Предмет изобретени Subject invention

Claims (2)

1. Аппаратура дл  акустического каротажа скважин, содержаща  источник питани , акустический зонд с излучател ми и приемниками ультразвуковых колебаний, генератор, усилители, блок выделени  информации,1. Equipment for acoustic well logging, containing a power source, an acoustic probe with radiators and receivers of ultrasonic vibrations, a generator, amplifiers, an information extraction unit, фильтры, блок регистрации информации, преобразователь аналог - код и блок пам ти, отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности измерений скорости распространени  волн в породах и упрощени  канала передачиfilters, an information recording unit, an analogue converter — a code and a memory unit, characterized in that, in order to improve the accuracy of measurements of the velocity of propagation of waves in rocks and simplify the transmission channel информации из скважины, в нем излучатели св заны с генератором частотно-модулированных колебаний, в задающий контур которого включен конденсатор переменной емкости, св занный с электродвигателем, имеющимinformation from the well, in it the emitters are associated with a generator of frequency-modulated oscillations, the driver circuit of which includes a variable capacitor connected to an electric motor having центробежный стабилизатор оборотов, а в блок выделени  информации введена ключева  схема, св занна  через формирователь импульсов с генератором частотно-модулированных колебаний и преобразующа  высокочастотные принимаемые колебани  в низкочастотные .a centrifugal speed stabilizer, and a key scheme, connected through a pulse shaper to a generator of frequency-modulated oscillations and converting high-frequency received oscillations into low-frequency ones, is introduced into the information extraction unit. 2. Аппаратура по п. 1, отличающа с  тем, что, с целью ускорени  обработки информации , ;в блок регистрации информации введен  зычковый частотомер, св занный с фотооптическим регистратором.2. An apparatus according to claim 1, characterized in that, in order to speed up the processing of information, a tongue frequency meter associated with a photo-optical recorder is inserted into the information recording unit. CDCD -Jh-Jh CNCN / S / S 7 (Э 7 (uh K K CMCM -i-i frfr cc fofo frfr