RU2579820C1 - Acoustic logging method - Google Patents
Acoustic logging method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2579820C1 RU2579820C1 RU2015105932/28A RU2015105932A RU2579820C1 RU 2579820 C1 RU2579820 C1 RU 2579820C1 RU 2015105932/28 A RU2015105932/28 A RU 2015105932/28A RU 2015105932 A RU2015105932 A RU 2015105932A RU 2579820 C1 RU2579820 C1 RU 2579820C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- points
- well
- reception
- signals
- correlation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к геофизическим способам исследования околоскважинного пространства массива горных пород, преимущественно к акустическим способам выявления пересекаемых скважиной трещиноватых зон в породах кровли горных выработок.The invention relates to geophysical methods for studying the near-wellbore space of a rock mass, mainly to acoustic methods for detecting fractured zones intersected by a well in rock formations of mining roofs.
Известен способ акустического каротажа, заключающийся в размещении в скважине трубки из хрупкого материала, жестко связанной со стенками скважины с помощью цементного раствора, непрерывном перемещении внутри трубки скважинного зонда, излучении и приеме с его помощью импульсных упругих колебаний, по изменению характеристик которых вдоль длины трубки судят о наличии и местоположении расслоений в прискважинной области массива [1] (Авторское свидетельство СССР №996972, кл. G01V 1/40, опубл. в БИ №6, 15.02.1983).There is a known method of acoustic logging, which consists in placing a tube of brittle material rigidly connected to the walls of the borehole using cement mortar, continuously moving the borehole probe inside the tube, emitting and receiving pulsed elastic vibrations with it, which are judged by changing characteristics along the length of the tube on the presence and location of bundles in the near-wellbore region of the massif [1] (USSR Author's Certificate No. 996972,
Недостатком известного способа является его низкая чувствительность по отношению к выявляемым расслоениям, раскрытие которых не меняется или мало меняется во времени. Это связано с тем, что такие расслоения не приводят к возникновению трещин в хрупком материале помещаемой в скважину трубки и, как следствие, значимым изменениям акустических характеристик принятого акустического сигнала, который распространяется преимущественно по стенкам трубки.The disadvantage of this method is its low sensitivity with respect to detectable bundles, the disclosure of which does not change or changes little in time. This is due to the fact that such delaminations do not lead to cracks in the brittle material of the tube placed in the well and, as a result, to significant changes in the acoustic characteristics of the received acoustic signal, which propagates mainly along the walls of the tube.
Известен способ акустического каротажа, заключающийся в возбуждении в скважине акустического сигнала и приеме его после прохождения исследуемого участка околоскважинного массива в двух точках, расположенных симметрично выше и ниже точки излучения, измерении и совместной обработке параметров принятых сигналов [2] (Авторское свидетельство СССР №437036, кл. G01V 1/40, опубл. в БИ №27, 25.07.1974).A known method of acoustic logging, which consists in the excitation of an acoustic signal in the well and receiving it after passing through the investigated section of the near-wellbore array at two points located symmetrically above and below the radiation point, measuring and jointly processing the parameters of the received signals [2] (USSR Author's Certificate No. 437036,
В указанном способе осуществляют регистрацию двумя приемными преобразователями сигналов, отраженных от неоднородностей массива, вычитание этих сигналов и регистрацию разностного сигнала в виде зависимости времени прихода от глубины скважины.In this method, the registration by two receiving transducers of the signals reflected from the heterogeneities of the array is carried out, the subtraction of these signals and the registration of the difference signal in the form of the dependence of the arrival time on the well depth.
Недостатком известного способа является невозможность с его помощью выявлять наличие и местоположение зон трещиноватости массива, пересекаемого скважиной, и степь трещиноватости горных пород в этих зонах.The disadvantage of this method is the inability to use it to detect the presence and location of fracture zones of an array crossed by a well, and the steppe of rock fracturing in these zones.
Техническим результатом предлагаемого способа явится обеспечение возможности выявления наличия и местоположения зон трещиноватости массива, пересекаемого скважиной и степени трещиноватости горных пород в этих зонах.The technical result of the proposed method is the ability to detect the presence and location of fracture zones of an array intersected by a well and the degree of fracture of rocks in these zones.
Для достижения указанного технического результата в способе акустического каротажа, заключающемся в возбуждении в скважине акустического сигнала и приеме его после прохождения исследуемого участка околоскважинного массива в двух точках, расположенных симметрично выше и ниже точки излучения, измерении и совместной обработке параметров принятых сигналов, возбуждают сигнал в виде стационарного случайного шума со средним равным нулю, осуществляют его прием в точках, лежащих от точки излучения на расстоянии, не превышающем 0,3 радиуса корреляции излученного сигнала в ненарушенной горной породе, измеряют коэффициент взаимной корреляции сигналов в точках приема и интервалы автокорреляции этих сигналов, при этом по коэффициенту взаимной корреляции судят о наличии и степени трещиноватости околоскважинного массива между точками приема, а по отношению измеренных интервалов автокорреляции судят о расположении трещиноватой зоны относительно точки излучения.To achieve the specified technical result in the method of acoustic logging, which consists in exciting an acoustic signal in the well and receiving it after passing through the studied section of the near-wellbore array at two points located symmetrically above and below the radiation point, measuring and jointly processing the parameters of the received signals, the signal is excited in the form stationary random noise with an average equal to zero, they are received at points lying from the radiation point at a distance not exceeding 0.3 of the radius of the core the ratio of the emitted signal in the undisturbed rock, measure the cross-correlation coefficient of the signals at the points of reception and the autocorrelation intervals of these signals, while the cross-correlation coefficient is used to judge the presence and degree of fracture of the near-borehole array between the points of reception, and the location of the fractured is judged with respect to the measured autocorrelation intervals zone relative to the point of radiation.
При использовании шумового акустического сигнала необходимо учитывать следующие его особенности: случайная природа подобного сигнала позволяет в значительной степени избежать резонансных и интерференционных искажений, присущих периодическим сигналам; среднее значение шумового сигнала, равное нулю, обеспечивает величину коэффициента корреляции R=0 при некоррелированности исследуемых сигналов; стационарность процесса позволяет отказаться от жестких требований к времени интегрирования в корреляторе приемного устройства.When using a noise acoustic signal, it is necessary to take into account the following features: the random nature of such a signal makes it possible to largely avoid the resonant and interference distortions inherent in periodic signals; the average value of the noise signal, equal to zero, provides the value of the correlation coefficient R = 0 when the signals under study are not correlated; the stationarity of the process eliminates the stringent requirements for the integration time in the correlator of the receiving device.
Предлагаемый способ базируется на установленных экспериментально и на основе компьютерного моделирования закономерностях изменения корреляционных характеристик шумового стационарного акустического сигнала со средним равным нулю при его распространении между точкой излучения и двумя симметричными точками приема в геосреде, содержащей и не содержащей зоны повышенной трещиноватости. Суть этих закономерностей заключается в следующем.The proposed method is based on experimentally established and based on computer modeling, the patterns of changes in the correlation characteristics of a stationary noise acoustic signal with an average of zero when it propagates between the radiation point and two symmetric reception points in the geomedium containing and not containing zones of increased fracturing. The essence of these patterns is as follows.
Во-первых, при распространении указанных сигналов в каждом конкретном типе горной породы, не содержащей зон повышенной трещиноватости, существует свой характерный радиус корреляции r. Это расстояние l, в пределах которого зарегистрированные акустические сигналы от одного источника коррелированы между собой (т.е. их коэффициент взаимной корреляции R>0,1), а при l>r эти сигналы независимы друг от друга и для них R<0,1. Учитывая природную неоднородность свойств однотипных горных пород даже при отсутствии в них зон повышенной трещиноватости, два сигнала могут быть независимы друг от друга уже на расстоянии 0,6 r. Таким образом, взаимные корреляционные измерения сигналов в двух точках приема, симметричных относительно точки излучения, имеют смысл только при условии, что они лежат от точки излучения на расстоянии l≤0,3 r.Firstly, when these signals propagate in each particular rock type that does not contain zones of increased fracturing, there is a characteristic correlation radius r. This is the distance l within which the recorded acoustic signals from one source are correlated with each other (i.e., their cross-correlation coefficient R> 0.1), and for l> r these signals are independent of each other and for them R <0, one. Given the natural heterogeneity of the properties of the same rocks even in the absence of zones of increased fracture in them, the two signals can be independent of each other at a distance of 0.6 r. Thus, cross-correlation measurements of signals at two reception points symmetrical with respect to the radiation point make sense only provided that they lie at a distance l≤0.3 r from the radiation point.
Во-вторых, наличие зоны и степень трещиноватости горных пород между точками приема влияют на коэффициент R взаимной корреляции между зарегистрированными в этих точках сигналами. Если при отсутствии трещиноватости R→1, то с ее увеличением трещиноватость уменьшает взаимосвязь сигналов, зарегистрированных в точках приема. Физически это влияние вполне понятно, если учесть, что трещиноватость приводит как к уменьшению величины r, так и к различному изменению амплитудных, частотных и фазовых характеристик сигналов, регистрируемых в двух точках приема.Secondly, the presence of the zone and the degree of fracture of the rocks between the points of reception affect the coefficient R of the mutual correlation between the signals recorded at these points. If, in the absence of fracturing, R → 1, then with its increase, fracturing decreases the relationship of signals recorded at the receiving points. Physically, this effect is understandable, given that fracturing leads to both a decrease in r and a different change in the amplitude, frequency, and phase characteristics of the signals recorded at two points of reception.
В-третьих, интервалы автокорреляции сигналов в точках приема тем меньше, чем больше нарушен трещиноватостью участок массива между точкой излучения и соответствующей точкой приема, а значит соотношение между указанными интервалами несет информацию о том, к какой из точек приема находится ближе трещиноватая зона.Thirdly, the intervals of signal autocorrelation at the points of reception are the smaller, the more the fractured portion of the array between the radiation point and the corresponding receiving point is violated, which means that the ratio between the indicated intervals carries information about which of the receiving points is the fractured zone closest to.
Способ акустического каротажа иллюстрируется фиг. 1 - фиг. 6, где: на фиг. 1 представлена схема расположения ультразвукового зонда на глубине скважины H1 однородного массива, не содержащего зоны трещиноватости, пересекаемой скважиной; на фиг. 2 - схема расположения ультразвукового зонда на глубине Н2 массива, содержащего трещиноватую зону между точкой излучения и верхней точкой приема шумового акустического сигнала; на фиг. 3 - схема расположения ультразвукового зонда на глубине Н3 массива, содержащего трещиноватую зону, расположенную на одинаковом расстоянии от точек приема шумового акустического сигнала; на фиг. 4 - схема расположения ультразвукового зонда на глубине Н4 массива, содержащего трещиноватую зону, расположенную между точкой излучения и нижней точкой приема шумового акустического сигнала; на фиг. 5 - результаты измерения коэффициента R взаимной корреляции шумовых акустических сигналов в точках приема, а на фиг. 6 - отношения интервалов автокорреляции этих сигналов при расположении ультразвукового зонда на глубинах Н1, Н2, Н3 и Н4 соответственно.The acoustic logging method is illustrated in FIG. 1 - FIG. 6, where: in FIG. 1 shows an arrangement of an ultrasonic probe at a depth of well H 1 of a homogeneous array that does not contain a fracture zone intersected by the well; in FIG. 2 is an arrangement diagram of an ultrasonic probe at a depth of H 2 of an array containing a fractured zone between a radiation point and an upper receiving point of a noise acoustic signal; in FIG. 3 is a location diagram of an ultrasonic probe at a depth of H 3 of an array containing a fractured zone located at the same distance from the points of reception of a noise acoustic signal; in FIG. 4 is an arrangement diagram of an ultrasonic probe at a depth of H 4 of an array containing a fractured zone located between a radiation point and a lower receiving point of a noise acoustic signal; in FIG. 5 shows the results of measuring the mutual correlation coefficient R of acoustic noise signals at the receiving points, and FIG. 6 - relations of the autocorrelation intervals of these signals when the ultrasonic probe is located at depths of H 1 , H 2 , H 3 and H 4, respectively.
Схемы, представленные на фиг. 1-4, включают скважину 1, в которой размещен ультразвуковой зонд 2, который дискретно перемещают в глубину скважины 1. Ультразвуковой зонд 2 содержит излучающий акустический преобразователь 3, верхний приемный акустический преобразователь 4, а также нижний приемный акустический преобразователь 5. Излучающий акустический преобразователь 3 подключен к выходу генератора 6 шумового стационарного сигнала со средним равным нулю. Верхний приемный акустический преобразователь 4 и нижний приемный акустический преобразователь 5 подключены ко входам корреляционного анализатора 7. Излучающий акустический преобразователь 3 контактирует со стенкой скважины 1 в точке 8 излучения, верхний приемный акустический преобразователь 4 - в точке 9 приема и нижний приемный акустический преобразователь 5 - в точке 10 приема. Точки 9, 10 приема симметричны относительно точки 8 излучения и находятся от нее на расстоянии, не превышающем 0,3 радиуса r корреляции излученного шумового акустического сигнала.The circuits shown in FIG. 1-4, include a
Результаты измерения коэффициентов R взаимной корреляции, принимаемых шумовых акустических сигналов на фиг. 5, представлены: значением 12 этого коэффициента, полученного на глубине H1 расположения ультразвукового зонда 2 в скважине 1; значением 13, полученным на глубине Н2 расположения зонда 2 в скважине 1; значением 14, полученным на глубине Н3 расположения зонда 2 в скважине 1; значением 15, полученным на глубине Н4 расположения зонда 2 в скважине 1.The results of measuring the cross-correlation coefficients R received by the acoustic noise signals in FIG. 5 are presented: a
Результаты измерения относительно интервала
Способ акустического каротажа скважин осуществляют следующим образом.The method of acoustic well logging is as follows.
В кровле горной выработки бурят измерительную скважину 1, в которую помещают ультразвуковой зонд 2, содержащий излучающий акустический преобразователь 3 и симметричные ему верхний приемный акустический преобразователь 4 и нижний приемный акустический преобразователь 5. Расстояние l между излучающим акустическим преобразователем 3 и каждым из приемных акустических преобразователей 4 и 5 изменяют так, чтобы выполнялось условие l≤0,3 r, где r - радиус корреляции излучаемого акустического сигнала в ненарушенной горной породе. Значение г получают на основе предварительных измерений на образцах соответствующих горных пород, не содержащих нарушений в виде трещин.A
Излучающий акустический преобразователь 3 подключают к выходу генератора 6 стационарного электрического шумового сигнала со средним равным нуля, а приемные акустические преобразователи - к соответствующим входам корреляционного анализатора 7.The emitting
Ультразвуковой зонд 2 дискретно перемещают вглубь скважины 1 с шагом ΔН и на каждом шаге обеспечивают надежные контактные условия излучающего акустического преобразователя 3 в точке 8 излучения, верхнего приемного акустического преобразователя 4 - в точке 9 приема и нижнего приемного акустического преобразователя 5 - в точке 10 приема.The
На каждой дискретной глубине Hi измерительной скважины 1, на которой акустические преобразователи 3, 4, 5 контактируют с ее стенкой, измеряют с помощью корреляционного анализатора 7 коэффициент R взаимной корреляции шумовых акустических сигналов в точках 9, 10 приема и интервалы автокорреляции
В случае, если на базе 2l между верхней точкой 9 приема и нижней точкой 10 приема массив горных пород не содержит трещиноватой зоны 11, пересекающей измерительную скважину 1 (см. фиг. 1), изменения характеристик сигналов в точках 9 и 10 приема будут примерно одинаковы и незначительны. Как следствие, коэффициент взаимной корреляции R этих сигналов будет стремиться к 1 (R→1), что отражено значением 12 на фиг. 5. По тем же причинам в точках 9,10 приема будут близки также интервалы
При наличии трещиноватой зоны 11 между верхней точкой 9 приема и точкой 8 излучения (см. фиг. 2) декорреляция акустического сигнала в точке 9 приема будет существенно больше, чем акустического сигнала, регистрируемого в точке 10 приема. В результате измеренные на глубине Н2 значение 13 величины R<<1 и значение 18 отношения (
При наличии и симметричном расположении трещиноватой зоны 11 относительно точек 9 и 10 приема (см. фиг 3) изменения характеристик шумовых акустических сигналов, регистрируемых в этих точках, будут примерно одинаковы и, как следствие, измеренные на глубине Н3 значение 14 величины R и значение 18 отношения
Для случая, представленного на фиг. 4, когда трещиноватая зона 11 находится между излучающим акустическим преобразователем 8 и нижним приемным акустическим преобразователем 10, декорреляция акустического сигнала в точке 10 приема будет существенно больше, чем в точке 9 приема. В результате, измеренные на глубине H4 значение 15 величины R<<1, а значение 19 отношения (
Описанный способ испытывался в лабораторных условиях. В кубическом блоке известняка со стороной 400 мм пробуривалось сквозное отверстие диаметром 42 мм. С помощью аппаратуры телевизионного каротажа производилось обследование стенок пробуренной скважины, которое показало, что на глубине 230 мм существует зона повышенной трещиноватости, пересекающая исследуемую скважину. Далее в скважину помещался каротажный зонд, состоящий из одного излучающего акустического преобразователя и двух размещенных на равном расстоянии по разные стороны от него приемных акустических преобразователей. Резонансная частота всех преобразователей составляла 150 кГц, добротность - 10. На вход излучающего преобразователя с шумового генератора ГШ-1 подавался электрический шумовой сигнал в полосе частот 10-500 кГц со средним равным нулю. Электрические сигналы с приемных акустических преобразователей поступали на двухканальный АЦП с частотой дискретизации 1 МГц, подключенный к персональному компьютеру, на котором программным путем вычислялись коэффициенты корреляции R и отношение интервалов автокорреляции
Описанный каротажный зонд перемещался вглубь скважины так, чтобы при первом измерении трещиноватая зона оказалась вне каротажного зонда (см. фиг. 1), при втором - трещиноватая зона оказалась между верхним приемным преобразователем и излучателем (см. фиг. 2), при третьем - трещиноватая зона оказалась совмещена по координате с излучателем (см. фиг. 3), при четвертом - трещиноватая зона оказалась между излучателем и нижним приемным акустическим преобразователем (см. фиг. 4). В каждом из случаев производилось вычисление коэффициента корреляции R и отношения интервалов корреляции (
По результатам измерений было установлено, что для случая первого измерения R=0,86 и
Таким образом, предложенный способ обеспечивает технический результат, заключающийся в обеспечении возможности выявления наличия и местоположения зон трещиноватости массива, пересекаемого скважиной, и степени трещиноватости горных пород в этих зонах.Thus, the proposed method provides a technical result, which consists in providing the ability to detect the presence and location of fracture zones of an array crossed by a well, and the degree of fracture of rocks in these zones.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015105932/28A RU2579820C1 (en) | 2015-02-24 | 2015-02-24 | Acoustic logging method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015105932/28A RU2579820C1 (en) | 2015-02-24 | 2015-02-24 | Acoustic logging method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2579820C1 true RU2579820C1 (en) | 2016-04-10 |
Family
ID=55793725
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015105932/28A RU2579820C1 (en) | 2015-02-24 | 2015-02-24 | Acoustic logging method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2579820C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108896397A (en) * | 2018-07-17 | 2018-11-27 | 西南大学 | Roof greening charge of surety evaluation method based on On Microseismic Monitoring Technique |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU437036A1 (en) * | 1972-05-03 | 1974-07-25 | Всесоюзный научно-исследовательский институт разведочной геофизики | Acoustic logging method |
SU1002997A1 (en) * | 1981-10-29 | 1983-03-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Геофизических Методов Разведки | Vertical seismic profiling method |
US5012453A (en) * | 1990-04-27 | 1991-04-30 | Katz Lewis J | Inverse vertical seismic profiling while drilling |
RU2101733C1 (en) * | 1996-11-28 | 1998-01-10 | Закрытое акционерное общество Научно-производственная компания" "Форум" | Method of borehole seismic prospecting |
RU2485553C1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "ГЕОСТРА" | Method of estimating fracture porosity based on borehole seismic data |
-
2015
- 2015-02-24 RU RU2015105932/28A patent/RU2579820C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU437036A1 (en) * | 1972-05-03 | 1974-07-25 | Всесоюзный научно-исследовательский институт разведочной геофизики | Acoustic logging method |
SU1002997A1 (en) * | 1981-10-29 | 1983-03-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Геофизических Методов Разведки | Vertical seismic profiling method |
US5012453A (en) * | 1990-04-27 | 1991-04-30 | Katz Lewis J | Inverse vertical seismic profiling while drilling |
RU2101733C1 (en) * | 1996-11-28 | 1998-01-10 | Закрытое акционерное общество Научно-производственная компания" "Форум" | Method of borehole seismic prospecting |
RU2485553C1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "ГЕОСТРА" | Method of estimating fracture porosity based on borehole seismic data |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108896397A (en) * | 2018-07-17 | 2018-11-27 | 西南大学 | Roof greening charge of surety evaluation method based on On Microseismic Monitoring Technique |
CN108896397B (en) * | 2018-07-17 | 2021-04-27 | 西南大学 | Roof greening safety load evaluation method based on microseismic monitoring technology |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Abraham et al. | Non-destructive testing of fired tunnel walls: the Mont-Blanc Tunnel case study | |
JP6396076B2 (en) | Detection method and non-contact acoustic detection system using sound waves | |
RU2006126790A (en) | WELL LIBRARY OF REFERENCE PULSES FOR WORKS WITH VERTICAL SEISMIC PROFILING DURING DRILLING | |
US2231243A (en) | Method of and means for analyzing and determining the geologic strata below the surface of the earth | |
US6246354B1 (en) | Method of determining of permittivity of concrete and use of the method | |
JP6700054B2 (en) | Non-contact acoustic exploration system | |
RU2579820C1 (en) | Acoustic logging method | |
US9329294B2 (en) | Sonic borehole caliper and related methods | |
RU2282875C1 (en) | Building structure exploration device | |
CN104501909B (en) | A kind of small-range liquid level emasuring device and measuring method based on ultrasonic wave | |
WO2005085902A1 (en) | Apparatus and method for detecting a buried objetc using solitary wave. | |
US3205941A (en) | Techniques useful in determining fractures or density discontinuities in formations | |
CN104790939A (en) | Method and device for obtaining cementation rate | |
JPH1068779A (en) | Non-destructive measuring method using acoustic wave for physical characteristics of stratum | |
RU2375729C1 (en) | Geophysical radar | |
EA005657B1 (en) | Use of cuttings for real time attenuation prediction | |
RU2132560C1 (en) | Rock permeability evaluation technique | |
RU2569039C2 (en) | Method for non-destructive inspection of defects using surface acoustic waves | |
RU2533311C2 (en) | Apparatus for probing building structures | |
SU1086162A1 (en) | Method of determining irregularity zones in rock bodies | |
RU2112997C1 (en) | Method for ground radio prospecting | |
JPH06294793A (en) | Nondestructive measuring method using acoustic wave of physical property of stratum | |
RU2188940C1 (en) | Method and device for determination of reservoir parameters | |
RU2247236C1 (en) | Method for estimation of well cementation quality | |
JPH07229876A (en) | Identification of gas in conduit by sonic wave |