SU1108196A1 - Устройство дл акустических исследований скважин в процессе бурени - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ, содержащее расположенные в каждом из трех каналов А, Б и В датчик и линию св зи, соединенные последовательно, в каждом из каналов А и Б - блок вычитани , усилитель, блок выделени  первой гармоники, амплитудный детектор и триггер Шмитта, причем выходы линий св зи каналов А и В и Б и В подключены к входам блоков вычитани  каналов А и Б соответственно, к выходам блоков вычитани  последовательно подключены усилитель и блок выделени  первой гармоники, к выходу блока выделени  первой гармоники параллельно подсоединены амплитудный детектор и триггер Шмитта, выход амплитудного детектора подсоединен к измерителю отношени  напр жений , выход триггера Шмитта канала Б соединен с первым входом блока временного сдвига, выход триггера Шмитта канала А параллельно подсоединен к входу одновибратора , первому входу селектора длительности и второму входу блока временного сдвига, выход одновибратора соединен с вторым входом селектора длительности, выход селектора длительности соединен с первым входом SvieMeHTa ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом калибратора, а выход параллельно подключен к блоку масштабных коэффициентов и аналоговому блоку измерени  частоты, состо щему из формировател  импульсов калиброванной длительности и интегратора, выход формировател  соединен с входом интеграто-ра, выход блока масщтабных коэффициентов подсоединен к цифровому блоку измерени  частоты, включающему соединенные последовательно генератор , делитель частоты, фор.мирователь вре.менного окна, счетчик, буферный регистр пам ти и индикатор, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и качества исследований , оно снабжено линией автоматисл ческой настройки на резонансную частоту, состо щей из одновибратора, аналого-цифрового преобразовател , буферного регистра пам ти, цифроаналогового преобразовател  и двух преобразователей напр жение-сопротивление , причем одновибратор, аналого-цифровой преобразователь через управл ющий вход, буферный регистр пам ти, цифроаналоговый преобразователь соединены последовательно , к выходу цифроаналогового 00 преобразовател  параллельно подключены входы двух преобразователей напр жениесо сопротивление, выходы которых подсоединены к блокам выделени  первой гармоники каОд налов А и В, каждый к соответствующему каналу, вход одновибратора подключен к выходу селектора длительности, а выход интегратора соединен с другим входом аналого-цифрового преобразовател .

Description

Изобретение относитс  к исследовани м акустических свойств горных пород в процессе бурени  и может быть использовано дл  телеконтрол  забойных параметров в процессе турбинного бурени  нефт ных и газовых скважин. Известно устройство дл  анализа спектра вибраций в скважине, состо щее из датчика вибраций, установленного на бурильной колонне , полосового фильтра, пикового детектора , компаратора, коммутатора и усилител  1. Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность литологического расчленени  разреза скважины. Известно устройство дл  контрол  частоты вращени  турбобура, содержащее вибропреобразователь , усилитель, подключенный к фильтрам высокой и низкой частоты, выходы которых соединены с входами частомеров высоких и низких частот и входами блока делени , индикатор, амплитудный дискриминатор, блок задержки, блок сравнени , функциональный преобразователь, блок пам ти и анализатор информации. В данной установке дл  повышени  точности контрол  учитываютс  изменени  в процессе бурени  конфигурации забо  и степени износа сооружени  долота 2. Недостатками указанного устройства  вл ютс  низка  точность и разрешающа  способность литологического расчленени  разреза исследуемой скважины, обусловленные пр мым методом измерени  упругих колебаний и вли нием на результаты измерений передаточных характеристик колонны бурильных труб и буровых насосов. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  акустических исследований скважин в процессе бурени , содержащее расположенные в каждом из трех каналов А, Б и В датчик и линию св зи, соединенные последовательно, в каждом из каналов А и Б - блок вычитани , усилитель, блок выделени  первой гармоники, амплитудный детектор и триггер Шмитта, причем выходы линий св зи каналов А и В и Б и В подключены к входам блоков вычитани  каналов А и Б соответственно, к выходам блоков вычитани  последовательно подключены усилитель и блок выделени  первой гармоники , к выходу блока выделени  первой гармоники параллельно подсоединены амплитудный детектор и триггер Шмитта, выход амплитудного детектора подсоединен к измерителю отношени  напр жений, выход триггера Шмитта канала Б соединен с первым входом блока временного сдвига, выход триггера Шмитта канала А параллельно подсоединен к входу одновибратора, первому входу селектора длительности и второму входу блока временного сдвига, выход одновибратора соединен с вторым входом селектора длительности, выход селектора длительности соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом калибратора, а выход параллельно подключен к блоку масштабных коэффициентов и аналоговому блоку измерени  частоты , состо щему из формировател  импульсов калиброванной длительности и интегратора , выход формировател  соединен с входом интегратора, выход блока масщтабных коэффициентов подсоединен к цифровому блоку измерени  частоты, включающему соединенные последовательно генератор, делитель частоты, формирователь временного окна, счетчик, буферный регистр пам ти и индикатор 3. Однако известное устройство характеризуетс  недостаточно высокой точностью, обусловленной тем, что напр жение на выходе активных полосовых фильтров при частоте сигнала, не равной резонансной частоте, отличаетс  от действительного значени  сигналов . Цель изобретени  - повышение точности и качества исследований. Ноставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  акустических исследований скважин в процессе бурени , содержащее расположенные в каждом из трех каналов А, Б и В датчик и линию св зи, соединенные последовательно, в каждом из каналов А и Б - блок вычитани , усилитело, блок выделени  первой гармоники, амплитудный детектор и триггер Шмитта, причем выходы линий св зи каналов А и В и Б и В подключены к входам блоков вычитани  каналов А и Б соответственно, к выходам блоков вычитани  последовательно подключены усилитель и блок выделени  первой гармоники, к выходу блока выделени  первой гармоники параллельно подсоединены амплитудный детектор и триггер Шмитта, выход амплитудного детектора подсоединен к измерителю отношени  напр жений, выход триггера Шмитта канала Б соединен с первым входом блока временного сдвига, выход триггера Шмитта канала А параллельно подсоединен к входу одновибратора, первому входу селектора длительности и второму входу блока временного сдвига, выход одновибратора соединен с вторым входом селектора длительности, выход селектора длительности соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом калибратора, а выход параллельно подключен к блоку масщтабных коэффициентов и аналоговому блоку измерени  частоты, выход блока масштабных коэффициентов подсоединен к цифровому блоку измерени  частоты , снабжено линией автоматической настройки на резонансную частоту, состо щей из одновибратора, аналого-цифрового преобразовател , буферного регистра пам ти, цифроаналогового преобразовател  и двух

преобразователей напр жение - сопротивление , причем одновибратор, аналого-цифровой преобразователь через управл ющий вход, буферный регистр пам ти, цифроаналоговый преобразователь соединены последовательно , к выходу цифро-аналогового преобразовател  параллельно подключены входы двух преобразователей напр жениесопротивление , выходы которых подсоединены к блокам выделени  первой гармоники каналов А и Б, каждый к соответствующему каналу, вход одновибратора, подключен к выходу селектора длительности, а выход интегратора соединен с другим входом аналого-цифрового преобразовател .

На чертеже изображена функциональна  схема устройства дл  акустических исследований скважин в процессе бурени .

Функциональна  схема предлагаемого устройства разделена на три измерительных канала А, Б и В. Канал А служит дл  выделени  на фоне помех, обработки и регистрации информационного сигнала, поступающего с забо  скважины по бурильной колонне, канал Б - дл  выделени  на фоне помех, обработки и регистрации информационного сигнала, поступающего с забо  скважины по горным породам, а канал В - дл  выделени  и устранени  сигнала, поступающего от буровых насосов.

Канал А регистрирует щирокополосный сигнал (выход I), амплитуду сигнала преобладающей частоты (выход II), преобладающую частоту сигнала в аналоговой форме (выход III) ив цифровой форме на цифровом индикаторе. Канал Б регистрирует щирокополосный сигнал, приход щий по горным породам (выход IV), и амплитуду преобладающей частоты сигнала (выход V).

Одновременно регистрируетс  коэффициент затухани  и временной сдвиг между каналом В и А.

Поскольку схемы каналов идентичны в соответствующей части, описываетс  схема только одного канала.

Выход датчика 1 соединен с входом линии 1 св зи. Лини  передачи сигнала состоит из последовательно подсоединенных друг к другу электрооптического преобразовател  2, световода 3 и оптоэлектрического преобразовател  4.

Выход линии 1 св зи подсоединен к первому входу блока 5 вычитани , второй вход которого соединен с выходом линии I св зи канала В. Выход блока 5 вычитани  соединен с входом усилител  6, имеющего коэффициент усилени  1, 10, 100, 1000, 10000. Выход усилител  6 соединен с входами фильтра 7 низких частот и блока 8 выделени  первой гармоники (активного полосового фильтра ) . Фильтр 7 низких частот имеет полосу пропускани  10000 Гц. Блок выделени  первой гармоники имеет полосу пропускани  10 Гц на уровне 0,7 и может плавно настраиватьс  на частоту в диапазоне 15-150 Гц.

Выход блока 8 выделени  первой гармоники соединен через амплитудный детектор 9 с первым входом измерител  10 отнощени  напр жений и с входом триггера Шмитта 11.

Выходы триггеров Шмитта 11 и 1 I каналов А и Б соединены с входами блока 12 временного сдвига.

Выход триггера Шмитта 11 канала А соединен также с входом одновибратора 13

и первым входом селектора 14 длительности, на второй вход которого поступает сигнал с выхода одновибратора 13. Выход селектора 14 длительности соединен с первым входом элемента ИЛИ 15, к второму входу которого подключен калибратор 16. Выход

5 элемента ИЛИ 15 параллельно подключен к входам блока 17 масштабных коэффициентов и формировател  18 импульсов калиброванной длительности. Выход формировател  18 импульсов калиброванной длнтельQ ности подсоединен к интегратору 19.

Выход блока 17 масштабных коэффициентов соединен с первым входом формировател  20 временного окна, второй вход которого через делитель 21 частоты соединен с генератором 22. К выходу формировател 

5 20 временного окна последовательно подключены счетчик 23, буферный регистр 24 пам ти и индикатор 25.

Формирователь 18 импульсов калиброванной длительности и интегратор 19 составл ют аналоговый блок И измерени  частоты.

Формирователь 20 временного окна, делитель 21 частоты, генератор 22, счетчик 23 буферный регистр 24 пам ти и индикатор 25 составл ют цифровой блок III измерени  частоты.

Кроме того, в схему введена лини  автоматической настройки на резонансную частоту , дл  чего выход интегратора 19 соединен с входом аналого-цифрового преобразовател  26 (АЦП), управл ющий вход которого соединен с выходом одновибратора 27

Вход одновибратора 27 св зан с выходом селектора 14 длительности. Выход АЦП 26 соединен с входом второго буферного регистра 28 пам ти. Выход буферного регистра 28 пам ти св зан с входом цифроаналогового преобразовател  29 (ЦАП). К выхо ду ЦАП параллельно подключены два преобразовател  30 и 30напр жение-сопротивление , выходы которых подсоединены к вторым входам полосовых фильтров 8 и 8 каналов А и Б соответственно.

Устройство (канал А) работает следующим образом.

Акустические сигналы принимаютс  датчиком 1 и преобразуютс  в электрические, а затем при по.мощи электрооптического преобразовател  2 - в оптические. Оптические

5 сигналы в виде инфракрасного излучени  по световоду 3 передаютс  оптоэлектрическому преобразователю 4. С выходов оптоэлектрических преобразователей 4 и 4 каналов А

и В сигналы поступают на вход блока b вычитани , где определ етс  разность между ними. Таким образом, на выходе блока вычитани  получаетс  сигнал, свободный от вли ни  колебаний, возникающих при работе буров| 1х насосов, который затем усиливаетс  до нужного уровн  и отфильтровываетс  фильтрами 7 низких частот и активными иолосовыми фильтрами 8. Фильтр низких частот выдел ет и усиливает сигнал на фоне высокочастотных помех.

На второй вход активного полосового фильтра 8 поступает сигнал с преобразовател  30 напр жение-сопротивление линии автоматической настройки, который позвол ет настраивать активные полосовые фильтры 8 на резонансную частоту предыдущего измерени . В результате сигнал на выходе полосовых фильтров 8 в некотором приближении можно считать пропорциональным автокоррел ционному сигналу.

Затем сигнал поступает на вход амплитудного детектора 9. А.мплитудные детекторы определ ют амплитуду преобладающего сигнала и передают на вход измерител  10 отношени  напр жений. Измеритель 10 отнощени  напр жений определ ет коэффициент затухани  сигналов о( , как величину отношени  амплитуд преобладающих сигналов по двум каналам А и Б

ОС K-gf-,

где Ui -амплитуда преобладающего сигнала канала А;

Uj - амплитуда преобладающего сигнала канала Б.

С выхода полосового фильтра сигнал поступает также на вход триггера Шмитта 11. Триггер Шмитта 11 преобразует поступающий сигнал в сигнал, совместипыйс уровнем ТТЛ-логики.

Сигнал с выхода триггера Шмитта 11 поступает на вход блока 12 измерени  временного сдвига, одновибратора 13 и селектора 14 длительности. Одновибратор 13 вырабатывает импульсы длительностью 2мс, которые поступают на второй вход селектора 14 длительности. Селектор 14 длительности выдел ет полезный сигнал, длительность которого превыщает 2 мс, что позвол ет не учитывать электрические помехи, сбои по цеп м питани , возникающие при включении и отключении электродвигателей, насосов, компрессоров и т.д. С выхода селектора 14 длительности сигнал поступает на первый вход элемента ИЛИ 15 и вход одновибратора 27. На второй вход элемента ИЛИ 15 поступает сигнал с калибратора 16. Калибратор вырабатывает импульсы частотой 100 Гц, позвол ющие проводить калибровку прибора. С выхода элемента ИЛИ 15 сигнал поступает на вход блока 17 масщтабных коэффициентов и вход формировател  18 импульсов калиброванной длительности.

Блок 17 .масщтабных коэффициентов преобразует значение измер емой частоты исследуемого объекта в об/мин. Затем сигнал поступает на вход формировател  20 временного окна, определ ющего интервал измерени . Дл  повыщени  точности регистрации врем  выбрано 1 с. Этот интервал вырабатываетс  делением частоты, создаваемой генератором 22 и делителем 21 частоты. Импульсы , прощедщие за врем  измерени  через формирователь 20 временного окна, подсчитываютс  счетчиком 23, затем буферный

регистр 24 пам ти запоминает число импульсов , подсчитанных счетчико.м 23 за врем  предыдущего измерени , и передает его на индикатор 25.

Формирователь 18 преобразует сигналы в импульсы калиброванной длительности, после чего они поступают на интегратор 19, который преобразует частоту импульсов f в напр жение по линейному закону U K.f, где к - коэффициент пропорциональности. Одновибратор 27 вырабатывает управл ю„ щие и.мпульсы дл  АЦП 26, который с приходом управл ющих импульсов преобразует напр жение, поступающее на второй его вход с выхода интегратора 19 блока II аналогового измерени  частоты, в цифровой код который записываетс  в буферный регистр

5 28 пам ти. В интервалах между управл ющими импульсами код с регистра 28 поступает на вход ЦАП 29, выход которого соединен с преобразовател ми 30 и 30 каналов А и Б, осуществл ющими настройку полосовых фильтров 8 и 8 на резонансную частоту.

0 Применение предлагаемого устройства дает возможность повысить качество измерени  сигнала путем введени  линии обратной св зи, котора  позвол ет автоматически настраиватьс  на резонансную частоту. В известном устройстве настройка полосовых фильтров осуществл етс  вручную. При этом полоса пропускани  фильтров на уровне 0,7 равна±10 Гц относительно резонансной частоты, т.е. при расстройке фильтра относительно входного сигнала на±10 Гц ам0 плитуда выходного напр жени  отличаетс  от истинной на .

Номинальна  скорость вращени  турбобура А7Ш при бурении примерно 500 об/мин, что составл ет -| -хЗ 25 3 - число щаращек долота.

5 Так как скорость вращени  поддерживаетс  вручную увеличением осевой нагрузки на долото, то поддержание ее точно на уровне 500 об/мин не реально и она из.мен етс  в пределах 300-800 Гц или 15-40 Гц.

Изменение скорости вращени  и амплитуды сигнала происходит также при изменении твердости породы (с увеличением твердости породы резко возрастают частоты вращени  турбобура и амплитуда сигнала).

Таким образом, возникают сложности с 5 расщифровкой диаграмм и затрудн етс  определение твердости пород.

Введение обратной св зи позвол ет повысить точность и качество измерени .

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ, содержащее расположенные в каждом из трех каналов А, Б и В датчик и линию связи, соединенные последовательно, в каждом из каналов А и Б — блок вычитания, усилитель, блок выделения первой гармоники, амплитудный детектор и триггер Шмитта, причем выходы линий связи каналов А и В и Б и В подключены к входам блоков вычитания каналов А и Б соответственно, к выходам блоков вычитания последовательно подключены усилитель и блок выделения первой гармоники, к выходу блока выделения первой гармоники параллельно подсоединены амплитудный детектор и триггер Шмитта, выход амплитудного детектора подсоединен к измерителю отношения напряжений, выход триггера Шмитта канала Б соединен с первым входом блока временного сдвига, выход триггера Шмитта канала А параллельно подсоединен к входу одновибратора, первому входу селектора длитель- ности и второму входу блока временного сдвига, выход одновибратора соединен с вторым входом селектора длительности, выход селектора длительности соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом калибратора, а выход параллельно подключен к блоку масштабных коэффициентов и аналоговому блоку измерения частоты, состоящему из формирователя импульсов калиброванной длительности и интегратора, выход формирователя соединен с входом интегратора, выход блока масштабных коэффициентов подсоединен к цифровому блоку измерения частоты, включающему соединенные последовательно генератор, делитель частоты, формирователь временного окна, счетчик, буферный регистр памяти и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и качества исследований, оно снабжено линией автоматической настройки на резонансную частоту, состоящей из одновибратора, аналого-цифрового преобразователя, буферного регистра памяти, цифроаналогового преобразователя и двух преобразователей напряжение-сопротивление, причем одновибратор, аналого-цифровой преобразователь через управляющий рход, буферный регистр памяти, цифроаналоговый преобразователь соединены последовательно, к выходу цифроаналогового преобразователя параллельно подключены входы двух преобразователей напряжениесопротивление, выходы которых подсоединены к блокам выделения первой гармоники каналов А и Б, каждый к соответствующему каналу, вход одновибратора подключен к выходу селектора длительности, а выход интегратора соединен с другим входом аналого-цифрового преобразователя.