RU2490668C2 - Directed rod-shaped piezoceramic radiator for acoustic logging device, device and acoustic logging method - Google Patents
Directed rod-shaped piezoceramic radiator for acoustic logging device, device and acoustic logging method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2490668C2 RU2490668C2 RU2011120850/28A RU2011120850A RU2490668C2 RU 2490668 C2 RU2490668 C2 RU 2490668C2 RU 2011120850/28 A RU2011120850/28 A RU 2011120850/28A RU 2011120850 A RU2011120850 A RU 2011120850A RU 2490668 C2 RU2490668 C2 RU 2490668C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoceramic
- acoustic
- housing
- pressure
- rod
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к измерению акустическим методом свойств пород в скважине, а более точно, к направленному стержневому пьезокерамическому излучателю для устройства акустического каротажа, к устройству и способу измерений свойств пород в скважине посредством акустического каротажа скважин.The present invention relates to acoustic measurement of rock properties in a well, and more particularly, to a directional rod piezoceramic emitter for an acoustic logging device, to a device and method for measuring rock properties in a well by means of acoustic well logging.
Более конкретно, изобретение касается получения достоверной информации о породе в скважине методом волнового акустического каротажа в условиях, когда порода вокруг ствола скважины имеет неоднородные свойства, например, разрушена буровым инструментом, имеет желоба, испытывает одностороннее напряжение, имеет неодинаковые размеры зоны проникновения бурового раствора.More specifically, the invention relates to obtaining reliable information about a rock in a borehole by acoustic wave logging under conditions when the rock around the borehole has heterogeneous properties, for example, is destroyed by a drilling tool, has gutters, experiences one-sided stress, and has different sizes of the mud penetration zone.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Метод волнового акустического каротажа является одним из основных методов при исследовании литологии, фильтрационно-емкостных и механических свойств пород-коллекторов. Первые измерительные приборы для каротажа представляли собой устройства с одним излучателем и двумя приемниками, которые использовались для измерения скорости компонентов первого вступления импульса акустической волны, излученной через породы скважины. Этот компонент является компонентом продольной или «Р» волны.The method of wave acoustic logging is one of the main methods in the study of lithology, filtration-capacitive and mechanical properties of reservoir rocks. The first measuring instruments for logging were devices with one emitter and two receivers, which were used to measure the velocity of the components of the first arrival of the acoustic wave pulse emitted through the wellbore. This component is a component of a longitudinal or "P" wave.
В настоящее время при записях исследуются скоростные (кинематические) и амплитудные (динамические) характеристики продольных, поперечных волн и волн Лэмба-Стоунли на приемной антенне из восьми и более приемников 1 (Фиг.1а). Эти волны в породе, как правило, формируются монопольным источником 2 акустического импульсного давления с круговой диаграммой (Фиг.1b) излучения и принимаются так же монопольными приемниками 1 давления, имеющими круговую диаграмму (Фиг.1с) чувствительности.Currently, recordings are studying the speed (kinematic) and amplitude (dynamic) characteristics of longitudinal, transverse waves and Lamb-Stoneley waves on a receiving antenna of eight or more receivers 1 (Figa). These waves in the rock, as a rule, are formed by a
В такой системе измерений используемая теоретическая модель предполагает, что отверстие ствола скважины имеет форму идеальной окружности, ось 0-0 прибора находится в центре этой окружности, а свойства породы 3 по длине измерительных зондов 4 имеют одинаковые свойства (изотропны) и не испытывают статических напряжений.In such a measurement system, the theoretical model used assumes that the borehole hole has a perfect circle shape, the axis 0-0 of the device is in the center of this circle, and the properties of
Однако в реальности такие условия встречаются чрезвычайно редко. Этот недостаток теоретической модели измерения стал проявляться при бурении наклонных скважин в Западной Сибири и, особенно сильно наблюдается при исследовании сильнонаклонных и горизонтальных стволов скважин. Данные, полученные при каротаже скважин, имеющих желоба 5 (Фиг.2d), образующиеся при бурении вследствие биений бурильного инструмента, невозможно использовать, поскольку высок процент недостоверных результатов. В этих условиях выделение первых вступлений продольных волн P (Фиг.3) сильно затруднено из-за их искажений, что не позволяет обрабатывающим программам автоматически их прослеживать по разрезу скважины, и в этом случае требуется ручное прослеживание с худшей степенью точности. Таким образом, скважинные приборы волнового акустического каротажа, построенные на этой модели измерения, перестали удовлетворять промышленность по качеству измерительной информации.However, in reality such conditions are extremely rare. This drawback of the theoretical measurement model began to manifest itself during the drilling of deviated wells in Western Siberia and is especially strongly observed when studying strongly deviated and horizontal wellbores. The data obtained during logging of wells with grooves 5 (Fig.2d), generated during drilling due to beating of a drilling tool, cannot be used, since the percentage of unreliable results is high. Under these conditions, the selection of the first arrivals of longitudinal waves P (Figure 3) is very difficult due to their distortions, which does not allow the processing programs to automatically track them along the well section, and in this case, manual tracking with the worst degree of accuracy is required. Thus, borehole wave acoustic logging tools built on this measurement model have ceased to satisfy the industry in terms of the quality of measurement information.
В принятой в настоящее время измерительной модели волнового (широкополосного) акустического каротажа излучатель 2 и приемники 1 имеют круговые диаграммы (Фиг. 2b, 2с) направленности излучения и приема. Детальное рассмотрение основных отличий теоретической модели волнового акустического каротажа и реальной наклонной скважины в условиях Западной Сибири показывает их несовпадения.In the currently accepted measuring model of wave (broadband) acoustic logging, the
Первым основным условием качественной регистрации является очень хорошая центровка (Фиг.1) скважинного прибора 4 в скважине, а это значит, что сечение скважины должно быть окружностью, поскольку в этом случае есть центр, который должен совпадать с осью 0-0 скважинного прибора. При смещении оси прибора от центра скважины происходит сначала уменьшение амплитуды продольной волны Р (Фиг.3), а при дальнейшем смещении продолжается уменьшение этой амплитуды, а также начинаются искажения первой и последующих фаз волнового пакета. Величина уменьшения амплитуды сильно зависит от частоты излучателя и, например, для 12 кГц при смещении прибора на 4 см от центра скважины, разница в амплитудах равна 2,5 раза, а для более высоких частот достигает большего значения. Это соответствует тому, что в это же количество раз (2,5 или более) уменьшилось развиваемое излучателем акустическое давление при возбуждении колебательного процесса для измерений.The first basic condition for high-quality registration is a very good alignment (Figure 1) of the
Вторым основным условием является отличие сечения исследуемой скважины от окружности. При бурении наклонных и горизонтальных стволов, как правило, конфигурация сечения ствола сильно изменяется и в лучшем случае является овалом (Фиг.2d), а в худшем - вообще трудно представима. Это также не соответствует измерительной модели и сильно ухудшает качество получаемой информации.The second main condition is the difference in the cross section of the investigated well from the circle. When drilling inclined and horizontal shafts, as a rule, the configuration of the cross section of the trunk varies greatly and is at best an oval (Fig. 2d), and at worst it is generally difficult to imagine. It also does not correspond to the measurement model and greatly degrades the quality of the information received.
Третьим основным условием качественной регистрации является то, что на длине измерительного зонда для этой модели измерения должна быть однородная (изотропная) со всех сторон скважины и на длине зонда исследуемая порода. Если скоростные свойства породы с разных сторон скважины будут различны, то сигнал на приемниках 1 будет падать примерно также, как при расцентровке прибора и порядок ухудшения регистрации также высок.The third main condition for high-quality registration is that for the length of the measuring probe for this measurement model there should be a homogeneous (isotropic) rock on all sides of the well and the length of the probe under study. If the velocity properties of the rock from different sides of the well are different, then the signal at the
На принимаемые приемниками сигналы влияют несколько факторов, такие как наличие неодинаковых размеров зоны проникновения фильтрата 6 бурового раствора в коллекторах 3 с разных сторон скважины, наличие желобов 5, каверн и неравномерной глинистой корки на стенках скважины, наличие периодических неравномерных нарезок стенки буровым долотом при бурении.The signals received by the receivers are affected by several factors, such as the presence of unequal sizes of the penetration zone of the
Поэтому требования теоретической измерительной системы с монопольными приемниками и излучателем с круговыми диаграммами не выполняются, что и не позволяют получать удовлетворительные по качеству результаты.Therefore, the requirements of a theoretical measuring system with monopoly receivers and a radiator with pie charts are not fulfilled, which does not allow obtaining satisfactory quality results.
Поэтому в этих условиях не работает классическая модель, и появилась необходимость привести эту модель в соответствие со свойствами исследуемых объектов.Therefore, under these conditions, the classical model does not work, and it became necessary to bring this model into line with the properties of the objects under study.
Решением этого вопроса может быть измерительная модель, когда скважинный прибор имеет излучатель 2 (Фиг.2а) с лучевой диаграммой излучения (Фиг.2b), а приемники 1 имеют круговую диаграмму чувствительности (Фиг.2с). Тогда все вышеперечисленные факторы, ухудшающие качество принимаемых сигналов, не работают или их влияние на качество получаемого материала сильно уменьшается.The solution to this problem can be a measurement model, when the downhole tool has an emitter 2 (Fig.2a) with a radiation pattern of radiation (Fig.2b), and the
Некоторыми разработчиками аппаратуры волнового акустического каротажа была сделана попытка подстроить характеристики под требования промышленности, но в пределах классической измерительной модели. Для этого стали применяться укороченные зонды и уменьшенная частота излучателя. Однако проблема еще более усугубилась. Уменьшение длин зондов с 3-4 метров до 1,8-2,4 м привели к уменьшению глубины (от 30-40 до 15-20 см) измерения, что сказалось на качестве измерения интервальных времен продольных и поперечных волн, а, следовательно, и неверное определение коэффициента пористости пластов-коллекторов, так как пласты коллектора, как правило, содержат измененные зоны вокруг ствола скважины. До настоящего времени проблема уменьшения амплитуд и искажения формы первых вступлений продольных волн в сложных скважинах так и не решена.Some developers of wave acoustic logging equipment made an attempt to adjust the characteristics to the requirements of the industry, but within the framework of the classical measuring model. For this, shortened probes and a reduced emitter frequency began to be used. However, the problem has worsened. A decrease in the probe lengths from 3-4 meters to 1.8-2.4 m led to a decrease in the depth (from 30-40 to 15-20 cm) of the measurement, which affected the quality of the measurement of the interval times of longitudinal and transverse waves, and, therefore, and incorrect determination of the porosity coefficient of the reservoirs, since reservoirs typically contain altered zones around the wellbore. To date, the problem of reducing amplitudes and distorting the shape of the first arrivals of longitudinal waves in complex wells has not been solved.
При каротаже сильнонаклонных и горизонтальных стволов разные стороны стенок скважины могут по своим акустическим свойствам отличаться очень сильно, особенно если горизонтальный или сильнонаклонный ствол проходит по границе между пропластками, представляющими собой слои небольших толщин с разными акустическими свойствами различных типов пород.When logging strongly inclined and horizontal wells, the different sides of the walls of the well can differ greatly in their acoustic properties, especially if a horizontal or strongly inclined well passes along the boundary between the layers, which are layers of small thicknesses with different acoustic properties of different types of rocks.
При измерениях в измененной зоне скорости продольных волн, как правило, уменьшаются и если по этим данным рассчитывать пористость пласта-коллектора, то получается завышение на очень большую величину, например, до 3-5%, а это неприемлемо.When measuring in a changed zone, the velocities of longitudinal waves, as a rule, decrease, and if the porosity of the reservoir is calculated from these data, then an overestimation of a very large amount is obtained, for example, up to 3-5%, and this is unacceptable.
Известен гидроакустический излучатель (см., например, патент RU2 131 173), представляющий собой стержневой пьезокерамический излучатель, содержащий стержневой пьезоэлемент и армирующую стяжку, жестко соединенные с тыльной накладкой, переднюю накладку, выполненную как одно целое с гибкой пассивной вставкой, имеющей форму стакана, с дном которого соединена массивная пассивная вставка, заключенные в герметичный корпус. Массивная пассивная вставка выполнена в виде полого толстостенного цилиндра, внутренний диаметр которого больше наружного диаметра пьезоэлемента и гибкой вставки, с жесткой перегородкой, перпендикулярной его оси. С одной стороны с перегородкой скреплен пьезоэлемент, а с другой стороны с перегородкой скреплено дно стакана гибкой вставки и армирующая стяжка.Known sonar emitter (see, for example, patent RU2 131 173), which is a rod piezoceramic emitter containing a rod piezoelectric element and a reinforcing coupler, rigidly connected to the back pad, the front pad, made in one piece with a flexible passive insert having the form of a glass, with the bottom of which is connected a massive passive insert enclosed in a sealed enclosure. The massive passive insert is made in the form of a hollow thick-walled cylinder, the inner diameter of which is larger than the outer diameter of the piezoelectric element and flexible insert, with a rigid partition perpendicular to its axis. On the one hand, the piezoelectric element is fastened to the partition, and on the other hand, the bottom of the glass of the flexible insert and the reinforcing screed are fastened to the partition.
Указанный излучатель обеспечивает двухрезонансную частотную характеристику. Во время работы электрический сигнал заданной частоты или заданного спектрального состава в пределах рабочего диапазона частот подается через кабельный ввод и провода на электроды стержневого пьезоэлемента. В результате в нем возбуждаются механические напряжения, вызывающие продольные механические колебания всех элементов конструкции. Колебания передней накладки излучаются в окружающую среду, создавая в ней переменные акустические давления соответствующего спектрального состава, распространяющиеся в направлении, заданном геометрией антенны.The specified emitter provides a two-resonant frequency response. During operation, an electrical signal of a given frequency or a given spectral composition within the operating frequency range is supplied through the cable entry and wires to the electrodes of the rod piezoelectric element. As a result, mechanical stresses are excited in it, causing longitudinal mechanical vibrations of all structural elements. Oscillations of the front plate are radiated into the environment, creating variable acoustic pressures of the corresponding spectral composition in it, propagating in the direction specified by the antenna geometry.
Указанный излучатель является монопольным излучателем, имеющим круговую диаграмму (Фиг.1b) излучения. Он подходит для волнового акустического каротажа скважин, имеющих в сечении форму окружности. При каротаже используется скважинный прибор, содержащий монопольный излучатель 2 с круговой диаграммой (Фиг.1b) излучения и антенна из четырех приемников 1 с круговой диаграммой (Фиг.1с) чувствительности.The specified emitter is a monopoly emitter having a pie chart (Fig.1b) radiation. It is suitable for wave acoustic logging of wells having a circle shape in cross section. When logging, a downhole tool is used, containing a
Известный скважинный прибор не позволяет исследовать скважину в случае, когда ствол скважины имеет желоба, разбитые стенки и в случае, когда свойства породы по длине измерительного зонда с разных сторон скважины имеют различные свойства, поскольку он имеет круговую диаграмму направленности излучения и измерения будут осуществляться со всеми вышеперечисленными недостатками.The well-known downhole tool does not allow to examine the well in the case when the wellbore has troughs, broken walls and in the case when the rock properties along the length of the measuring probe on different sides of the well have different properties, because it has a circular radiation pattern and measurements will be carried out with all the above disadvantages.
Краткое изложение существа изобретенияSummary of the invention
Задачей настоящего изобретения является создание способа лучевого волнового акустического каротажа скважин, который обеспечивает исследование литологии, пористости, проницаемости и механических свойств пород, окружающих скважину, в случае, когда ствол скважины имеет желоба, каверны, разбитые стенки, и в случае, когда свойства породы по длине измерительного зонда с разных сторон скважины имеют различные свойства, путем формирования однолучевой диаграммы направленности и приема волны давления приемником, имеющим круговую диаграмму чувствительности, обеспечивающие компенсацию изгибной моды колебаний стенок скважины.The objective of the present invention is to provide a method of radiation wave acoustic logging of wells, which provides the study of lithology, porosity, permeability and mechanical properties of the rocks surrounding the well, in the case when the wellbore has gutters, caverns, broken walls, and in the case when the rock properties are the length of the measuring probe from different sides of the well have different properties, by forming a single-beam radiation pattern and receiving a pressure wave by a receiver having a circular ity of providing compensation for the bending mode vibrations of the borehole walls.
Другой задачей настоящего изобретения является создание стержневого пьезокерамического акустического излучателя давления, который обеспечивает формирование односторонней лучевой диаграммой направленности.Another objective of the present invention is the creation of a rod piezoceramic acoustic pressure transmitter, which provides the formation of a one-sided beam pattern.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание устройства для волнового акустического каротажа, в котором используется стержневой пьезокерамический акустический излучатель давления, обеспечивающий формирование односторонней лучевой диаграммой направленности.Another objective of the present invention is to provide a device for wave acoustic logging, which uses a rod piezoelectric acoustic pressure transducer, providing the formation of a one-sided beam pattern.
Поставленная задача решена путем создания стержневого пьезокерамического акустического излучателя давления с односторонней лучевой диаграммой направленности, содержащегоThe problem is solved by creating a rod piezoceramic acoustic pressure transmitter with a one-sided beam pattern containing
корпус из стали в виде трубки,tube steel housing
активирующий элемент, состоящий из множества пьезокерамических шайб, размещенных на армирующей стяжке, которая размещена в корпусе,an activating element consisting of many piezoceramic washers placed on a reinforcing screed, which is placed in the housing,
излучающий элемент, выполненный из алюминиевого сплава и контактирующий одним торцом с активирующим элементом,a radiating element made of aluminum alloy and in contact with one end face with an activating element,
демпфер, размещенный на конце армирующей стяжки и жестко связанный с корпусом и с одним торцом активирующего элемента,a damper located at the end of the reinforcing screed and rigidly connected with the housing and with one end of the activating element,
характеризующегося тем, чтоcharacterized in that
пьезокерамические шайбы активирующего элемента размещены на изолирующем слое, нанесенном на армирующую стяжку, и объединены по меньшей мере в три секции, имеющие равное количество пьезокерамических шайб, и предназначены для последовательного разряда высоковольтных импульсов запуска, начиная с секции, контактирующей с демпфером, с задержками, равными времени пробега акустической волны по одной секции активирующего элемента,piezoceramic washers of the activating element are placed on an insulating layer deposited on a reinforcing screed and are combined in at least three sections having an equal number of piezoceramic washers and are intended for the sequential discharge of high-voltage triggering pulses, starting from the section in contact with the damper, with delays equal to the travel time of the acoustic wave in one section of the activating element,
причем другой торец излучающего элемента выполнен наклонным к оси корпуса под углом в пределах от 90 до 15° к оси с образованием усеченного цилиндра,moreover, the other end of the radiating element is made inclined to the axis of the housing at an angle ranging from 90 to 15 ° to the axis with the formation of a truncated cylinder,
при этом пьезокерамический акустический излучатель давления содержитwherein the piezoceramic acoustic pressure transmitter contains
отражающий элемент из стали, выполненный в виде усеченного цилиндра, размещенного в корпусе соосно с излучающим элементом и с зазором, один торец отражающего элемента, обращенный к активирующему элементу, выполнен наклонным к оси корпуса под углом в пределах от 15 до 75° к оси, причем наибольшие образующие усеченных цилиндров отражающего и излучающего элементов расположены на одной линии.a reflecting element made of steel, made in the form of a truncated cylinder placed in the housing coaxially with the radiating element and with a gap, one end of the reflecting element facing the activating element is made inclined to the axis of the housing at an angle ranging from 15 to 75 ° to the axis, the largest generatrices of the truncated cylinders of the reflecting and radiating elements are located on the same line.
Предпочтительно, армирующая стяжка выполнена в виде трубки из сплава алюминия для размещения транзитных проводов, проходящих через излучатель.Preferably, the reinforcing screed is made in the form of an aluminum alloy tube for accommodating transit wires passing through the emitter.
Предпочтительно, корпус заполнен гидрокомпенсирующей изоляционной жидкостью.Preferably, the housing is filled with hydrocompensating insulating fluid.
Предпочтительно, корпус выполнен в виде перфорированной трубки и снабжен защитным резиновым или пластиковым кожухом, причем перфорация выполнена в основном со стороны отражающих поверхностей излучающего и отражающего элементов.Preferably, the housing is made in the form of a perforated tube and is equipped with a protective rubber or plastic casing, and the perforation is made mainly from the side of the reflective surfaces of the radiating and reflecting elements.
Предпочтительно, количество секций пьезокерамических элементов равно нечетному числу, равному или более трех.Preferably, the number of sections of the piezoceramic elements is an odd number equal to or more than three.
Предпочтительно, пьезокерамические шайбы в секциях выполнены из одинакового/различного пьезокерамического материала.Preferably, the piezoceramic washers in the sections are made of the same / different piezoceramic material.
Предпочтительно, торец излучающего элемента, выполненный наклонным к оси цилиндра, имеет параболическую поверхность.Preferably, the end face of the radiating element, made inclined to the axis of the cylinder, has a parabolic surface.
Предпочтительно, демпфер выполнен из сплава вольфрама.Preferably, the damper is made of tungsten alloy.
Предпочтительно, пьезокерамические шайбы активирующего элемента склеены между собой и с демпфером и с излучающим элементом посредством эпоксидной смолы.Preferably, the piezoceramic washers of the activating element are glued to each other with both a damper and a radiating element by means of an epoxy resin.
Предпочтительно, в излучающем элементе и в отражающем элементе выполнены каналы для размещения транзитных проводов.Preferably, channels are provided in the radiating element and in the reflecting element for accommodating transit wires.
Поставленная задача решена также путем создания устройства для лучевого волнового акустического каротажа скважин, содержащегоThe problem is also solved by creating a device for beam wave acoustic logging of wells containing
по меньшей мере два центрирующих элемента,at least two centering elements,
монопольный излучатель давления,exclusive pressure transmitter,
антенну приемников давления, содержащую по меньшей мере два приемника давления, размещенные на длине зонда от монопольного излучателя давления,an antenna of pressure receivers containing at least two pressure receivers located along the length of the probe from the monopoly pressure transmitter,
несущие элементы устройства, служащие акустическими изоляторами,supporting elements of the device, serving as acoustic insulators,
электронные схемы для излучения импульсов разряда, размещенные в нижнем центрирующем элементе,electronic circuits for emitting discharge pulses located in the lower centering element,
электронные схемы для приема и преобразования сигналов, поступающих с антенны приемников давления, размещенные в верхнем центрирующем элементе,electronic circuits for receiving and converting signals from the antenna of the pressure receivers located in the upper centering element,
устройство характеризуется тем, чтоthe device is characterized in that
монопольный излучатель давления имеет лучевую диаграмму направленности акустического давления и выполнен в виде стержневого пьезокерамического излучателя давления, а приемники антенны для компенсации изгибных колебаний скважины имеют круговую диаграмму чувствительности,exclusive pressure transmitter has a radiation pattern of acoustic pressure and is made in the form of a rod piezoceramic pressure transmitter, and the antenna receivers for compensation of bending vibrations of the well have a circular sensitivity diagram,
при этом устройство содержит акустические развязки, выполненные из проволочного проницаемого материала и расположенные по обоим концам стержневого пьезокерамического излучателя давления и по обоим концам антенны приемников давления.wherein the device contains acoustic decouples made of permeable wire and located at both ends of the rod piezoceramic pressure transmitter and at both ends of the pressure receiver antenna.
Поставленная задача решена также путем создания способа лучевого волнового акустического каротажа скважин, заключающегося в том, чтоThe problem is also solved by creating a method of beam wave acoustic logging of wells, which consists in the fact that
излучают акустический импульс давления в породу, окружающую стенки скважины, через слой буровой жидкости, иemitting an acoustic pressure impulse into the rock surrounding the borehole wall through a layer of drilling fluid, and
принимают прошедшие через породу сигналы давления,receive pressure signals transmitted through the rock,
способ характеризуется тем, чтоthe method is characterized in that
излучение осуществляют по одному лучу с использованием стержневого пьезокерамического излучателя давления, который проходит по соответствующему участку цилиндрической поверхности вдоль стенки скважины,the radiation is carried out in a single beam using a rod piezoelectric pressure transmitter, which passes through the corresponding section of the cylindrical surface along the well wall,
прием акустических сигналов осуществляют приемником давления с круговой диаграммой чувствительности, иreceiving acoustic signals is carried out by a pressure receiver with a pie sensitivity diagram, and
регистрируют принятую волновую картинку акустических сигналов, содержащую продольные волны (P), поперечные волны (S) и волны Лэмба-Стоунли (L-St),registering the received wave picture of acoustic signals containing longitudinal waves (P), transverse waves (S) and Lamb-Stoneley waves (L-St),
осуществляют анализ зарегистрированной по лучу волновой картинки, по которой судят о возможных нарушениях в стенке скважины и изменений в породе, составляющей стенки скважины:analyze the wave image recorded by the beam, which is used to judge possible violations in the borehole wall and changes in the rock constituting the borehole wall:
- если в волновом пакете присутствуют три типа неискаженных волн, т.е. продольные волны, поперечные волны и волны Лэмба-Стоунли классического вида, то считают, что исследуемый ствол скважины не имеет измененной зоны и механических разрушений;- if the wave packet contains three types of undistorted waves, i.e. longitudinal waves, transverse waves and Lamb-Stoneley waves of a classical form, it is believed that the wellbore under study does not have an altered zone and mechanical damage;
- если в волновом пакете присутствуют расщепленные продольные и поперечные волны на два цуга и эти цуги имеют одинаковое интервальное время, то считают, что исследуемый ствол скважины имеет механические разрушения в виде желоба в отсутствии измененной зоны, а величина расщепления характеризует глубину желоба;- if the wave packet contains split longitudinal and transverse waves into two trains and these trains have the same interval time, then it is believed that the studied borehole has mechanical damage in the form of a groove in the absence of an altered zone, and the magnitude of the splitting characterizes the depth of the groove;
- если в волновом пакете присутствуют расщепленные продольные и поперечные волны на два цуга и эти цуги имеют разные интервальные времена, причем второй цуг имеет меньшее интервальное время, то считают, что исследуемый ствол скважины имеет или механические нарушения в виде трещин, или измененные зоны, глубину которых оценивают по времени расщепления волн.- if the wave packet contains split longitudinal and transverse waves into two trains and these trains have different interval times, and the second train has a shorter interval time, then it is believed that the studied wellbore has either mechanical failures in the form of cracks, or altered zones, depth which are estimated by the time of wave splitting.
В предложенном устройстве для каротажа исключается необходимость тщательной центровки скважинного прибора. Пробегающий по одной стороне измерительный луч будет отражать свойства породы именно в этом луче, а не интегрировать на монопольном приемнике все лучи с разных сторон, отражающие сильно различающиеся свойства породы.In the proposed device for logging eliminates the need for careful alignment of the downhole tool. A measuring beam traveling on one side will reflect the properties of the rock in this beam, and not integrate all the rays from different sides on the monopoly receiver, reflecting the very different properties of the rock.
В приборе рекомендуется установить интегральный акселерометр, показывающий направление падения акустического измерительного луча в наклонных и горизонтальных стволах скважин относительно гравитационного направления.It is recommended to install an integral accelerometer in the device, showing the direction of incidence of the acoustic measuring beam in inclined and horizontal wellbores relative to the gravitational direction.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:The invention is further explained in the description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1а, 1b, 1с изображают традиционную теоретическую модель измерения с монопольным акустическим излучателем и приемниками и диаграммы направленности преобразователей;FIG. 1a, 1b, 1c depict a traditional theoretical measurement model with a monopoly acoustic emitter and receivers and radiation patterns of the transducers;
Фиг. 2а, 2b, 2с, 2d изображают модель измерения с монопольным акустическим излучателем давления с лучевой диаграммой направленности и приемниками с круговой диаграммой;FIG. 2a, 2b, 2c, 2d depict a measurement model with a monopoly acoustic pressure transmitter with a radiation pattern and receivers with a pie chart;
Фиг.3 изображает классическую форму волнового пакета при волновом акустическом каротаже, содержащего продольные волны, поперечные волны и волны Лэмба-Стоунли;Figure 3 depicts the classical shape of a wave packet in a wave acoustic log containing longitudinal waves, transverse waves and Lamb-Stoneley waves;
Фиг.4 изображает стержневой пьезокерамический акустический излучатель давления с односторонней лучевой диаграммой направленности (продольный разрез), в излучающем элементе и в отражающем элементе которого выполнены каналы для размещения транзитных проводов;Figure 4 depicts a rod piezoelectric acoustic pressure transducer with a one-sided radiation pattern (longitudinal section), in the radiating element and in the reflective element of which channels for accommodating transit wires are made;
Фиг.5 изображает стержневой пьезокерамический акустический излучатель давления с односторонней лучевой диаграммой направленности (продольный разрез) в сборке с акустическими развязками, выполненные из проволочного проницаемого материала и расположенные по обоим концам стержневого пьезокерамического излучателя;Figure 5 depicts a rod piezoelectric acoustic pressure transmitter with a one-sided radiation pattern (longitudinal section) in an assembly with acoustic decouples made of permeable wire and located at both ends of the rod piezoceramic emitter;
Фиг.6 изображает измерительную схему каротажного устройства, модель с лучевой диаграммой излучения и приемом с круговой диаграммой чувствительности, антенна содержит восемь монопольных приемников давления с круговой диаграммой чувствительности;Fig.6 depicts a measuring circuit of a logging device, a model with a radiation radiation pattern and a reception with a pie sensitivity diagram, the antenna contains eight exclusive pressure receivers with a pie sensitivity diagram;
Фиг.7 изображает волновые диаграммы давления акустического излучателя снятые в бассейне с водой в режиме высокочастотного излучения - 18 кГц, используемого в устройстве;Fig. 7 depicts pressure waveforms of an acoustic emitter shot in a water pool in the high-frequency radiation mode of 18 kHz used in the device;
Фиг.8 изображает волновые диаграммы давления акустического излучателя, снятые в бассейне с водой в режиме низкочастотного излучения - 9 кГц, используемого в устройстве;Fig. 8 depicts pressure waveforms of an acoustic emitter recorded in a water pool in the low-frequency radiation mode of 9 kHz used in the device;
Фиг.9 изображает пример волновых картинок в интервале ствола без измененной зоны;Fig.9 depicts an example of wave patterns in the interval of the trunk without a changed zone;
Фиг.10 изображает пример разбегания волн по разным цугам от попадания на желоб;Figure 10 depicts an example of the dispersal of waves in different trains from hitting the gutter;
Фиг.11 изображает однопериодный мощный и широкополосный импульс давления с частотой 18 кГц;11 depicts a single-period powerful and broadband pressure pulse with a frequency of 18 kHz;
Фиг.12 изображает двухпериодный мощный и широкополосный импульс (Фиг.12) давления с частотой 9 кГц;Fig depicts a two-period powerful and broadband pulse (Fig) pressure with a frequency of 9 kHz;
Фиг.13 изображает стержневой пьезокерамический акустический излучатель давления с гасителями колебаний в виде проволочных проницаемых элементов, установленных на обоих концах излучателя;Fig depicts a rod piezoelectric acoustic pressure transmitter with vibration dampers in the form of permeable wire mounted on both ends of the transmitter;
Фиг.14 изображает устройство для лучевого волнового акустического каротажа скважин, согласно изобретению;Fig depicts a device for beam wave acoustic logging of wells, according to the invention;
Фиг.15 изображает волновой пакет, в котором присутствуют три типа неискаженных волн, т.е. продольные волны, поперечные волны и волны Лэмба-Стоунли классического вида;Fig. 15 shows a wave packet in which there are three types of undistorted waves, i.e. longitudinal waves, shear waves and Lamb-Stoneley waves of a classical form;
Фиг.16 изображает волновой пакет, в котором присутствуют расщепленные на два цуга продольные и поперечные волны и эти цуги имеют одинаковое интервальное время;Fig.16 depicts a wave packet in which there are longitudinal and transverse waves split into two trains and these trains have the same interval time;
Фиг.17 изображает волновой пакет, в котором присутствуют расщепленные на два цуга продольные и поперечные волны и эти цуги имеют разные интервальные времена, причем второй цуг имеет меньшее интервальное время;Fig. 17 shows a wave packet in which longitudinal and transverse waves split into two trains are present and these trains have different interval times, the second train having a shorter interval time;
Фиг.18 изображает фрагмент ФКД (фазокорелляционной диаграммы) записанной опытным образцом устройства, согласно изобретению, в одной из скважин с открытым стволом с диаметром 216 мм в Западной Сибири, где хорошо прослеживаются продольные (P), поперечные (S) и Лэмба-Стоунли (L-St) волны в автоматическом режиме.Fig. 18 depicts a fragment of a PCF (phase correlation diagram) recorded by a prototype device according to the invention in one of the open-hole wells with a diameter of 216 mm in Western Siberia, where longitudinal (P), transverse (S) and Lamb-Stoneley ( L-St) waves in automatic mode.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретенияDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Стержневой пьезокерамический акустический излучатель 7 (Фиг.4) давления с односторонней лучевой диаграммой (Фиг.2b) направленности содержит корпус 8 из стали в виде трубки, активирующий элемент 9, состоящий из множества пьезокерамических шайб 10, размещенных на армирующей стяжке 11, которая размещена в корпусе 8. Излучающий элемент 12 в форме усеченного цилиндра выполнен из алюминиевого сплава (дюрали) и контактирует одним торцом 13 с активирующим элементом 9. Демпфер 14 размещен на конце армирующей стяжки 11 и жестко связан с корпусом 8 и с одним торцом 15 активирующего элемента 9 посредством концевой гайки 16.The rod piezoceramic acoustic emitter 7 (Fig. 4) of pressure with a one-sided beam pattern (Fig. 2b) directivity comprises a
Согласно изобретению, пьезокерамические шайбы 10 активирующего элемента 9 размещены на изолирующем слое 17, нанесенном на армирующую стяжку 11, и объединены, по меньшей мере, в три секции 18а, 18b, 18с, имеющие равное количество пьезокерамических шайб 10. Указанные секции 18а, 18b, 18с пьезокерамических шайб 10 предназначены для последовательного разряда высоковольтных импульсов запуска, начиная с секции 18а, контактирующей с демпфером 14, с задержками, равными времени пробега акустической волны по одной секции активирующего элемента 9.According to the invention, the
Другой торец 19 излучающего элемента 12, имеющего форму усеченного цилиндра, выполнен наклонным к оси 0-0 корпуса под углом в пределах от 90 до 15° к оси корпуса.Another end 19 of the radiating
Пьезокерамический акустический излучатель 7 давления содержит отражающий элемент 20, выполненный из стали, также имеющий форму усеченного цилиндра, размещенный в корпусе 8, один торец 21 отражающего элемента 20, обращенный к активирующему элементу 12, выполнен наклонным к оси 0-0 цилиндра под углом в пределах от 15 до 75°.The piezoceramic
Армирующая стяжка 11 выполнена в виде трубки из дюрали (ρ × с = 17) для размещения транзитных проводов (не показаны), проходящих через излучатель 7, где ρ - плотность дюрали, с - скорость ультразвуковых колебаний в дюрали.The reinforcing
В одном варианте воплощения изобретения корпус 8 выполнен сплошным и заполнен компенсирующей давление изоляционной кремнийорганической жидкостью (не показана).In one embodiment, the
В другом варианте воплощения корпус 8 (Фиг.5) выполнен в виде перфорированной трубки и снабжен защитным резиновым или пластиковым кожухом (на Фиг.5 не показан), и также заполнен компенсирующей давление изоляционной кремнийорганической жидкостью ПФМС-4. Резиновый кожух выполнен из термостабильной и пассивной к воздействию кислот и газов резины или пластика, которые сохраняют свои свойства до 150°С. В качестве материала пластика может быть выбран стеклотекстолит, полисульфон (PSU), полиэфирэфиркетон (PEEK) или другой, подходящий по акустическим и физическим свойствам материал. Перфорация выполнена, в основном, со стороны отражающих поверхностей 19 и 21 (Фиг.6) излучающего 12 и отражающего 21 элементов, соответственно.In another embodiment, the casing 8 (FIG. 5) is made in the form of a perforated tube and is provided with a protective rubber or plastic casing (not shown in FIG. 5), and is also filled with pressure compensating insulating silicone fluid PFMS-4. The rubber casing is made of thermostable and passive to the effects of acids and gases rubber or plastic, which retain their properties up to 150 ° C. As a plastic material, fiberglass, polysulfone (PSU), polyetheretherketone (PEEK) or another material suitable for acoustic and physical properties can be selected. Perforation is made mainly from the side of the reflective surfaces 19 and 21 (Fig.6) of the radiating 12 and reflecting 21 elements, respectively.
В предложенном стержневом пьезокерамическом акустическом излучателе количество секций 18а, 18b, 18с равно нечетному числу, равному или более трех. Пьезокерамические шайбы 10 выполнены из одинакового/различного пьезокерамического материала, например, из керамики ЦТС-19 (PZT 4,5) и соединены друг с другом так, чтобы поверхности с зарядом одинаковой полярности примыкали друг к другу (Фиг.7) . Кроме того, в каждой пьезокерамической шайбе выполнена проточка 22 (Фиг.8) для подпайки контактных площадок 23 и 24 разных полярностей к пьезокерамической шайбе 10.In the proposed rod piezoceramic acoustic emitter, the number of sections 18a, 18b, 18c is an odd number equal to or more than three.
Торец 19 излучающего элемента 12 в форме усеченного цилиндра выполнен наклонным к оси цилиндра и имеет ровную или параболическую поверхность, которая является рабочей излучающей поверхностью. Демпфер 14 выполнен из сплава вольфрама с высоким значением ρ × с = 100.The end face 19 of the radiating
Пьезокерамические шайбы 10 активирующего элемента 9 склеены между собой, а также с демпфером 14 и с излучающим элементом 12 посредством эпоксидной смолы и поджаты на армирующей стяжке 11 с усилием 20-40 МПа, в зависимости от прочности материала керамических шайб 10 посредством гайки 16 (Фиг.4).The
В излучающем элементе 12 и в отражающем элементе 20 могут быть выполнены каналы 25 и 26 для размещения транзитных проводов (не показаны).In the radiating
На Фиг.9 показан частный вариант выполнения излучающего элемента 12 (разрез вдоль оси 0-0), и указаны частный вариант величины угла наклона рабочей излучающей поверхности. На Фиг.10 показан вид по стрелке А на Фиг.9 варианта выполнения излучающего элемента 12.Figure 9 shows a particular embodiment of the radiating element 12 (section along the axis 0-0), and a particular variant of the angle of inclination of the working radiating surface is indicated. Figure 10 shows a view along arrow A in Figure 9 of the embodiment of the radiating
Пьезокерамический акустический излучатель давления 7 работает следующим образом.Piezoceramic
В описываемом варианте воплощения электрически активирующий элемент 9 излучателя представляет собой набор из 36 пьезокерамических шайб 10 размером 40×20×5 мм из пористого материала ЦТС-19П (цирконат титанат свинца) общей длиной 180 мм, сгруппированных в три равные секции 18а, 18b, 18с по 12 шайб или по 60 мм по длине. Шайбы в секциях электрически соединены параллельно. Электрическая емкость каждой из трех секций длиной 60 мм активирующего элемента не превышает 20 нф.In the described embodiment, the electrically activating emitter element 9 is a set of 36
На эти секции 18а, 18b, 18с последовательно с задержкой по времени подаются разрядные импульсы возбуждения длительностью 28 мксек либо 56 мксек и амплитудой около 500 в/мм толщины керамической шайбы, т.е. около 2500 В. Задержка в подаче импульсов разряда на части, начиная с дальнего от рабочей излучающей поверхности 19 (или ближнего к демпферу 14), должна быть равна времени пробега волны давления по секции 18а, 18b, 18с. Для пористого материала шайб ЦТС-19П это время составляет 28 мксек, для обычного плотного материала ЦТС-19 около 20 мксек. При таком разряде активирующего элемента 9 организуется принцип "бегущая волна".These sections 18a, 18b, 18c sequentially with a time delay are supplied with excitation discharge pulses with a duration of 28 μs or 56 μs and an amplitude of about 500 V / mm of the thickness of the ceramic washer, i.e. about 2500 V. The delay in delivering discharge pulses to parts starting from the one farthest from the working radiating surface 19 (or the one closest to the damper 14) should be equal to the travel time of the pressure wave over section 18a, 18b, 18c. For the porous material of the TsTS-19P washers, this time is 28 μs, for ordinary dense material of the TsTS-19P, it is about 20 μs. With this discharge of the activating element 9, the principle of "traveling wave" is organized.
На рабочей поверхности излучающего элемента 12 формируется однопериодный мощный и широкополосный импульс (Фиг.11) давления с частотой 18 кГц. Если длительность разрядного импульса составляет 56 мксек, то за это время пройдет не один, а два полупериода одинаковой полярности, и тогда на рабочей поверхности активирующего элемента 12 будет сформирован двухпериодный мощный и широкополосный импульс (Фиг.12) давления с частотой 9 кГц, причем первый отрицательный полупериод будет с частотой 18 кГц, а два следующих, положительный и снова отрицательный с частотой 9 кГц.On the working surface of the radiating
Предполагается, что широкополосный импульс (Фиг.11) давления с частотой 18 кГц необходим для исследований в стволах небольшого диаметра (100-200 мм) и в карбонатных высокоскоростных разрезах, а двухпериодный мощный и широкополосный импульс (Фиг.12) давления с частотой 9 кГц необходим для исследований в стволах большого диаметра (200-400 мм) и в песчаных и глинистых низкоскоростных разрезах.It is assumed that a broadband pressure pulse (Fig. 11) with a frequency of 18 kHz is necessary for studies in small-diameter shafts (100-200 mm) and in carbonate high-speed sections, and a two-period powerful and broadband pressure pulse (Fig. 12) with a frequency of 9 kHz necessary for research in large-diameter shafts (200-400 mm) and in sandy and clay low-speed sections.
При изготовлении активирующего элемента 9 из 36 шайб обязательным условием является создание статического давления на шайбы от 200 до 400 МПа, которое создается гайкой 16 при склейке шайб 10. Однако пористая керамика (ЦТС-19П) имеет меньшие прочностные характеристики, чем простая керамика ЦТС-19, поэтому при затяжке гайки давление составляет 200-250 МПа не более.In the manufacture of an activating element 9 of 36 washers, a prerequisite is the creation of a static pressure on the washers from 200 to 400 MPa, which is created by the
При сборке пьезокерамических шайб 10 на армирующей стяжке 11 (Фиг.4) из алюминиевого сплава (дюрали) ее внешнюю поверхность диаметром 19 мм покрывают изоляционным материалом 27 до диаметра 19,5-19,7 мм. Это может быть либо термоусадочный кембрик или клейкая полиамидная пленка. Покрытие необходимо, чтобы исключить электрический пробой высокого напряжения с металлизации пьезокерамических шайб 10 на армирующую стяжку.When assembling
Параметры рабочей излучающей поверхности алюминиевого излучающего элемента 12 хорошо согласованы по акустическим параметрам с пористой керамикой, поэтому формируется мощное поле давления, сосредотачивая всю энергию излучающего элемента 12 с заданной диаграммой направленности в углах падения на стенку скважины от 90 до 15°, причем чем больше угол, тем больше энергии падает на стенку скважины.The parameters of the working radiating surface of the
Диаграмма направленности (Фиг.2b) по окружности зависит от рабочей частоты. По уровню 0,707 (3 ДБ) для 18 кГц она составляет около 50-60°, а для 9 кГц не превышает 80-90°.The radiation pattern (Fig.2b) around the circumference depends on the operating frequency. At the level of 0.707 (3 dB) for 18 kHz it is about 50-60 °, and for 9 kHz it does not exceed 80-90 °.
Если корпус 8 сплошной, то жидкостью заполняется только внутренняя полость 28 (Фиг.4) излучателя 7, где находятся высоковольтные провода (не показаны), контактирующие с пьезокерамическими элементами 10. Но в этом случае конструкция усложняется, так как необходима герметизация электровводов, на которые подается до 2500 В и необходимо реализовывать систему гидрокомпенсации изоляционной жидкости ПФМС-4, находящейся внутри излучателя 7.If the
Защитный корпус 8 одновременно является несущим элементом отражающего элемента 20. Отражающий элемент 20 одновременно является и крепежным элементом для крепления излучателя 7 внутри устройства. Между излучающим элементом 12 и отражающим элементом 20 имеется зазор около 1 мм и механический удар при электрическим разряде происходит по касательной к защитному корпусу, что не создает ненужных вредных колебаний.The
Гайка 16 фиксируется контргайкой 29 (Фиг.6), навинченной на конец армирующей стяжки 11 и является крепежным элементом для другой стороны излучателя 7 в устройстве.The
На концах излучателя 7 (Фиг.13) крепятся гасители 29 колебаний в виде проволочных проницаемых элементов для защиты от прохождения волн-помех на конструктивные элементы устройства. Там могут располагаться акустические гасители других типов, но необходима акустическая развязка излучателя от несущих конструктивных элементов устройства.At the ends of the emitter 7 (Fig.13) are mounted
Устройство 30 (Фиг.14) для лучевого волнового акустического каротажа скважин содержит по меньшей мере два центрирующих элемента 31, в описываемом варианте показано три центрирующих элемента 31, монопольный стержневой пьезокерамический акустический излучатель 7 давления, антенну 32 приемников давления известного типа, содержащую от двух до восьми приемников давления, размещенных на длине зонда от монопольного излучателя 7 давления, и несущие элементы 33 в виде перфорированных трубок, одновременно служащие акустическими изоляторами.The device 30 (Fig. 14) for beam wave acoustic logging of wells includes at least two centering
Устройство 30 для лучевого волнового акустического каротажа скважин содержит также электронные схемы 34 для излучения импульсов разряда, размещенные в нижнем центрирующем элементе 31, и электронные схемы 35 для приема и преобразования сигналов в верхнем центрирующем элементе, поступающих с антенны приемников давления.The
В указанном устройстве 30 для лучевого волнового акустического каротажа скважин монопольный стержневой пьезокерамический акустический излучатель давления имеет лучевую диаграмму (Фиг.2b) направленности акустического давления и выполнен в виде стержневого пьезокерамического излучателя 7 давления, описанного выше типа, а приемники 32 антенны для компенсации изгибных колебаний скважины имеют круговую диаграмму чувствительности (Фиг.2с).In the specified
При этом указанное устройство 30 содержит акустические развязки, выполненные из проволочного проницаемого материала и расположенные по обоим концам стержневого пьезокерамического излучателя давления и по обоим концам антенны приемников давления, аналогичные акустическим развязкам 29.Moreover, the specified
Способ лучевого волнового акустического каротажа скважин осуществляется следующим образом.The method of beam wave acoustic logging of wells is as follows.
Излучают акустический импульс давления в породу, окружающую стенки скважины, через слой буровой жидкости и принимают прошедшие через породу сигналы давления.An acoustic pressure pulse is emitted into the rock surrounding the borehole wall through a layer of drilling fluid and pressure signals transmitted through the rock are received.
Излучение осуществляют по одному лучу с использованием стержневого пьезокерамического излучателя 7 давления, который проходит по соответствующему участку цилиндрической поверхности вдоль стенки скважины.The radiation is carried out in a single beam using a rod
Прием акустических сигналов осуществляют приемниками давления с круговой диаграммой чувствительности, при этом изгибные колебания, возникающие в скважине при одностороннем излучении излучателя компенсируются на приемниках с круговой диаграммой направленности.Acoustic signals are received by pressure receivers with a circular sensitivity diagram, while the bending vibrations that occur in the well with one-way radiation from the emitter are compensated by receivers with a circular radiation pattern.
Регистрируют волновой пакет принятых акустических сигналов длительностью 5-10 мсек, в зависимости от длины применяемого зонда (как правило 3-4 м), где присутствуют продольные волны, поперечные волны и волны Лэмба-Стоунли (Фиг.3).A wave packet of received acoustic signals is recorded for a duration of 5-10 ms, depending on the length of the probe used (usually 3-4 m), where there are longitudinal waves, transverse waves and Lamb-Stoneley waves (Figure 3).
Осуществляют анализ зарегистрированной по лучу волновой картинки, по которой судят о возможных нарушениях в стенке скважины и изменений в породе, составляющей стенки скважины.An analysis of the wave image recorded by the beam is carried out, according to which possible violations in the borehole wall and changes in the rock constituting the borehole wall are judged.
Если в волновом пакете присутствуют три типа неискаженных волн, т.е. продольные волны, поперечные волны и волны Лэмба-Стоунли классического вида, то считают, что исследуемый ствол скважины не имеет измененной зоны и механических разрушений (Фиг.15).If there are three types of undistorted waves in the wave packet, i.e. longitudinal waves, transverse waves and Lamb-Stoneley waves of a classical form, it is believed that the wellbore under study does not have an altered zone and mechanical damage (Fig. 15).
Если в волновом пакете присутствуют расщепленные на два цуга продольные и поперечные волны и эти цуги имеют одинаковое интервальное время, то считают, что исследуемый ствол скважины имеет механические разрушения в виде желоба в отсутствии измененной зоны, а величина расщепления характеризует глубину желоба (Фиг.16).If the wave packet contains longitudinal and transverse waves split into two trains and these trains have the same interval time, then it is believed that the studied wellbore has mechanical damage in the form of a trench in the absence of an altered zone, and the splitting value characterizes the depth of the trough (Fig. 16) .
Если в волновом пакете присутствуют расщепленные на два цуга продольные и поперечные волны и эти цуги имеют разные интервальные времена, причем второй цуг имеет меньшее интервальное время, то считают, что исследуемый ствол скважины имеет или механические разрушения, или измененные зоны, глубину которых оценивают по времени расщепления (Фиг.17).If longitudinal and transverse waves split into two trains are present in the wave packet and these trains have different interval times, and the second train has a shorter interval time, then it is considered that the studied wellbore has either mechanical damage or altered zones, the depth of which is estimated by time cleavage (Fig).
Если во время работы устройство сместится от оси скважины, это почти никак не скажется на амплитудных параметрах продольных волн и форму ее первого вступления, поскольку предлагаемое устройство к этим явлениям практически нечувствительно.If during operation the device moves away from the axis of the well, this will hardly affect the amplitude parameters of the longitudinal waves and the shape of its first entry, since the proposed device is practically insensitive to these phenomena.
Предлагаемый способ просто будет измерять свойства пород c одной стороны скважины, а измерение классическим способом в таких условиях вообще не предусмотрено.The proposed method will simply measure the properties of the rocks from one side of the well, and measurement by the classical method in such conditions is not provided at all.
Предлагаемый способ не только позволяет определить интервалы измененных зон и их размеры, но и измерить интервальные времена в неизмененной зоне и в измененной зоне, а также оценить ее глубину, что очень важно.The proposed method not only allows you to determine the intervals of the changed zones and their sizes, but also measure the interval times in the unchanged zone and in the changed zone, as well as evaluate its depth, which is very important.
Второй цуг продольной волны на Фиг.11, пробегающий по неизмененной породе, имеет более высокую скорость, чем первый, пришедший раньше, так как длина его пробега меньше, но по измененной зоне, которая из-за появления дополнительных трещин при механических ударах бурового инструмента имеет меньшую скорость акустических волн, чем в неизмененной породе расположенной глубже от стенки скважины.The second longitudinal wave train in FIG. 11, running along unchanged rock, has a higher speed than the first that arrived earlier, since its path length is less, but along the altered zone, which, due to the appearance of additional cracks during mechanical impacts of the drilling tool, has lower speed of acoustic waves than in unaltered rock located deeper from the borehole wall.
Следует особо подчеркнуть тот факт, что глубина чувствительности продольной волны при длинах зондов от 3 до 4 м и частотах 10-15 кГц почти в два раза выше, чем при измерениях измененных зон с применением изгибных волн на частотах 1-5 кГц для изгибного излучателя смещения.It should be emphasized that the depth of longitudinal wave sensitivity at probe lengths from 3 to 4 m and frequencies of 10-15 kHz is almost two times higher than when measuring changed zones using bending waves at frequencies of 1-5 kHz for a bending bias radiator .
Метод лучевого волнового акустического каротажа несет в себе большой объем измерительной неиспользуемой в настоящее время информации.The method of beam wave acoustic logging carries a large amount of measuring currently unused information.
Предлагаемое устройство предназначено для работы с возможностью прохождения к интервалам исследования через бурильные трубы с внутренним диаметром 89 мм.The proposed device is designed to work with the possibility of passing to the intervals of the study through the drill pipe with an inner diameter of 89 mm
Вся колебательная энергия сосредоточена в одном направлении и в необходимых углах падения на стенку скважины (от 15 до 75°), поднято акустическое давление на частоте 9 кГц до 5 КПа/м, а на частоте 18 кГц до 12 КПа/м, что при небольшой излучающей поверхности излучателя достаточно для низкоскоростных пород Западной Сибири.All vibrational energy is concentrated in one direction and in the necessary angles of incidence on the borehole wall (from 15 to 75 °), the acoustic pressure is raised at a frequency of 9 kHz to 5 kPa / m, and at a frequency of 18 kHz to 12 kPa / m, which at low the radiating surface of the radiator is sufficient for low-speed rocks of Western Siberia.
Для снижения волновых помех по конструктивным элементам скважинного прибора применены новые материалы на основе проволочных проницаемых материалов (ППМ), которые показали очень хорошие поглощающие свойства доже на очень низких частотах.To reduce wave noise on the structural elements of the downhole tool, new materials based on permeable wire materials (PPM) were used, which showed very good absorption properties of the Doge at very low frequencies.
Пример записи в условиях отсутствия измененной зоны вокруг ствола скважины показан на Фиг.11.An example of recording in the absence of a changed zone around the wellbore is shown in FIG. 11.
Пример записи с попаданием измерительного луча на угол желоба, где продольная волна расщепилась на два цуга с одинаковыми интервальными скоростями 281 мксек/м, приведен на Фиг.12. Делается вывод, что это желоб, а не измененная зона, и даже можно посчитать его глубину по величине разбегания цугов.An example of recording with the measuring beam hitting the angle of the trough, where the longitudinal wave was split into two trains with the same interval speeds of 281 μs / m, is shown in Fig. 12. It is concluded that this is a gutter, not a changed zone, and even its depth can be calculated by the magnitude of the spread of the trains.
Пример разбегания на цуги первого вступления продольной волны на антенне приемников при наличии измененной зоны вокруг ствола скважины в пласте-коллекторе приведен на Фиг.10. Интервальные времена этих цугов разные, первый имеет 338 мксек/м, а второй 310 мксек/м, т.е. его скорость выше и соответствует этим же величинам интервальных времен, полученных в этом же пласте-коллекторе, но в других скважинах этого нефтяного месторождения.An example of a runaway on the train of the first entry of a longitudinal wave at the receiver antenna in the presence of a changed zone around the wellbore in the reservoir is shown in FIG. 10. The interval times of these trains are different, the first has 338 μs / m, and the second 310 μs / m, i.e. its speed is higher and corresponds to the same values of interval times obtained in the same reservoir, but in other wells of this oil field.
На теоретической основе этого изобретения изготовлен опытный образец скважинного устройства с внешним диаметром 76 мм. В начале 2011 г. он начал проходить скважинные испытания в модельных и производственных условиях на месторождениях Западной Сибири. Записано несколько производственных скважин при работах в открытом стволе и при исследованиях через обсадную колонну. Обработка полученных материалов показывает наличие хорошего качества получаемых данных. Фрагмент записи в виде фазо-корелляционной диаграммы, полученной в скважине с диаметром 216 мм в интервале открытого ствола, приведен на Фиг.18. Хорошо возбуждаются все три типа информативных волн - продольные, поперечные и Лэмба-Стоунли. Прослеживание первых фаз волн осуществляется обрабатывающими программами в автоматическом режиме. Расчет пористости коллектора показал хорошее совпадение с данными других методов измерений в этом интервале.On the theoretical basis of this invention, a prototype of a downhole device with an outer diameter of 76 mm was manufactured. At the beginning of 2011, he began to undergo well tests in model and production conditions at fields in Western Siberia. Several production wells were recorded during open-hole operations and in casing studies. Processing of the obtained materials shows the presence of good quality of the obtained data. A fragment of the recording in the form of a phase correlation diagram obtained in a well with a diameter of 216 mm in the interval of the open hole is shown in Fig. 18. All three types of informative waves are well excited - longitudinal, transverse and Lamb-Stoneley. Tracking the first phases of the waves is carried out by processing programs in automatic mode. The calculation of reservoir porosity showed good agreement with the data of other measurement methods in this interval.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011120850/28A RU2490668C2 (en) | 2011-05-23 | 2011-05-23 | Directed rod-shaped piezoceramic radiator for acoustic logging device, device and acoustic logging method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011120850/28A RU2490668C2 (en) | 2011-05-23 | 2011-05-23 | Directed rod-shaped piezoceramic radiator for acoustic logging device, device and acoustic logging method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011120850A RU2011120850A (en) | 2012-11-27 |
| RU2490668C2 true RU2490668C2 (en) | 2013-08-20 |
Family
ID=49163033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011120850/28A RU2490668C2 (en) | 2011-05-23 | 2011-05-23 | Directed rod-shaped piezoceramic radiator for acoustic logging device, device and acoustic logging method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2490668C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2598406C1 (en) * | 2015-08-27 | 2016-09-27 | Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" | Multielement receiving antenna of acoustic logging device |
| RU186060U1 (en) * | 2018-07-04 | 2018-12-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Александра-Плюс" | SUBMERSIBLE ULTRASONIC UNIT ASSEMBLY, ENSURING THE STABILITY OF OPERATION OF ULTRASONIC EQUIPMENT |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3938072A (en) * | 1974-03-18 | 1976-02-10 | Charles Baird | Resonance earth structure logging |
| RU2131173C1 (en) * | 1997-12-10 | 1999-05-27 | Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Hydroacoustic projector |
| RU2200333C2 (en) * | 2001-05-25 | 2003-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Unit of piezoelements of geophysical downhole radiator |
| RU2260688C1 (en) * | 2004-01-14 | 2005-09-20 | Корольков Александр Владимирович | Well acoustic device |
| RU2276475C1 (en) * | 2004-10-04 | 2006-05-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Acoustic well emitter |
| RU2304214C1 (en) * | 2006-02-15 | 2007-08-10 | Закрытое акционерное общество "Сибургеосервис" | Downhole sound emitting device |
-
2011
- 2011-05-23 RU RU2011120850/28A patent/RU2490668C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3938072A (en) * | 1974-03-18 | 1976-02-10 | Charles Baird | Resonance earth structure logging |
| RU2131173C1 (en) * | 1997-12-10 | 1999-05-27 | Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Hydroacoustic projector |
| RU2200333C2 (en) * | 2001-05-25 | 2003-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Unit of piezoelements of geophysical downhole radiator |
| RU2260688C1 (en) * | 2004-01-14 | 2005-09-20 | Корольков Александр Владимирович | Well acoustic device |
| RU2276475C1 (en) * | 2004-10-04 | 2006-05-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Acoustic well emitter |
| RU2304214C1 (en) * | 2006-02-15 | 2007-08-10 | Закрытое акционерное общество "Сибургеосервис" | Downhole sound emitting device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2598406C1 (en) * | 2015-08-27 | 2016-09-27 | Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" | Multielement receiving antenna of acoustic logging device |
| RU186060U1 (en) * | 2018-07-04 | 2018-12-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Александра-Плюс" | SUBMERSIBLE ULTRASONIC UNIT ASSEMBLY, ENSURING THE STABILITY OF OPERATION OF ULTRASONIC EQUIPMENT |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011120850A (en) | 2012-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9103944B2 (en) | System and method for sonic wave measurements using an acoustic beam source | |
| RU2358292C2 (en) | Multipolar source | |
| CN202170793U (en) | Logging-while-drilling sound wave logging device and transmitting transducer | |
| CN102162358B (en) | Soundwave-while-drilling well logging device | |
| US7257489B2 (en) | Quadrupole acoustic shear wave logging while drilling | |
| US5753812A (en) | Transducer for sonic logging-while-drilling | |
| US10782432B2 (en) | Monopole acoustic logging while drilling instrument used together with bottom hole assembly, method for measuring shear wave velocity of slow formations | |
| US4899844A (en) | Acoustical well logging method and apparatus | |
| GB2287789A (en) | An acoustic sonde transducer array and methods of beam steering and focusing | |
| IE872764L (en) | Multipole acoustic logging | |
| CN105257282A (en) | Acoustic logging-while-drilling transmitting unit and device thereof | |
| US4713968A (en) | Method and apparatus for measuring the mechanical anisotropy of a material | |
| GB2578697A (en) | Formation acoustic property measurement with beam-angled transducer array | |
| CN104806234A (en) | Drilling following type acoustic logging device | |
| CN204691763U (en) | Acoustic logging-while-drillidevice device | |
| US4869349A (en) | Flexcompressional acoustic transducer | |
| RU2490668C2 (en) | Directed rod-shaped piezoceramic radiator for acoustic logging device, device and acoustic logging method | |
| WO2018176976A1 (en) | Trough-bit dipole acoustic logging transmitter and logging device | |
| CN216642082U (en) | Low-frequency multimode dipole transmitting transducer | |
| CN111119839A (en) | While-drilling ultrasonic probe assembly and while-drilling ultrasonic detection method | |
| CN114482987A (en) | Low-frequency multi-mode dipole transmitting transducer | |
| CN207144934U (en) | One kind crosses drill bit dipole acoustic logging transmitter and well logging apparatus | |
| QIAO et al. | Feasibility of Application of Linear Phased Array Acoustic Transmitters to Acoustic Well‐logging | |
| Li et al. | Research and experimental testing of a new kind electrokinetic logging tool | |
| CN115992689B (en) | Ultrasonic imaging logging while drilling device and logging method |