УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГЕОАКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА
GEO-ACOUSTIC LOGGING DEVICE

Изобретение относится к геофизике и применяется для измерения трех составляющих вектора вибрации в скважине, обусловленного естественными причинами. Вибрация скважинного прибора может быть вызвана движением воды, нефти, газа, тектоническими нарушениями в стволе и околоскважинном пространстве. С увеличением глубины скважин на месторождениях углеводородов остро стоит вопрос о термостабильности и надежности скважинной аппаратуры, а также высокой помехозащищенности канала связи между скважинной и наземной аппаратурой. Измерение геоакустических сигналов в промысловых скважинах производится через обсадную стальную колонну, которая очень часто бывает намагничена. Это приводит к стиранию магнитных меток на кабеле и ошибкам в определении глубины нахождения скважинного прибора. Поэтому необходимо обеспечить возможность использования блока гамма-каротажа для привязки глубин по пластам с повышенной естественной радиоактивностью. Измерение температуры в скважине в момент измерения геоакустических сигналов позволяет более однозначно интерпретировать полученные данные. Геоакустические сигналы, обусловленные вибрацией среды, могут изменяться в очень широком диапазоне амплитуд на различных объектах. Для получения хорошей разрешающей способности устройства необходимо иметь возможность регулировать диапазоны измеряемых сигналов в процессе каротажа.
Известно устройство [1], содержащее расположенный в скважинном приборе датчик вибрации (пьезодатчик), усилитель и наземный пульт. Недостатком этого устройства является то, что оно не может измерять три компоненты вектора вибрации и имеет плохую, из-за отсутствия модуляции, помехозащищенность канала связи скважинного прибора с наземным пультом. Не предусмотрено подключение термометра и блока гамма-каротажа.
Известно устройство [2], содержащее блок из трех взаимоортогональных вибропреобразователей (акселерометров), усилитель сигналов, наземный пульт. Недостатком данного устройства является необходимость применения трехжильного каротажного кабеля и слабая помехозащищенность канала связи скважинного прибора и наземного пульта. Не предусмотрено подключение термометра и блока гамма-каротажа. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является аппаратура [3], содержащая в скважинном приборе три взаимоортогональных датчиков геоакустических сигналов, коммутаторы, усилитель сигналов, блок фильтров, аналого-цифровой преобразователь, блок управления. К недостаткам прибора относится то, что невозможно регулировать диапазон измерения геоакустических сигналов в процессе каротажа и наличие блока фильтров и АЦП в скважинном приборе, что усложняет схему скважинного прибора, уменьшает надежность прибора и при повышенных температурах может привести к изменению полос частот применяемых сигналов.
Устройство для проведения геоакустического каротажа, содержащее три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов, усилитель, коммутаторы, блок управления, блок фильтров, блок выпрямителей, аналого-цифровой преобразователь, регистр, отличается тем, что в него дополнительно введены в скважинный прибор соединенные последовательно частотно-импульсный модулятор и управляемый выходной каскад, датчик температуры, блок гамма-каротажа с выходами на постоянном токе, причем выходы усилителя, датчика температуры и блока гамма-каротажа через коммутатор подключены ко входу частотно-импульсного модулятора, выход управляемого выходного каскада подключен к каротажному кабелю, второй его вход к блоку управления, а в наземный пульт введен формирователь импульсов, фильтр нижних частот, блок выделения паузы, выход которого соединен с управляющим входом блока управления наземного пульта, вход формирователя импульсов подключен к каротажному кабелю, а его выход соединен со входами блока выделения паузы и фильтра нижних частот, выход которого подключен ко входам блока фильтров и через коммутатор ко входу аналого-цифрового преобразователя.
На чертеже изображена функциональная схема устройства.
Устройство содержит:
1, 2, 3 - датчики геоакустических сигналов,
4 - датчик температуры,
5 - блок гамма-каротажа,
6 - 1-й коммутатор,
7 - усилитель,
8 - 2-й коммутатор,
9 - частотно-импульсный модулятор,
10 - управляемый выходной каскад,
11 - блок управления скважинного прибора,
12 - стабилизатор напряжения скважинного прибора,
13 - формирователь импульсов,
14 - фильтр нижних частот,
15 - блок выделения паузы,
17 - блок полосовых фильтров,
18 - блок выпрямителей,
19 - 3-й коммутатор,
20 - аналого-цифровой преобразователь,
21 - сдвигающий регистр,
22 - блок питания скважинного прибора,
23 - одножильный каротажный кабель.
o
Устройство работает следующим образом: связь скважинного прибора с наземным пультом осуществляется при помощи одножильного каротажного кабеля, по которому также подается напряжение питания. Скважинный прибор устройства работает с временным разделением каналов за семь тактов (в режиме непрерывной генерации сигналов информации). Синхронизация принимаемой информации наземным пультом осуществляется в момент паузы в ее передачи со скважинного прибора. В первый такт работы скважинного прибора закрыты все ключи коммутатора 8 и на входе частотно-импульсного модулятора 9 напряжение равно нулю, а на выходе импульсы с частотой f (несущая частота). Во второй, третий и четвертый такт коммутатор 6 поочередно подключает акселерометры 1, 2, 3 ко входу усилителя 7. В эти три такта коммутатор 8 подключает выход усилителя 7 ко входу частотно-импульсного модулятора 9. В пятый и шестой такт коммутатор 8 подключает выходы термометра 4 и блока гамма-каротажа 5 ко входу блока 9. Выходные импульсы модулятора 9 поступают на вход управляемого выходного каскада 10. В седьмой такт работы скважинного прибора производится блокировка выходного каскада и получается пауза в передаче информации. После паузы снова наступает первый такт работы скважинного прибора. В наземном пульте блок 13 формирует из частотно-модулированного сигнала, поступившего по кабелю, однополярные импульсы с заданной длительностью и амплитудой. Максимальная частота модулирующего сигнала на порядок ниже несущей частоты частотно-импульсного модулятора. Частота среза фильтра нижних частот равна максимальной частоте моделирующего геоакустического сигнала. На выходе фильтра нижних частот 14 при однополярных импульсах на выходе формирователя 13 будем иметь напряжение, пропорциональное
o
m
U=U±Ucos ωt,
o
o
где U - постоянное напряжение, при нулевом сигнале на входе модулятора 9, которое зависит от частоты f, амплитуды и длительности импульсов на выходе формирователя 13;
m
U - амплитуда модулирующего сигнала;
ω - частота модулирующего сигнала.
o
Это напряжение поступает на вход блока полосовых фильтров 17, имеющего несколько полос частот (например, четыре), при этом постоянная составляющая U отсекается. После выпрямления сигналов с различных выходов полосовых фильтров блоком 18 они через коммутатор 19 поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 20 и далее на сдвигающий регистр 21, формирующий последовательный код в стандарте интерфейса RS232C. За время подключения каждого датчика геоакустических сигналов 1, 2, 3 через коммутатор 6 ко входу усилителя 7 производится оцифровка блоком 19 измеряемого сигнала четыре раза в четырех различных полосах частот. При подключении в пятый и шестой такты работы скважинного прибора термометра и блока гамма-каротажа с выходами на постоянном токе ко входу модулятора 9 напряжения на входе аналого-цифрового преобразователя 20 будут равны:
1
0
T
U=U±U,
2
0
r
U=U±U,
T
где U - напряжение, пропорциональное температуре;
r
U - напряжение, пропорциональное естественной радиоактивности.
o
o
1
2
o
Так как в первый такт работы скважинного прибора отсутствует напряжение на входе модулятора 9, напряжение на входе аналого-цифрового преобразователя 19 равно U. Вычитая программным способом U из значений U и U, получаем цифровое значение, пропорциональное температуре и естественной радиоактивности и не зависящее от несущей частоты. При отсутствии на входе блока 15 импульсов в течение заданного интервала времени (пауза в передачи информации) на его выходе появляется импульс, говорящий о том, что начинается новый цикл работы скважинного прибора. Этим импульсом включается блок управления 16 на семь тактов работы скважинного прибора, который управляет работой коммутатора 19, аналого-цифрового преобразователя 20 и регистра 21. Измерение устройством производится по стволу скважины с заданным шагом глубин с остановкой скважинного прибора на точках измерений и записью информации на персональном компьютере. В заключении следует отметить, что устройство обладает хорошей термостабильностью, так в скважинном приборе отсутствует блок фильтров и кроме того постоянно измеряется напряжение U в первый такт работы, которое характеризует значение несущей частоты модулятора и ее температурные изменения. Устройство обладает хорошей помехозащищенностью канала связи скважинного прибора и наземного пульта за счет применения частотно-импульсной модуляции. Изменяя коэффициент передачи блока полосовых фильтров, например, с помощью делителя напряжения на его входе возможен выбор оптимального диапазона амплитуд измеряемых сигналов в процессе каротажа, что позволяет получить требуемый динамический диапазон и высокую разрешающую способность устройства.
Источники информации
1. Малкин З.М., Лашкевич Л.С. Скважинный спектральный шумомер. Труды Московского института нефтехимической и газовой промышленности.
2. Фадеев В.А. Аппаратура для регистрации естественного сейсмоакустического и электромагнитного излучения горных пород в скважинах. Сб. науч. тр. Геолого-геофизические методы исследования месторождений полезных ископаемых. - Караганда.
3. Астраханцев Ю.Г., Троянов А.К. Устройство для изменения геоакустических шумов в скважине. Патент РФ №2123711 GO1V1/40.