2.3 Выбор аппаратуры, её характеристика, принцип действия.

Аппаратура АКЦ состоит из скважинного прибора и наземной регистри­рующей панели с блоком питания.

В скважинном приборе размещены два разобщенных излучателя и прием­ник акустических сигналов (в место двух излучателей могут быть установлены два приемника, приемник соответственно заменяется излучателем, при этом сущность прибора сохраняется); звукоизоляторы; генератор для возбуждения из­лучателя; усилитель сигналов, электрически соединенный с приемником и сиг­нальной жилой кабеля.

Наземная панель предназначена для контроля и управления работой скважинного прибора и для обработки и регистрации аналоговых или цифровых па­раметров АКЦ и дальнейшей их передачи на ЭВМ.

Существует большое многообразие приборов акустического контроля ка­чества цементирования, обладающие своими преимуществами и недостатками. Сравним приборы акустического каротажа АКЦ-НВ-48Т, МАК-2, АКЦ-М и выбе­рем наиболее эффективный для работы прибор.

Таблица 1 - Технические характеристики приборов

Техническая характеристика	АКЦ-НВ-48Т	АКЦ-М	МАК-2
1.Максимальное гидростатическое давление, МПа	120	80	130
2. Максимальная рабочая темпера­тура, °С	120	120	150
3. Потребляемая мощность, В А	50	50	50
4. Частота, Гц	50	50	50
5. Рабочая частота излучателя, кГц	20	25	25
6. Диаметр скважин, мм	60-250	127-400	100-320
7. Диапазон измерения интербаль­ного времени распространения упругих долн, мкс/м	140-600	140-600	120-600
8. Диапазон измерения коэффици­ента затухания упругих долн, дБ/м	30	30	3-30
9. Диаметр, мм	50	90	60
10. Длина, мм	4000	2320	3800
11. Масса, кг	40	70	85
12. Интерфейс прибора	аналогодый	цифровой	цифровой

Из представленной характеристики приборов можно сделать вывод, что наиболее приемлемым и эффективным прибором для контроля качества цементи­родания является прибор МАК-2. По сравнению с прибором АКЦ-НВ-48Т и АКЦ-М он обладает большим гидростатическим давлением и рабочей температурой, т.е. более устойчив к агрессивной среде; может применяться в скважинах различно­го типа с диаметром обсадных колонн от 100 до 320 мм; обладает большим диа­пазоном измерения, дает больше информации о качестде цементиродания, нема­ловажным значением в выборе аппаратуре является и то, что аппаратура МАК-2 является цифровой и может использоваться совместно с цифровыми регистра­торами.

Устройство и принцип действия

Аппаратура акустического каротажа МАК-2 предназначена для контроля качества цементирования обсадных колонн с внутренним диаметром от 100 до 155 мм с углом наклона до 45° и с внутренним диаметром от 155 до 320мм с углом наклона до 30, а также исследования разрезов необсаженных скважин диаметром от 100 до 220 мм с углом наклона до 30° и диаметром от 220 до 320мм с углом наклона до 15, заполненных негазированной жидкостью, при максималь­ных значениях температуры окружающей среды до 130 С (б течении 2 ч ас од до 150 С) и гидростатическим давлением до 130 МПа.

Отличается от ранее используемых АКЦ жесткими центраторами, что существенно уменьшило уровень шумов в наклонно-направленных скважинах.

Аппаратура содержит два скважинных прибора один с излучателем диа­метром 73 мм, другой с излучателем диаметром 100 мм и наземный блок управ­ления со встроенной измерительной панелью УЗБА-21А.

Скважинный прибор состоит из следующих основных частей (Приложение2):

1) Акустический зонд - состоит из блока излучателя, в который входит излучатель (5), звукоизолятор (6) и блок приемников акустических сигналов, в который входят два приемника (7);

2) Блок электронный генераторный (3) для возбуждения излучателя;

3) Блок электронный приемный (12) для приема упругих волн, преобразо­вание их в электрический сигнал и передачи на наземную панель,

4) Два блока центраторов - для центрирования прибора по скважине и снижения уровня шумов.

5) Приборная головка (1) - для соединения прибора с кабельным наконеч­ником.

На концах блоков приемника и излучателя установлены разъемы типа 2РМ24-, для соединения с блоками центраторов, причем на блоке излучателя штыревой, а на блоке приемников гнездовой. Каждый из блоков центраторов со­держит неподвижную опорную гильзу (10), два подвижных корпуса (4), на которые крепятся рессоры (2) и съемные полукольца (11), которые в зависимости от диа­метра исследуемой скважины могут размещаться как между опорной и подвиж-жной втулками, так и с другой внешней стороны втулок. Для снижения уровня шумов, проходящих с центратора на корпус прибора, устанавливается звукоизо­лятор (6), состоящий из звукоизолирующих разрезных колец. Все акустические преобразователи имеют конструкцию, состоящую из прочного корпуса и разме­щенных внутри него двух катушек с сердечниками из пермендюра, которые ус-тановлены 6 резинобом чехле, залитом селиконовой жидкостью. Гидроизоляция излучателей и приемникод обеспечивается резиновыми уплотнительными кольца­ми (8), по оде стороны установлены здукоизолирующие втулки из отрезков труб с пазами.

Рисунок 9 - Схема включения аппаратуры МАК-2

Блок управления аппаратуры вырабатывает переменное напряжение для питания скважинного прибора, позволяет ступенчато регулировать коэффици­ент усиления прибора, разделяет синхроимпульсы и информационные сигналы, поступающие со скважинного прибора, и выдает их в форме удобной для после­дующих измерений параметров сигналов.

В качестве канала связи между скважинным прибором и блоком управле­ния используется трехжильный бронированный каротажный кабель КГЗ-60-180 длиной до 5,5 км. Для питания скважинного прибора и передачи информационных сигналов аппаратуры требуются две жилы каротажного кабеля и его броня. Третья жила кабеля не используется и является резервной.

Питание аппаратуры осуществляется от сети переменного тока напря­жением 220В и частотой 50Гц. Через силовой трансформатор Т2 блока управле­ния (Приложение 2) переменное напряжение поступает на формирователь напря­жения питания ФНП скважинного прибора. ФНП позволяет ступенчато через 5В регулировать напряжение питания скважинного прибора в пределах от 110 до 120В в зависимости от длины каротажного кабеля, а также производить смеще­ние напряжения питания скважинного прибора относительно точки заземления на постоянную величину 6В. При стандартном режиме питание скважинного при­бора коэффициент усиления скважинного прибора имеет минимальное значение. При положительном смещающем напряжении коэффициент усиления принимает среднее значение, а при отрицательном - максимальное значение. Через дроссели И и 1.2 среднюю точку трансформатора 77 блока управления переменное напря­жение частотой 50Гц через первую, вторую жилы и броню каротажного кабеля по фантомной схеме поступает в скважинный прибор аппаратуры.

Через среднюю точку трансформатора 77 скважинного прибора переменное напряжение поступает на силовые трансформаторы Т2 и ТЗ, а также на дели­тель напряжения, К2 в блок функциональный (БФ). На вторичных обмотках трансформаторов Т2, ТЗ вырабатываются переменные напряжения, необходимые для питания блока стабилизатора напряжения БСН-50, блока стабилизаторов напряжения БСН-7,5 и блока выпрямителей БВ. БСН-50 выдает стабилизирован­ное напряжение 50 В, необходимое для питания блокинг-генератора (БГ) и блока синхронизации и управления БСУ. БСН-7,5 выдает стабилизированные напряжения 7,5 В и минус 7,5 В, необходимые для питания блока усилителя БУС, а также блока синхронизации и управления БСУ. Блок стабилизаторов напряжения БСН-40, который питается от блока выпрямителей, вырабатывает стабилизированные напряжения 40 В и минус 40 В, необходимые для работы оконечных каскадов блока усилителя. Блокинг-генератор вырабатывает высокое напряжение, пред­назначенное для заряда конденсаторов С1, С2, питающих генератор импульсов возбуждения ГИВ излучателя. Синхронизация работы скважинного прибора осуществляется переменным напряжением частотой 50Гц, сформированным на выходе делителя К1, К2 блока функционального БФ. С Выхода этого делителя переменное напряжение поступа­ет на вход блока синхронизации и управления, который осуществляет деление частоты 50 Гц в два раза и формирует короткие импульсы частотой 25 Гц, за­пускающие генератор импульсов возбуждения ГИВ, а также синхроимпульсы и управляющие сигналы, необходимые для работы блока усилителя. Синхроимпульсы с выхода БСУ через конденсатор С1 блока функционального БФ, среднюю точку трансформатора 77 прибора, первую и вторую жилы каротажного кабеля относи­тельно его брони передаются в наземный блок управления аппаратуры. Управля­ющие сигналы, вырабатываемые БСУ, поочередно с частотой 12,5 Гц подключают выходы приемников акустических сигналов П1 и П2 к усилительному тракту БУС. Кроме того БСУ формирует управляющие сигналы, определяющие коэффициент усиления БУС. Для формирования этих сигналов используется информация, пос­тупающая на вход БСУ с резистора КЗ блока функционального БФ. Резистор КЗ является датчиком тока питания скважинного прибора. При стандартном режиме питания постоянное напряжение смещения на этом резисторе отсутствует. При этом БСУ формирует управляющие сигналы, устанавливающие минимальный коэф­фициент усиления БУС. При положительном смещении напряжения питания, сфор­мированном в блоке управления аппаратуры, на входе БСУ создается положи­тельный потенциал 0,6 В, на выходе формируются управляющие сигналы, уста­навливающие средний коэффициент усиления БУС. При отрицательном смещении напряжения питания прибора на выходе БСУ формируются управляющие сигналы, устанавливающие максимальный коэффициент усиления БУС.

Помимо вышеописанных функций, БСУ формирует импульсы длительностью (5-10) мс, задающие время работы блокинг-генератора БГ. В это время происхо­дит заряд конденсаторов С1, С2 высоким напряжением на выходе БГ.

Излучатель и скважинного прибора, возбуждаемый генератором импульсов ГИВ, периодически (с частотой 25 Гц) создает в скважине импульсы упругих ко­лебаний, которые распространяясь вдоль скважины, попадают на акустические приемники П1 и П2 прибора. Приемники П1 и П2 преобразуют принятые импульсы упругих колебаний в электрические сигналы. Поочередно с частотой 12,5 Гц электрические сигналы с выходов приемников П1 и П2 поступают д тракт усиле­ния БУС. После усиления с выхода БУС через трансформатор Т1 прибора по первой и второй жилам каротажного кабеля информационные сигналы волновых кар­тин (ВК) передаются б наземный блок управления аппаратуры.

Блок управления аппаратуры с помощью трансформатора 77, конденсатора С1, дросселей 11, 12 и селектора синхроимпульсов с СИ позволяет разделить ин­формационные сигналы и синхроимпульсы, поступающие со скважинного прибора. Вторичный источник питания ВИП, вырабатывающий стабилизированные напряже­ния 5В и минус 5В, предназначен для питания селектора синхроимпульсов. С вторичной обмотки трансформатора 77 информационные сигналы поступают на выходы блока управления (клеммы ВК1 и ВК2).

Селектор синхроимпульсов вырабатывает на выходе блока управления (клемма СИ) следующие комбинации синхроимпульсов-

СИ1 -синхроимпульсы, соответствующие моменту возбуждения излучателя в цикле приема сигналов от ближнего приемника скважинного прибора;

СИ2-синхроимпульсы, соответствующие моменту возбуждения излучателя в цикле приема сигналов от дальнего приемника скважинного прибора,-

СИ1+2-сумму синхроимпульсов СИ1 и СИ2;

СИ1+Р+2-сумму синхроимпульсов СИ1, СИ2 и реперного синхроимпульса, вырабатываемого через 20 мс после СИ1;

СИ-сумму синхроимпульсов, поступающих со скважинного прибора.

Информационные сигналы и синхроимпульсы, вырабатываемые на выходах блока управления аппаратуры МАК-2, предназначены для передачи в наземные измерительные панели типа УЗБА-21 и УЗБА-21А, с помощью которых произво­дится измерение кинематических и динамических характеристик принятых сиг­налов.

В наземной измерительной аппаратуре первоначально регистрируются следующие параметры сигналов волновых картин (рисунок 10)-'

1) Т1 - время распространения от излучателя до первого приемника первой положительной фазы колебания упругих волн, превышающий по амплитуде установленный пороговый уровень Ип;

2) А1П - амплитуда первой положительной фазы колебаний упругих волн, которая превышает установленный пороговый уровень ИП и регистрируется б плавающем временном окне Т+

3) А1К - амплитуда упругих волн, регистрируемая в фиксированном вре­менном окне, которое устанавливается в интервале прихода на первый приемник первого положительного вступления волны по колонне;

4) Т2 - время распространения от излучателя до второго приемника первой положительной фазы колебаний упругих волн, превышающей по амплитуде установленный пороговый уровень И

5) А2П - амплитуда второй положительной фазы колебаний упругих волн, которая превышает установленный пороговый уровень ИП и регистрируется в плавающем временном окне, открывающемся в момент времени Т2;

6) А2К - амплитуда упругих волн, регистрируемая в фиксированном вре­менном окне, которое устанавливается в интервале прихода на второй приемник первого положительного вступления волны по колонне.

Рисунок 10 - Параметры упругих волн, регистрируемые аппаратурой МАК-2