RU2190242C1

RU2190242C1 - Process of wave acoustic logging

Info

Publication number: RU2190242C1
Application number: RU2001110281/28A
Authority: RU
Inventors: Г.П. Евчатов; А.И. Ларичев; Ю.Л. Брылкин; А.С. Блох; тнин А.А. Вым; А.А. Вымятнин
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2002-09-27

Abstract

FIELD: geophysical methods of examination. SUBSTANCE: acoustic signal corresponding to time of arrival of longitudinal wave from first geophone according to recording time are recorded in measurement points. Kinematic corrections equal to times of arrival of this signal are entered into paths of phase-correlation diagrams. Then time intervals containing longitudinal or lateral waves are isolated along last quasi-linear axis of phase coincidence of longitudinal wave on phase-correlation diagram comprising sequence of signals from first geophone according to recording time. Interval containing lateral wave is isolated in section directly following last quasi-linear axis of phase coincidence of longitudinal wave. Later isolated intervals of paths are separately correlated with corresponding paths of phase-correlation diagram comprising signals from second geophone according to recording time. Positions of extreme values of local pulses on obtained correlograms determine time intervals of propagation of waves for all measurement points. EFFECT: enlarged body of seismic information extracted from recording of complicated mutually interfering packages of different types of waves. 5 dwg

Description

Изобретение относиться к области геофизических методов исследований, более конкретно касается волнового акустического каротажа. The invention relates to the field of geophysical research methods, more specifically relates to wave acoustic logging.

Известен способ акустического каротажа, при котором с помощью трехэлементного измерительного зонда (один монопольный источник и два приемника, либо один приемник и два монопольных источника) возбуждают в скважине акустические импульсы и принимают прошедшие через породу сигналы, которые представляют собой сумму интерферирующих между собой продольных Р и поперечных S волн. По полученным записям определяют времена вступления продольных Р и поперечных S волн на первом по времени записи приемнике и аналогичным образом на втором. Затем, используя полученные данные, определяют интервальные времена пробега продольных и поперечных волн в интервале L, равном расстоянию между приемниками или источниками (база измерительного зонда), после чего результаты интерпретируют. (М.Г.Латышева. Практическое руководство по интерпретации диаграмм геофизических методов исследования скважин. М.: Недра, 1981, стр.111-115). The known method of acoustic logging, in which using a three-element measuring probe (one monopole source and two receivers, or one receiver and two monopole sources) excite acoustic pulses in the well and receive signals transmitted through the rock, which are the sum of longitudinal P and interfering with each other transverse S waves. According to the obtained records, the arrival times of the longitudinal P and transverse S waves at the first recording time receiver and similarly at the second are determined. Then, using the data obtained, determine the interval travel times of longitudinal and transverse waves in the interval L equal to the distance between the receivers or sources (base of the measuring probe), after which the results are interpreted. (M.G. Latysheva. A Practical Guide for Interpreting Diagrams of Geophysical Methods of Well Research. M: Nedra, 1981, pp. 111-115).

Недостаток способа состоит в том, что он не обеспечивает достаточную информативность из-за низкой достоверности выделения и существенных погрешностей в определении времени вступления поперечной волны S, которая распространяется в едином волновом пакете с более скоростными продольными волнами. The disadvantage of this method is that it does not provide sufficient information due to the low reliability of the selection and significant errors in determining the arrival time of the transverse wave S, which propagates in a single wave packet with more high-speed longitudinal waves.

Известен также способ определения акустических параметров среды, согласно которому в скважине циклически возбуждают и принимают упругие колебания на зондовых расстояниях с помощью ряда приемных акустических преобразователей измерительного зонда. При этом одновременно с многоканальной записью волнового поля непрерывно регистрируют акустические сигналы от первого по времени записи приемника и определяют на этих сигналах временные интервалы для выделения экстремумов основных типов волн, формируют годографы выделенных типов волн, по которым определяют акустические параметры горных пород (авторское свидетельство СССР 1606950, G 01 V 1/40). There is also a method for determining the acoustic parameters of the medium, according to which elastic vibrations are cyclically excited in the well and receive elastic vibrations at probe distances using a number of receiving acoustic transducers of the measuring probe. At the same time, along with multichannel recording of the wave field, acoustic signals from the first-time recording of the receiver are continuously recorded and time intervals are determined on these signals to highlight the extrema of the main types of waves, hodographs of the selected wave types are formed, which determine the acoustic parameters of rocks (USSR author's certificate 1606950 , G 01 V 1/40).

Недостаток способа состоит в низкой достоверности идентификации основных типов волн и точности определения их параметров, что существенно снижает информативность данного способа. The disadvantage of this method is the low reliability of identification of the main types of waves and the accuracy of determining their parameters, which significantly reduces the information content of this method.

Задачей изобретения является создание способа волнового акустического каротажа в неоднородных средах, который бы позволил увеличить объем сейсмической информации, извлекаемой из записей сложных интерферирующих между собой пакетов разных типов волн, за счет повышения достоверности идентификации и точности определения параметров информативных волн. The objective of the invention is to provide a method of wave acoustic logging in heterogeneous environments, which would allow to increase the volume of seismic information extracted from records of complex interfering packets of different types of waves, by increasing the reliability of identification and the accuracy of determining the parameters of informative waves.

Поставленная задача решается тем, что в способе волнового акустического каротажа, включающем циклическое возбуждение в заданных точках скважины акустических волн монопольным источником, прием прошедших через породу продольных и поперечных волн минимум двумя приемниками, разнесенными по стволу скважины, формирование фазокорреляционных диаграмм, состоящих из последовательности сигналов, поступающих от каждого из приемников, и последующую обработку данных, согласно изобретению в точках замеров регистрируют акустический сигнал, соответствующий времени вступления продольной волны от первого по времени записи приемника, после чего в трассы фазокорреляционных диаграмм вводят кинематические поправки, равные временам вступления этого сигнала, затем на фазокорреляционной диаграмме, состоящей из последовательности сигналов от первого по времени записи приемника, по последней квазилинейной оси синфазности продольной волны выделяют временные интервалы, содержащие соответственно продольные или поперечные волны, при этом интервал, содержащий поперечную волну, выделяют на участке, непосредственно следующим за последней квазилинейной осью синфазности продольной волны, затем выделенные интервалы трасс раздельно коррелируют с соответствующими трассами состоящей из сигналов от второго по времени записи приемника фазокорреляционной диаграммы, сдвигая их друг относительно друга на временной интервал, равный шагу квантования акустических сигналов, по положению экстремальных значений локальных импульсов на полученных коррелограммах определяют интервальные времена распространения волн для всех точек замеров. The problem is solved in that in a method of wave acoustic logging, which includes cyclic excitation of acoustic waves at predetermined points in the well by a monopole source, receiving at least two receivers separated from the longitudinal and transverse waves spaced along the wellbore, generating phase correlation diagrams consisting of a sequence of signals, coming from each of the receivers, and subsequent data processing according to the invention, an acoustic signal is recorded at the measurement points, respectively corresponding to the time of the arrival of the longitudinal wave from the first recording time of the receiver, after which kinematic corrections equal to the times of the arrival of this signal are introduced into the traces of the phase correlation diagrams, then on the phase correlation diagram consisting of a sequence of signals from the first time recording of the receiver along the last quasilinear phase in-phase axis of the longitudinal waves emit time intervals containing respectively longitudinal or transverse waves, while an interval containing a transverse wave, emit and the section immediately following the last quasilinear axis-phase axis of the longitudinal wave, then the selected trace intervals are separately correlated with the corresponding tracks consisting of signals from the second-time recording receiver of the phase correlation diagram, shifting them relative to each other by a time interval equal to the step of quantization of the acoustic signals the position of the extreme values of local impulses in the obtained correlograms determine the interval propagation times of waves for all points z mers.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации способа, на фиг. 2 представлены фазокорреляционные диаграммы П₁(t_i) и П₂(t_i) акустических сигналов соответственно от первого и второго приемников, полученные в ходе эксперимента на территории Среднего Приобья Западной Сибири; на фиг.3 - то же при реализации способа; на фиг.4 - получаемые согласно способу коррелограммы продольных Р волн; на фиг.5 - получаемые согласно способу коррелограммы поперечных S волн.In FIG. 1 shows a block diagram of a device for implementing the method, FIG. 2 shows phase correlation diagrams of P ₁ (t _i ) and P ₂ (t _i ) of acoustic signals from the first and second receivers, respectively, obtained during an experiment in the territory of the Middle Ob region of Western Siberia; figure 3 is the same when implementing the method; figure 4 - obtained according to the method of correlogram of longitudinal P waves; figure 5 - obtained according to the method of correlogram of transverse S waves.

Способ согласно изобретению может быть реализован с помощью устройства (фиг.1), включающего генератор 1 электрических импульсов, измерительный зонд 2 с размещенным в нем излучателем 3 акустических волн, первым 4 и вторым 5 приемниками акустических волн, расположенными на базовом расстоянии L между собой. Выходы первого 4 и второго 5 приемников акустических сигналов связаны с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя 6, выход которого соединен с входом демультиплексора 7. Первый и второй выходы демультиплексора 7 соединены соответственно через электронные ключи 8 и 9 с оперативно-запоминающими устройствами (ОЗУ) 10 и 11, при этом первый выход демультиплексора 7 связан также с входом выполненного по типу порового устройства формирователя 12 управляющего напряжения. Выход формирователя 12 управляющего напряжения связан с управляющими входами электронных ключей 8 и 9. Выходы ОЗУ 10 и 11 соединены с устройством визуализации 13 и входом коррелятора 14, включающего линию задержки 15, умножитель 16, сумматор 17 и регистратор 18. Измерительный зонд 2 размещают в скважине 19. The method according to the invention can be implemented using the device (Fig. 1), including an electric pulse generator 1, a measuring probe 2 with an acoustic wave emitter 3 placed therein, the first 4 and second 5 acoustic wave receivers located at a basic distance L between each other. The outputs of the first 4 and second 5 receivers of acoustic signals are connected to the corresponding inputs of the analog-to-digital converter 6, the output of which is connected to the input of the demultiplexer 7. The first and second outputs of the demultiplexer 7 are connected respectively via electronic keys 8 and 9 with random access memory (RAM) 10 and 11, wherein the first output of the demultiplexer 7 is also connected to the input of a control voltage generator 12 formed as a pore device. The output of the driver 12 of the control voltage is connected to the control inputs of the electronic keys 8 and 9. The outputs of the RAM 10 and 11 are connected to the visualization device 13 and the input of the correlator 14, which includes the delay line 15, the multiplier 16, the adder 17 and the recorder 18. The measuring probe 2 is placed in the well 19.

Способ согласно изобретению реализуется в следующей последовательности операций. The method according to the invention is implemented in the following sequence of operations.

Измерительный зонд 2 равномерно перемещают по стволу скважин 19 и через равные интервалы по глубине с помощью излучателя 3, возбуждаемого генератором 1, осуществляют посылку в исследуемую среду зондирующих упругих импульсов. При этом на границе промывочная жидкость - порода инициируются продольные Р и поперечные S волны, которые в сумме с хаотичными волнами-помехами единым пакетом принимаются первым 4 и вторым 5 приемниками и поступают на входы аналого-цифрового преобразователя 6. С выхода аналого-цифрового преобразователя 6 оцифрованные акустические мультиплексные сигналы подают на демультиплексор 7, в котором осуществляется демультиплексация оцифрованных принятых акустических сигналов. С первого выхода демультиплексора 7 сигнал, соответствующий акустическому сигналу с первого приемника 4, поступает на вход формирователя 12 управляющего напряжения, выполненного по типу порового устройства с порогом срабатывания, установленным в соответствии с уровнем акустического сигнала первого вступления продольной Р волны, принимаемой первым приемником 4 при каждом возбуждении. В результате этого напряжение с выхода формирователя 12 управляющих напряжений поступает на управляющие входы электронных ключей 8 и 9 и открывает их в моменты времени, соответствующие временам t_1j ^P вступления продольных волн (фиг.2) на первом приемнике 4. При этом сигналы с демультиплексора 7 последовательно при каждом возбуждении передаются на ОЗУ 10 и 11. Таким образом осуществляется формирование пространственно-временных диаграмм П₁ ⁰(t_i) и П₂ ⁰(t_i) из сигналов, зарегистрированных соответственно первым 4 и вторым 5 приемниками, с одновременным сдвигом их на время, равное времени t_1j ^P вступления продольной Р волны, принимаемой первым 4 приемником, то есть осуществляется ввод кинематических поправок, равных временам вступления этого сигнала. Полученные фазокорреляционные диаграммы (фиг. 3) визуализируются устройством 13. На диаграммах П₁ ⁰(t_i) и П₂ ⁰(t_i) по характеру осей синфазности достаточно уверенно можно определить участки, включающие разные типы волн, в частности продольные (Р) 20 (квазилинейные оси синфазности) и поперечные (S) 21 волны. Вместе с тем неустойчивость осей синфазности приводит к ошибкам в определении интервальных времен. Для определения интервальных времен пробега продольных Р и поперечных S волн далее следует процедура корреляции. Для этого раздельно коррелируют продольные 20 и поперечные 21 волны первой диаграммы П₁ ⁰(t_i) с трассами второй П₂ ⁰(t_i) диаграммы следующим способом. Интервал, содержащий продольные Р волны, идентифицируют как участок 20 диаграммы П₁ ⁰(t_i), ограниченный последней квазилинейной осью 22 синфазности, а интервал, содержащий поперечные волны, как участок 21 на этой же диаграмме, включающий, например, первую - четвертую фазы колебаний, следующих за квазилинейной осью 22 синфазности продольной Р волны. Выделенные таким образом акустические сигналы в указанных интервалах поступают через линию задержки 15 коррелятора 14 на первый вход умножителя 16, на второй вход которого подаются сигналы трасс П₂ ⁰(t_i). После суммирования в блоке 17 результат корреляции регистрируется в блоке регистрации 18. При этом вычисление каждого значения коррелограммы сопровождается сдвигом с помощью линии задержки 15 трасс диаграмм П₁ ⁰(t_i) и П₂ ⁰(t_i) друг относительного друга на временной интервал, равный шагу квантования принимаемых акустических сигналов.The measuring probe 2 is uniformly moved along the borehole 19 and at equal intervals in depth using the emitter 3, excited by the generator 1, send probing elastic impulses to the medium under study. At the same time, longitudinal P and transverse S waves are initiated at the interface between the flushing fluid and the rock, which, together with chaotic interference waves, are received by the first 4 and second 5 receivers in a single packet and fed to the inputs of the analog-to-digital converter 6. From the output of the analog-to-digital converter 6 digitized acoustic multiplexed signals are fed to a demultiplexer 7, in which demultiplexing of the digitized received acoustic signals is carried out. From the first output of the demultiplexer 7, the signal corresponding to the acoustic signal from the first receiver 4 is fed to the input of the control voltage generator 12, which is designed as a pore device with a threshold that is set in accordance with the level of the acoustic signal of the first arrival of the longitudinal P wave received by the first receiver 4 at every excitement. As a result, the voltage from the output of the driver 12 of the control voltage is supplied to the control inputs of the electronic keys 8 and 9 and opens them at times corresponding to the times t _1j ^{P of the} arrival of longitudinal waves (Fig. 2) at the first receiver 4. In this case, the signals from the demultiplexer 7 successively with each excitation are transferred to RAM 10 and 11. Thus, the formation of space-time diagrams P ₁ ⁰ (t _i ) and P ₂ ⁰ (t _i ) from the signals recorded respectively by the first 4 and second 5 receivers, simultaneously by shifting them by a time equal to the time t _1j ^{P of the} arrival of the longitudinal P wave received by the first 4 receiver, that is, kinematic corrections equal to the times of the arrival of this signal are entered. The obtained phase-correlation diagrams (Fig. 3) are visualized by device 13. In the diagrams P ₁ ⁰ (t _i ) and P ₂ ⁰ (t _i ), it is quite confidently possible to determine sections including different types of waves, in particular longitudinal waves (P), by the nature of the in-phase axes 20 (quasilinear in-phase axes) and transverse (S) 21 waves. At the same time, instability of the in-phase axes leads to errors in the determination of interval times. To determine the interval travel times of the longitudinal P and transverse S waves, the correlation procedure follows. For this, the longitudinal 20 and transverse 21 waves of the first diagram P ₁ ⁰ (t _i ) are separately correlated with the paths of the second P ₂ ⁰ (t _i ) diagram in the following way. The interval containing longitudinal P waves is identified as section 20 of the diagram P ₁ ⁰ (t _i ) bounded by the last quasilinear phase axis 22, and the interval containing transverse waves as section 21 in the same diagram, including, for example, the first to fourth phases oscillations following the quasilinear axis 22 of the in-phase of the longitudinal P wave. The acoustic signals thus distinguished in the indicated intervals arrive through the delay line 15 of the correlator 14 to the first input of the multiplier 16, to the second input of which the signals of the paths P ₂ ⁰ (t _i ) are supplied. After summing in block 17, the correlation result is recorded in the registration unit 18. In this case, the calculation of each correlogram value is accompanied by a shift using the delay line 15 of the paths of the diagrams P ₁ ⁰ (t _i ) and P ₂ ⁰ (t _i ) relative to each other by the time interval, equal to the quantization step of the received acoustic signals.

На фиг.4 и 5 показаны фрагменты коррелограмм соответственно продольных Р и поперечных S волн, полученных в результате реализации предлагаемого способа (по данным, представленным на фиг.2 и 3). На полученных коррелограммах четко выделяются локальные импульсы 23 и 24, положение которых позволяет с высокой точностью определить времена пробега продольных Δt_P и поперечных Δt_S волн между первым и вторым приемниками и определить интервальные времена этих волн Δt $\binom{P}{u}$ = Δt_P/L, Δt $\binom{S}{u}$ = Δt_S/L, где L - база измерительного зонда.Figures 4 and 5 show fragments of correlograms of longitudinal P and transverse S waves, respectively, obtained as a result of the implementation of the proposed method (according to the data presented in figures 2 and 3). On the correlograms obtained, local pulses 23 and 24 are clearly distinguished, the position of which allows one to determine with high accuracy the travel times of the longitudinal Δt _P and transverse Δt _S waves between the first and second receivers and to determine the interval times of these waves Δt $\binom{P}{u}$ = Δt _P / L, Δt $\binom{S}{u}$ = Δt _S / L, where L is the base of the measuring probe.

Таким образом, в способе согласно изобретению за счет повышения достоверности идентификации продольных Р и поперечных S волн на записях корреляционного сжатия многофазных сигналов в локальные импульсы и подавления хаотических волн-помех обеспечивается повышение точности определения параметров информативных волн и соответственно увеличение объема и качества сейсмической информации. Thus, in the method according to the invention, by increasing the reliability of identifying longitudinal P and transverse S waves on the records of correlation compression of multiphase signals into local pulses and suppressing chaotic interference waves, the accuracy of determining the parameters of informative waves and, accordingly, the volume and quality of seismic information are increased.

Claims

A method of wave acoustic logging, including cyclic excitation of acoustic waves at specified points in a well by a monopole source, receiving longitudinal and transverse waves passing through the rock by at least two receivers spaced along the wellbore, generating phase correlation diagrams consisting of a sequence of signals from each of the receivers, and subsequent data processing, characterized in that at the measurement points record an acoustic signal corresponding to the time of entry longitudinally nth wave from the first recording time of the receiver, after which kinematic corrections equal to the arrival times of this signal are introduced into the traces of the phase correlation diagrams, then, in the phase correlation diagram consisting of a sequence of signals from the first recording time of the receiver, the time lines are extracted from the last quasilinear phase-matching axis intervals containing respectively longitudinal or transverse waves, while the interval containing the transverse wave is allocated in the area immediately following the last quasilinear axis-phase axis of the longitudinal wave, then the selected trace intervals are separately correlated with the corresponding tracks consisting of signals from the second-time recording receiver of the phase correlation diagram, shifting them relative to each other by a time interval equal to the step of quantization of the acoustic signals, according to the position of the extreme values of local pulses by The obtained correlograms determine the interval propagation times of waves for all measurement points.