SU832512A1 - Способ формировани импульсов упругихКОлЕбАНий пРи АКуСТичЕСКОМ КАРОТАжЕ СКВАжиН - Google Patents

Description

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано в аппаратуре, предназначенной для исследования нефтяных и газовых скважин методом низкочастотного акустического каротажа (АК)*. ⁵

Для обеспечения оптимальных условий работы, электроакустический преобразователь аппаратуры низкочастотного АК должен излучать импульсы упругих колебаний с полосой частот от 5-6 до 25 кГц и длительностью 2,- 3 периода.·

Известен способ получения импульсов упругих колебаний, реализованной, например, в серийной аппаратуре акустического каротажа СПАК. Согласно известному способу формирование импульсов упругих колебаний осуществляется с помощью кольцевых магнитострикционных преобразователей, по обмотке которых пропускают электрические импульсы колоколообразной формы. В аппаратуре используются высокодоброт2 ные магнитострикционное преобразователи, поэтому сформированные упругие импульсы имеют относительно высокую частотуί?25 кГц, и главное, узкий спектр 20-30 кГц DJОднако известный способ не нашел применения в аппаратуре низкочастотного АК.

Известен также способ формирования низкочастотных импульсов с широким частотным спектром.

Способ заключается в том, что низкочастотные упругие импульсы с широким спектром получают при помощи магнитострикционного преобразователя, кольцевой сердечник которого набран из тонких колец различного диаметра. При возбуждении такого сердечника колоколообразным электрическим импульсом каждое кольцо колеблется на. собственной частоте, определяемой его средним диаметром. Выбрав соответствующие диаметры колец, можно при их одновременной работе получить ши3 рокий низкочастотный спектр упругих колебаний, требуемый для аппаратуры низкочастотного АК [2].

Однако технически реализованный магнитострикционный излучатель на спектр 5-25 кГц имеет диаметр порядка 500-600 мм, в результате чего он не может быть использован для исследования нефтяных и газовых скважин, диаметры которых составляют 150-300 мм Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ получения широкого спектра колебаний путем укорочения упругого импульса за счет применения низкодобротного магнитострикционного излучателя, например тонкостенного цилиндра.

При этом, с целью получения макси-, мальной амплитуды упругого импульса, возбуждение излучателя осуществляется импульсом тока колоколообразной формы, длительность которого обеспе- чивает резонансный режим колебаний, а амплитуда достаточна для досчижения магнитного насыщения последнего.

Изменяя толщину стенки сердечника, можно получить необходимое количество полупериодов в импульсе упругих колебаний. При этом все полупериоды имеют одинаковую длительность, равную половине периода основной частоты сердечника [з ].

Недостаток способа состоит в том, что при реальных размерах излучателя (70-80 мм) в излучаемом спектре упругих колебаний отсутствуют низкочастотные составляющие с частотой 5-12 кГц', необходимые для низкочастотного АК.

Цель изобретения - повышение функциональных возможностей, излучателя путем расширения спектра излучаемого упругого импульса.

Поставленная цель достигается путем реализации способа формирования импульсов упругих колебаний с помощью низкодобротного магнитострикционного излучателя, возбуждаемого импульсом колоколообразной формы в режиме резонансных колебаний и повторного возбуждения излучателя импульсам обратной полярности так, что повторное возбуждение осуществляется во временном интервале, соответствующем четвертой четверти первого периода собственных колебаний излучателя, причем длительность импульса повторного возбуждения выбирается так, что временного интерповторного воз832512 4 бы она не превышала вала между моментом буждения и окончанием первого периода собственных колебаний, а его амплитуда выбрана так; чтобы она скомпенсировала остаточную намагниченность материала сердечника от первого возбуждения.

Воздействие повторного возбуждения накладывается на ния сердечника, и нию длительности импульса упругих

Длительность колебаний также ; новится близкой : го полупериода, ι ротности сердечника излучателя,

В результате увеличения длитель- * ности второго и третьего полупериодов упругого импульса, излучаемые импульсы при реальных размерах сердечника имеют широкий спектр - 5-25 кГц с достаточным количеством низкочастотных составляющих, что требуется для· эффективной работы низкочастотного АК.

На фиг. 1 приведен пример реализации схемы устройства для формирования упругих импульсов по предлагаемому способу; на фиг. 2 жений и токов.

Основными элементами варианта схемы являются нератор I, мультивибратор 2 задержки, дифференцирующая цепь 3, генератор 4 прямого возбуждения, генератрр 5'повторного возбуждения, низкодобротный излучатель 6 с обмотками 7 и 8.

Задающий генератор 1 генерирует остроконечные импульсы(фиг.2 эпюра 9)Ь частотой повторения, равной частоте повторения излучаемых упругих импульсов . Этими импульсами запускайся мультивибратор задержки 2, который генерирует прямоугольные импульсы (фиг. 2 эпюра 10).

Прямоугольные импульсы поступают

3, на выположительфронта и заднего Положи- . собственные колеба: приводит к увеличе: второго полупериода : колебаний.

третьего полупериода увеличивается и стак длительности второвследствие низкой добэпюры напряописываемого задающий гена дифференцирующую цепь ходе которой формируется ный импульс от переднего отрицательный импульс от фронта (фиг. 2 эпюра 11). тельным импульсом запускается генератор 4 прямого возбуждения, который формирует колоколообразный импульс тока (фиг. 2 эпюра 12), протекающий по обмотке 7 излучателя.

832512 6

В результате того, что длительность второго и третьего полупериодов импульса упругих колебаний увеличилась, частотный спектр импульса расширяется в область низких частот.

Длительность импульса тока равна половине периода собственной частоты излучателя, а амплитуда обеспечивает создание в сердечнике магнитной индукции насыщения (фиг. 2 эпюра 13) для получения максимальной амплитуды упругого импульса.

После протекания первого импульса тока по обмотке 7 в сердечнике излучателя действует магнитная индукция ю Вд(фиг. 2 эпюра 13), величина которой определяется постоянной составляющей тока и остаточной намагниченностью материала сердечника.

Под воздействием импульса тока 15 прямого возбуждения сердечник излучателя стремится колебаться в режиме собственных гармонических затухающих колебаний (фиг. 2 эпюра 14).

В то время как сердечник излуча- 20 теля совершает свободные колебания , в четвертой четверти первого периода, отрицательным импульсом (фиг. 2 эпю- . ра 11) в момент t^. запускается генератор повторного возбуждения 5, ко- 25 торый формирует импульс тока обратной полярности (фиг. 2 эпюра 15) , протекающий по обмотке излучателя 8. Амплитуда импульса выбирается такой, чтобы создаваемая индукция скомпен- 30 сировала остаточную намагниченность от первого возбуждения(Вд= 0, фиг. 2 эпюра 16).

Импульс обратной полярности действует во временном интервале 35 при этом на свободные колебания сердечника излучателя накладываются вынужденные силы магнитострикции, которые препятствуют действию упругих сил свободных колебаний и увеличивают , '40 длительность второго полупериода, В связи с тем, что сердечник излучателя низкодобротный, длительность тре- . тьего полупериода также увеличивается (фиг. 2 эпюра 17). 45

Claims (3)

1. 3 рокий низкочастотный спектр упругих колебаний, требуемый дл  аппаратуры низкочастотного АК 2. Однако технически реализованный магнитострикцнонный излучатель на спектр 5-25 кГц имеет диаметр пор дка 500-600 мм, в результате чего он не может быть использован дл  исследовани  нефт нь1х и газовых скважин, диаметры которых составл ют 150-300 м Наиболее близким к предлагаемому техническим решением  вл етс  способ получени  широкого спектра колебаний путем укорочени  упругого импульса за счет применени  низкодобротного магнитострикционного излучател , например тонкостенного цилиндра. При этом, с целью получени  макси мальной амплитуды упругого импульса, возбуждение излучател  осуществл етс  импульсом тока колоколообразной формы, длительность которого обеспечивает резонансный режий колебаний, а амплитуда достаточна дл  достижени  магнитного насыщени  последнего. Измен   толщину стенки сердечника , можно получить необходимое количество полупериодов в импульсе упругих колебаний. При этом-все полупериоды имеют одинаковую длительность, равную половине периода основной час тоты сердечника з . Недостаток способа состоит в том, что при реальлых размерах излучател  (70-80 мм) в излучаемом спектре упругих колебаний отсутствуют низкочастотные составл кицие с частотой 5-12 кГц , необходимые дл  низкочастотного АК. Цель изобретени  - повышение функ циональных возможностей, излучател  путем расширени  спектра излучаемого упругого импульса. Поставленна  цель достигаетс  пут реализации способа формировани  импульсов упругих колебаний с помощью низкодобротного магнитострикционного излучател , возбуждаемого импульсом колоколообразной формы в режиме резонансных колебаний и повторного возбуждени  излучател  импульсдм обратной пол рности так, что повторно возбуждение осуществл етс  во време ном интервале, соответствующем четвертой четверти первого периода собственных колебаний излучател , причем длительность импульса повторного возбуждени  выбираетс  так, чт 24 бы она не превьш1ала временного интервала между моментом повторного возбуждени  и окончанием первого периода собственных колебаний, а его амплитуда выбрана так чтобы она скомпенсировала остаточную намагниченность материала сердечника от первого возбуждени . Воздействие повторного возбуждени  накладываетс  на собственные колебани  сердечника, и приводит к увеличению длительности второго полупериода импульса упругих колебаний. Длительность третьего полупериода колебаний также увеличиваетс  и становитс  близкой к длительности второго полупериода, вследствие низкой добротнос .ти сердечника излучател . В результате увеличени  длительности второго и третьего полупериодов упругого импульса, излучаемые импульсы при реальных размерах сердечника имеют широкий спектр - 5-25 кГц с достаточным количеством низкочастотных составл юищх, что требуетс  дл  эффективной работы низкочастотного АК. На фиг. 1 приведен пример реализации схемы устройства дл  формировани  упругих импульсов по предлагаемому способу; на фиг. 2 - эпюры напр жений и токов. Основными элементами описьшаемого варианта схемь  вл ютс  задающий генератор I, мультивибратор 2 задержки, дифференцирующа  цепь 3, генератор 4 пр мого возбуждени , генератрр 5повторного возбуждени , низ6:одобротный излучатель 6 с обмотками 7 и 8. Задающий генератор 1 генерирует остроконечные импульсыfфиг.2 эпюра 9Jb частотой повторени , равной частоте повторени  излучаем;з1х упругих импульсов . Этими импульсами запускаедс  мультивибратор задержки 2, который генерирует пр моугольные импульсы (фиг. 2 эпюра 10). Пр моугольные импульсы поступают на дифференцирующую цепь 3, на выходе которой формируетс  положительньй импульс от переднего фронта и отрицательный импульс от заднего фронта (фиг. 2 эпюра П). Положительным импульсом запускаетс  генератор 4 пр мого возбуждени , который формирует колоколообразный импульс тока (фиг. 2 эпюра 12J, протекающий по обмотке 7 излучател . Длительность импульса тока равна половине периода собственной частоты излучател , а амплитуда обеспечивает создание в сердечнике магнитной индукции насыщени  (фиг. 2 эпюр 13) дл  получени  максимальной амплитуды упругого импульса. После протекани  первого импульс тока по обмотке 7 в сердечнике излучател  действует магнитна  индукци  В5(фиг. 2 эпюра 13), величина которой определ етс  посто нной составл ющей тока и остаточной намагниченностью материала сердечника. Под воздействием импульса тока пр мого возбуждени  сердечник излучател  стремитс  колебатьс  в режиме собственных гармонических затухакщих колебаний (фиг. 2 эпюра 14)« В то врем  как сердечник излучател  совершает свободные колебани  в четвертой четверти первого периода отрицательным импульсом (фиг. 2 эпюра II) в момент tа запускаетс  генератор повторного возбуждени  5, который формирует импульс тока обратной пол рности (фиг, 2 эпюра 15) , протекающий по обмотке излучател  8. Амплитуда импульса выбираетс  такой, чтобы создаваема  индукци  скомпенсировала остаточную намагниченность от первого возбуждени  ( BC. О, фиг. 2 эпюра 16). Импульс обратной пол рности дейст вует во временном интервале при этом на свободные колебани  сердечника излучател  накладываютс  вынужденные силы магнитострикции, кото рые преп тствуют действию упругих си свободных колебаний и увеличивают длительность второго полупериода. В св зи с тем, что сердечник излучател  низкодобротный, длительность третьего полупериода также увеличиваетс  (фиг. 2 эпюра 17). 126 В результате того, что дпительность второго и третьего полупериодов импульс д упругих колебаний увеличилась , частотный спектр импульса расшир етс  в область низких частот. Формула изобретени  Способ формировани  импульсов упругих колебаний при акустическом каротаже скважин, при котором электри- . ческим импульсом возбуждают в режиме резонансных колебаний низкодобротный магнитострикционный излучатепь, отличающийс  тем, что, с целью повьщ ени  функциональных возможностей излучател  путем расширени  спектра излучаемого упругого импульса , излучатель повторно возбу дают во временном интервале, соответствую щем четвертой четверти первого периода собственных колебаний, импульсом обратной пол рности, длительность которого не превьшает временного интервала между моментом повторного воздействи  и окончанием первого периода собственных колебаний, а амплитуда компенсирует остаточную намагниченность от первого возбуждени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Ивакин Б.Н., Карус Е.В. и Кузнецов О,Л. Акустический метод исследовани  скважин, М., Недра, 1978, с. 144-145.
2. 2.Патент США № 3.136.381 Нкл. 340155 опублик. 1965.
3. 3.Косолапов А.Ф. и Дзебань И.П. Кольцевой магдатострикционный излучатель дл  приборов акус тческого каротажа . Сб. Геоакустические исследовани  в скважинах. Труды ВНИИГЯГГ вып. 18. М., ОНТИ ВНИИЯГГ, 1974, с. 111-121 (прототип ;|.

   Фи&.1

   5

   и

   Фиг. 2