SU1000978A1 - Устройство акустического каротажа скважин - Google Patents

Description

(5) УСТРОЙСТВО АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН

1

Изобретение относитс  к геофизическим приборам дл  разведки полезных ископаемых, в маетности к устройствам дл  акустического каротажа скважин.

Известны устройства акустического каротажа скважин, содержащие блоки коррел ционной обработки прин тых сигналов дл  повышени  помехозащищенности и разрешающей способности метода

Известные устройства формируют коррел ционную функцию сигнала либо из нескольких сдвинутых относительно друг друга простых акустических импульсов (сдвиг осуществл етс  за смет распределенного многоэлементного приемника) tl 1 , либо из сложного частотно-модулированногосигнала С2 и t3T..

Всем перечисленным устройствам присущи общие недостатки. Это, вопервых , мала  амплитуда коррел ционной функции и ее сравнительно больша  ширина, так как используютс  сигналы с малой базой, во-вторых, сложность получени  необходимых акус тических сигналов с заданнымипара метрами (использование многоэлементного зонда, формирование свип-сигнала ), и, в-третьих, громоздкие схемы аналоговых коррел торов (, необходимость нескольких блоков усилени  и

10 умнйжени  в 1 3 , или присутствие в устройстве электромеханических и механических элементов как в 2 и 3 .

Наиболее близким по своей техни15 ческой сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  акустического каротажа скважин, использующее акустические сигналы, модулированные

20 псевдослучайной последовательностью, и содержащее излучатель акустических колебаний, последовательно соединенный с формирователем импульсов возбуждени , генератором периодической бинарной М-последовательности и генератором тактовых импульсов, выход которого через буферный блок св зан с входом блока управлени , приемник акустических колебаний, последовательно соединенный с усилителем и буферным блоком, блок управлени  базой сигнала, соединенный через буферный блок с генератором периодичес кой бинарной М-последовательности, и .регистратор ft . Это устройство позвол ет повысить разрешающую способность за счет повышени  частоты зондирующих сигналов (до 2ПО кГц)5 и помехоустойчивость за счет уезелимени  энергии сигнала путем расширени  его базы при помощи модул ции высокочастотной несущей бинарной псевдослучайной М-последовательностьЮо Используема  схема обработки сигналов - демодул ци  с последующей согласованной фильтрацией по видеочастоте - предполагает в своей основе достаточно узкополосные сигналы Так как в последнее врем  в :акустическом каротаже наметилась тверда  тенденци  к-снижению частоты зондирующих колебаний с одновременным расширением их спектра, то такие особенности прототипа, как высока  частота и узкополоснорть прбцесса следует отнести к его недостаткам. . Кроме этого, следует отметить, чт предлагаема  в прототипе система регулировани  базы сигнала не  вл етс  эффективной, так как блок управлени  базой сигнала управл етс  сигналом с приемника при большом уровне помех. Цель изобретени  -повышение разрешающей способности и помехоустойчивости устройства акустического каротажа скважин : . Поставленна  цель достигаетс  тем что в известное устройство акустического каротажа скважин, содержащее излучатель акустических, колебаний , последовательно соединенный с формирователем импульсов возбуждени  генератором периодической бинарной М-последовательности и генератором тактовых импульсов, выход которого через буферный блок св зан с входом блока управлени , приемник акустических колебаний последовательно св  занный с усилителем и буферным блоком , блок управлени  базой сигнала, соединенный через буферный блок с генератором периодической бинарной М-последовательности и регистратор, дополнительно заедены аналого-цифровой преобразователь,  рифме ическое устройство, оперативное запоминающее устройство и буферное запоминающее устройство, при этом выход усилител  через буферный блок последовательно соединены с аналого-цйф (ровым преобразователем, арифметическим устройством, оперативным запоминающим устройством, буферным запоминающим устройством, и регист- ратором , выход оперативного запоминающего устройства соединен с входом блока управлени  базой сигнала и с вторым информационным входом арифметического устройства, управл ющие , входы, аналого-цифрового преобразовател , арифметического устройства, оперативного запоминающего устройства и буферного запоминающего устройства соединены с выходом блока управлени , а второй управл ющий вход арифметического устройства через .буферный блок подключен к выходу генератора периодической бинарной М-последовательности. Преимущество данного устройства состоит в возможности использовани  широкополосных импульсных зондирующих сигналов при высокой помехозащищенности и разрешающей способности метода. На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг,2 - представлены си1- налы на выходах генератора тактовых импульсо.в; на фиг.З - сигнал генератора периодической бинарной М-последовательности j на фиг - сигнал излучател ; на фиг.5 - периодическа  .бинарна  М-последоватёльность и ее дискретна  функци  автокоррел ции. Устройство (фиг.1) содержит генератор 1 тактовых импульсов, генератор .2 периодической бинарной М-последовательности , формирователь 3 импульсов возбуждени , излучатель , приемник 5, усилитель 6, буферный блок 7, служащий дл  формировани  и передачи сигналов по каротажному кабелю между скважинным зондом и наземной аппаратурой , блок 8 управлени , позвол ющий синхронизировать работу всех элементов, блок 9 управлени  базой сигнала, аналого-цифровой преобразователь 10, арифметическоеуустройство 11, оперативное запоминающее устройство 12, буферное запоминающее устройство 13, регистратор 14, Устройство работает следующим образом . Тактовый генератор 1 тактовых импульсов формирует непрерывную последовательность импульсов, частоты следовани  которых определ ют частоты посылок зондирующих сигналов. Тактовые импульсы поступают на вход ге нератора 2 периодической бинарной М-последовательности, на выходе которого формируетс  напр жение периодической бинарной М-последовательности с длительностью одиночного элемента, равной периоду следовани  тактовых импульсов. Число элементов в периоде равное (2„-1), задают, исход  из необходимого числа накоплений. М-после довательность поступает на формирователь 3 импульсов возбуждени , который вырабатывает мощные электрические импульсы возбуждени  излучател  i таким образом, чтобы фаза акустических импульсов на выходе излучател  была промодулирована напр жением М-последовательности , На фиго приведены сигналы на выходе излучател  k. Начальна  фаза акустических импульсов принимает значени  О или Л , в зависимости от уровн  модулирующего напр жени  последовательности. Конкрет ный вид формировател  3 импульсов во буждени  (фигИ ) определ етс  типом примен емого излучател  k, Акустичес кие сигналы преобразовываютс  приемНИКОМ 5 в электрические,- усиливаютс  усилителем 6 и поступают через буфер ный блок 7 на вход аналого-цифрового преобразовател  10. С выхода аналогоцифрового преобразовател  10 цифрово код поступает на первый вход арифмет тического устройства 11, На второй вход его с выхода оперативного Запоминающего устройства 12 поступают хран щиес  там коды сигналов предшествующих посылок. Результат с выхода арифметического устройства 11 заноситс  на место считанного кода в  чейку оперативного запоминающего устройства 12, Работа всех блоков синхронизируетс  блоком 8 управлени , который из синхроимпульсов, поступак цих от скважинного зонда, в частности от генератора 1 тактовых импульсов, формирует импульсы запуска, записи, чтени  и т.п. дл  аналого-цифрового пребразовател  10, арифметического устройства 11, оперативного запоминающего устройства 12 и буферного эапо- инающего устройства 13. Блок В управлени  управл ет режимом работы арифметического устройства 11 посредством напр жени  М-последовательности, подаваемой на его управл ющий вход из скважинного прибора через буферный блок 7 В зависимости от знака последовательности в каждом ее элементе, арифметическое устройство 11 вычисл ет либо сумму, либо разность двух кодов, поступающих на его входы, таким образом, в сумматоре происходит синхронна  демодул ци  прин того сигнала и сложение его с сигналами предшествующих посылок. Количество посылок , подвергающихс  суммированию,.равно , числу элементов в модулирующей М-последовательности о После окончани  необходимых циклов суммировани  результат из оперативного запоминающего устройства 12 перезаписываетс  в буферное запоминающее устройство 13 откуда выводитс  с необходимой скоростью на регистратор Т. Освобожденна  же оперативна  пам ть оп ть используетс  дл  обработки сигналов. Необходима  база сигнала (период М-последовательности ) задаетс  блоком 9 управлени  базой сигнала, входным сигналом дл  которого  вл етс  результирующий сигнал с выхода оперативного запоминающего устройства 12. Через буферный блок 7, блок 9 управлени  базой сигнала воздействует на генератор 2 периодической бинарной ||Т-последовательности, устанавлива  необходимый ее период в зависимости от прин того им решени i 1 При использовании данного устройства возможно значительное уменьшение периода посылок зондирующих сигналов. Практически это врем  можеТ быть сведено к длительности полезного участка сигнала (который обычно составл ет мс при полной длительности сигнала пор дка первых сотен миллисекунд). При известных способах каротажа при периодах посылок; меньших длительности сигнала одной посылки, происходит резкое ухудшение разрешающей способности метода, так как поле первых вступлений сигнала оказывает1с  забитым последующими фазами сигналов от предыдущей посылки . Возможность уменьшени  периода

посыпок в данном устройстве без ухудшени  разрешающей способности св зана с такими коррел ционными свойствами М-последовательностей, при которых функцию автокоррел ции сигнала достаточно локализовать на временной оси.

На фиг„5 приведены периодическа  М последовательность, состо щ а  из семи элементов, и ее нормированна  автокоррел ционна  функци  при дискретном сдвиге аргумента кратном длительности одного элемента. Исход  из характера автокоррел ционной функции (наличие одного про моугольного выброса в пределах периода при нулевом сдвиге и посто нный уровень, обратно пропорциональный количеству элементов последовательности при других сдвигах), ее можно рассматривать как некоторую фильтрующую функцию {во временной области) дл  сигналов, возбуждаемых с помощью данного устройства Во временном окне, определ емом главным выбросом, после описанных операций обработки просуммируютс  участки сигналов с длительностью, равной одному такту (элементу) от начала посылки Участки сигналов с длительностью большей одного такта, но приход щие в это же врем  (хвосты от предыдущих посылок ) попадут в зону подавление, так как их суммарна  величина будет определ тьс  значени ми функции автокоррел ции при нулевом сдвиге. Таким образом, при нулевом сдвиге межд аргументами автокоррел ционной функции модулирующей последовательности, результат будет представл ть собой сигнал, приход щий во врем , равное одному периоду посылкг1 от начала посылки с амплитудой, увеличенной в N раз, где N - число накоплений (число .элементов последовательности). Ме шающие колебани  от предшествующих посылок сохран т исходный уровень. Таким образом, выбира  достаточной длину М-последовательности (число ее элементов) и сокраща  период посылки зондирующих сигналов, можно обеспечить необходимое отношение сигнал/шум на выходе системы без ухудшени  разрешающей способности метода и увеличени  времени измереНИИ .

Предлагаемое устройство обладает тем преимуществом, что позвол ет повысить помехоустойчивость аппарату| ьг акустического каротажа, использу  при этом обычные импульсные зондирующие сигналы,-широко лР мен ющиес  на практика

Расширение спектра частот излучател  при сохранении мощности излучени  требовани  в общем противоречивые. Применение же данного устройства позвол ет обеспечить необходимую энергию сигнала в заданной полосе частот без существенного увеличени  времени измерени 

Выходна  информаци  в данном устройстве представлена в обычном виде в виде волновых картин (в цифровом коде), которые можно использовать дл  дальнейшей обработки и интерпретации .

Claims (4)

1.Авторское свидетельство СССР Vf 210034, кл. Е 21 В «ly/OO, 19б9.

2.Авторское свидетельство .СССР № 37456it, кл, G 01 V 1ЛО, 1971.

3.Патент США К 3311875, кл. , опублик. 196.

4.Авторское свидетельство СССР №693303, кл G ОТ V 1АО, 1977 (прототип).

I- 3

15

12

1Цфиг . 1

г

.1

и

.5