СКВАЖИННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ ШУМОМЕР

Полезная модель относится к области геофизики, а именно к исследованию акустического поля в нефтяных и газовых скважинах. Скважинный спектральный шумомер предназначен для геофизических исследований газовых и нефтяных скважин с целью выявления интервалов заколонных перетоков.
Из предшествующего уровня техники известен ряд устройств, предназначенных для исследования нефтяных и газовых скважин методом акустической шумометрии [1].
Акустический шумомер [2] используется для регистрации частотных параметров акустических колебаний. В этом приборе электрический сигнал, полученный с помощью электроакустического преобразователя, предварительно обрабатывается для того чтобы зафиксировать его максимальные значения [3] в каждом из четырех частотных диапазонов. Недостатком данного устройства является то, что не производится регистрация исходного электрического сигнала с электроакустического преобразователя. Это ведет к снижению информативности данных, характеризующих акустическое поле, вследствие этого снижается достоверность выявления интервалов заколонных перетоков в нефтегазовых скважинах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для скважинной спектральной шумометрии, приведенное в [4], позволяющее детектировать поток жидкости за обсадной трубой скважины. Устройство содержит гидрофон, каскад усиления, аналого-цифровой преобразователь, блок компьютерной обработки, внутреннюю энергонезависимую память [5] и позволяет производить спектральный анализ в частотном диапазоне от 8 Гц до 60 кГц. Электрический сигнал с гидрофона сохраняется в виде 1024 измеренных отсчетов на частоте дискретизации 120 кГц, в энергонезависимой внутренней памяти, таким образом сохраняются выборки длиной 8,53 мс каждую секунду. В альтернативном варианте во внутреннюю память записываются данные частотного спектра в виде 1024 дискретных частотных каналов, что является преимуществом в сравнении с акустическим шумомером [2]. К недостаткам этого устройства можно отнести то, что регистрация данных выполняется в только фиксированном временном окне с определенной периодичностью, т.е. вне этого временного интервала данные акустического поля в скважине игнорируются. Это приводит к снижению информативности регистрированных данных и, следовательно, увеличивает вероятность неверной интерпретации записанных данных акустического шума при определении его типа.
Данная полезная модель устраняет недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение достоверности интерпретации акустического поля в нефтегазовых скважинах, за счет увеличения информативности регистрируемых данных по сравнению с уже известными техническими решениями.
Технический результат достигается за счет того, что скважинный спектральный шумомер конструктивно выполнен в виде герметичного корпуса цилиндрической формы, на одном из торцов которого расположен разъем для подключения геофизического кабеля, внутри герметичного корпуса расположены два гидрофона [6], расстояние между которыми выбирается с учетом максимального значения длины волны анализируемого диапазона акустических колебаний, печатные платы с установленными на них интегральными микросхемами: операционных усилителей, цифровых потенциометров, программируемых фильтров на переключаемых конденсаторах [7], аналого-цифровых преобразователей. Все эти элементы образуют два идентичных независимых функциональных блока аналоговой обработки, посредством которых осуществляется преобразование акустических сигналов в электрические и их оцифровывание. Использование двух независимых блоков аналоговой обработки позволяет оценивать спектральную плотность сигнала [8], включая его фазовую составляющую, тем самым обеспечивается повышение точности и разрешения спектрального анализа. Также печатные платы содержат микроконтроллер [9] [10] [11] [12] и внутреннюю энергонезависимую память, в которую производится сохранение оцифрованного сигнала акустического поля, причем регистрация данных происходит непрерывно без разрывов во времени, что повышает достоверность его интерпретации.
Сущность полезной модели поясняется на фигуре 1.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства: герметичный корпус 1, в котором расположены: два идентичных функциональных блока аналоговой обработки (2 и 3); микроконтроллер 4; внутренняя энергонезависимая память 5; блок питания 6; блок сопряжения 7; разъем для подключения геофизического кабеля 8. Блоки аналоговой обработки идентичны, их функциональные схемы представлены на фиг. 1: гидрофоны (9 и 14); усилители (10 и 15), цифровые потенциометры (13 и 18), программируемые фильтры (11 и 16) и аналого-цифровые преобразователи (12 и 17).
Скважинный спектральный шумомер работает следующим образом.
Акустические колебания среды, воздействуя на гидрофоны (9 и 14), возбуждают в них электрические колебания, которые усиливаются усилителями (10 и 15), коэффициенты усиления которых задаются цифровыми потенциометрами (13 и 18). С выходов усилителей сигнал подается на входы программируемых фильтров (11 и 16), центральная частота и добротность которых программируется микроконтроллером 4 согласно его управляющей программе. С выхода программируемых фильтров сигнал подается на входы аналого-цифровых преобразователей (12 и 17), затем оцифрованный сигнал считывается микроконтроллером 4 и сохраняется во внутреннюю энергонезависимую память 5, далее в микроконтроллере 4 осуществляется анализ принятых данных с помощью методов, описанных в [13]. По результатам анализа происходит формирование сигналов управления для цифровых потенциометров (13 и 18) и программируемых фильтров (11 и 16), тем самым обеспечивается адаптация к принимаемому сигналу для нормирования его динамического диапазона. Обработка сохраненных во внутренней памяти данных выполняется на поверхности при последующем извлечении спектрального шумомера. Все функциональные блоки скважинного спектрального шумомера получают питание от блока питания 6. Питание для скважинного спектрального шумомера подается на блок питания 6 через блок сопряжения 7, который подсоединен к разъему для подключения геофизического кабеля 8, по которому в свою очередь подается напряжение питания с наземного источника питания. Кроме того, при отсутствии питания на разъеме 8, блоком питания 6 формируется автономное питание, что позволяет использовать скважинный спектральный шумомер при проведении спускоподъемных операций на специальной проволоке в автономном режиме. При использовании подключения через геофизический кабель осуществляется двунаправленная связь скважинного спектрального шумомера с наземным каротажным регистратором [14] путем передачи на скважинный прибор управляющих команд и получения соответствующих ответов для оперативного контроля данных, записываемых во внутреннюю энергонезависимую память 5. Реализация двунаправленной связи выполнена следующим образом: управляющие команды с разъема для подключения геофизического кабеля 8 поступают в блок сопряжения 7, где происходит их выделение, декодирование и передача в микроконтроллер 4, в котором происходит их обработка и формирование ответа, который передается в блок сопряжения 7 и далее на разъем для подключения геофизического кабеля 8.
Предлагаемая полезная модель может быть использована для определения интервалов заколонных и межпластовых перетоков флюидов, состава притока, выявления не герметичностей подземного оборудования скважин.
Технико-экономическая эффективность от использования предлагаемого устройства определяется повышением достоверности интерпретации акустического поля в нефтегазовых скважинах за счет увеличения информативности регистрируемых данных.
Литература:
1. РД 153-39.0-072-01. Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах. Москва. 2002 г.
2. АШ-28. Малогабаритный акустический шумомер. Режим доступа: http://www.npf-geofizika.ru/?part_id=41,51,76&obj_id=457 (дата обращения: 30.11.2015).
3. ГОСТ 16465-70. Сигналы радиотехнические измерительные. Термины и определения.
4. Патент на изобретение. 2499283 РФ. МПК G01V 1/48. Способ и устройство для скважинной спектральной шумометрии / Давыдов Д.А., Асланян A.M.
5. Гук М.Ю. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия. СПб.: Питер, 2002. - 528 с.
6. Голямина И.П. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. - М.: «Советская энциклопедия», 1979. 400 с.
7. Махлин А. Фильтры на переключаемых конденсаторах. Режим доступа: http://kit-e.ru/articles/condenser/2008_6_10.php (дата обращения: 3.11.2015).
8. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для вузов. - М.: «Сов. радио», 1977. - 608 с.
9. Сперанский B.C. Сигнальные микропроцессоры и их применение в системах Телекоммуникаций и электроники. Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2008. 168 с.
10. Шишков А.Н. Микроконтроллеры. МАИ, каф. 404. Режим доступа: http://frela-1C:\\Mikrokontrollery.pdf (дата обращения: 3.11.2015).
11. И.В. Соппа, А.С. Самардак, В.А. Иванов. Микропроцессоры и микроконтроллеры. Владивосток: Изд-во Дальневосточного ун-та. 2009. 211 с.
12. Самоделов А. Новые двухъядерные микроконтроллеры для систем управления F28M35x семейства Concerto корпорации Texas Instruments. // Компоненты и технологии. 2011. №10-12. Шишков А.Н. Микроконтроллеры.
13. Адаптивные фильтры: Пер. с англ. / Грант П.М., Коуэн К.Ф.Н., Фридлендер Б. и др.; под ред. К.Ф.Н. Коуэна и П.М. Гранта. - М.: Мир, 1988. 388 с.
14. Блок каротажного регистратора ВУЛКАН V3. Режим доступа: http://www.npf-geofizika.ru/?part_id=41,251&obj_id=438 (дата обращения: 07.12.2015).