SU1168881A1

SU1168881A1 - Well source of acoustic seismic signals

Info

Publication number: SU1168881A1
Application number: SU843704299A
Authority: SU
Inventors: Олег Серафимович Андреев; Константин Петрович Белов; Татьяна Ивановна Иванова; Георгий Иванович Катаев; Леонид Семенович Прицкер; Виктор Исаевич Шадхин
Original assignee: МГУ им.М.В.Ломоносова
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1985-07-23

Abstract

1. СКВАЖИННЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащий защитный корпус с установленными в нем магнитострикционным преобразователем и насадкой, жестко прикрепленной к магнитострикционному преобразователю, отличающийс тем, что, с пелью увеличени излучаемой в среду акустической мощности путем согласовани волновых сопротивлений магнитострикционного преобразовател и среды, в насадке вьтолнены радиальные сквозные каналы, оси которых перпендикул рны продольной оси насадки, а защитньм корпус вьшолнен в виде двух частей, имеющих между собой продольный паз, с утолщени ми на внутренней поверхности, соединенными с магнитострикционным преобразователем в узле его колебаний. 2. Источник по п. 1, о т л и ч аю щ и и с тем, что оси сквозных каналов в насадке повернуты относительно одна другой на один и тот же угол d вокруг оси насадки, определ емый соотношением ЗЬО 2п где п - количество каналов. 3. Источник по пп. 1 и 2-, о т ли чающийс тем, что рассто ни г между ос ми каналов вдоль оси насадки определ ютс из соотношени Вп г : fH (Л 1 2f , -диаметр отверсти канала-; где D п -количество каналов; -плотность материала насадfH Е ки: О5 -модуль Юнга материала насад00 00 00 ки j JJ - скорость распространени V, упругих- колебаний в жидкости , заполн ющей скважину. 4. Источник по пп. 1-3, о т л ичающийс тем, что каналы заполнены веществом, волновое сопротивление fg Vg которого определ етс соотношением где РО - плотность жидкости, заполн ющей скважину; у. - плотность вещества, заполн ющего каналы .1. A BOTTOM SOURCE OF SEISMO ACOUSTIC SIGNALS, containing a protective housing with a magnetostrictive transducer installed in it and a nozzle rigidly attached to a magnetostrictive transducer, characterized in that in order to increase the acoustic power emitted into the medium by matching the magnetostrictive transducer to the medium by matching the medium to the magnetostrictive transducer, by means of matching the wave resistance of the magnetostrictive transducer by aligning the medium of the magnetostrictive transducer with the help of an increase in the acoustic power emitted into the medium by matching the magnetostrictive transducer to the medium by matching the medium to the magnetostrictive transducer. radial through channels, the axes of which are perpendicular to the longitudinal axis of the nozzle, and the protective housing is made in two parts They have a longitudinal groove between them, with thickenings on the inner surface connected to a magnetostrictive transducer in the node of its oscillations. 2. The source according to claim 1, clause 1, so that the axes of the through channels in the nozzle are turned relative to one another by the same angle d around the axis of the nozzle, defined by the ratio Bt 2n where n is the number channels. 3. Source for paragraphs. 1 and 2-, which is related to the fact that the distances r between the axes of the channels along the axis of the nozzle are determined from the ratio Bn g: fH (L 1 2f, is the diameter of the channel opening; where D n is the number of channels; nasadhfi ki material: O5 - Young's modulus of nasad 00 00 00 ki j jJ material - propagation velocity V, elastic oscillations in the fluid filling the well. 4. Source according to claims 1-3, which is filled with channels a substance whose wave resistance fg Vg is defined by the relation where PO is the density of the fluid filling the well; y is the density of the substance va filling channels.

Description

Vg V 5 . Источник по пп. 1, 2 и 4, отличающийс тем, что в защитном корпусе в зоне, распологде Л о - длина волны упругих колебаний в жидкости, заполн ющей скважину. скорость распространени упругих колебаний в веществе , заполн ющем каналыj скорость распространени . упругих колебаний в материале насадки. 1168881 женной вдоль насадки, вьшолнены отверсти , соосные со сквозными каналами , при этом рассто ние R между ос ми отверстий определ етс соотношениемVg V 5. Source on PP. 1, 2 and 4, characterized in that in the protective housing in the zone, where D o is the wavelength of elastic oscillations in the fluid filling the well. velocity of propagation of elastic vibrations in the substance filling the channels j velocity of propagation. elastic vibrations in the material of the nozzle. 1168881 along the nozzle, there are holes that are coaxial with the through channels, and the distance R between the axes of the holes is determined by the ratio

1one

Изобретение относитс к геофизическим методам разведки месторождений полезных ископаемых и может быть использовано в качестве источника упругих колебаний при вы влений акустических неоднородностей в межскважинном лростр нстве .The invention relates to geophysical methods of exploration of mineral deposits and can be used as a source of elastic vibrations in the detection of acoustic inhomogeneities in the interwell well.

Известен скважинньш источник сейсмических сигналов, содержащий защитньй корпус и преобразователь, заглушенньй торец которого упруго св зан посредством резинового уплотнительного кольца с цилиндрическим стаканом, причем кольцо раз мещено на рассто нии, соответствующем пучности колебаний .преобразвател , а стакан жестко прикреплен к магнитострикционному преобразователю в узле его собственных коле НИИ. К излучающему торцу магнитострикционного преобразовател прикреплена насадка l3.A well known source of seismic signals contains a protective housing and a transducer, the plugged end of which is elastically connected by means of a rubber sealing ring with a cylindrical cup, the ring being located at a distance corresponding to the antinode of the transducer, and the cup is rigidly attached to the magnetostrictive transducer in its node own coke research institutes. A nozzle l3 is attached to the radiating end of the magnetostrictive converter.

Недостатком этого источника вл етс низкий уровень звукового давлени , возбуждаемого, в среде, обусловленный сложностью подбора материала дл насадки, позвол ющего согласовать волновое сопротивление магнитострикционного преобразовател с волновым сопротивлением среды. .The disadvantage of this source is the low level of sound pressure, excited in the medium, due to the difficulty in selecting the material for the packing, which makes it possible to match the characteristic impedance of the magnetostrictive transducer with the characteristic impedance of the medium. .

Композиционные материалы на основе редкоземельных элементов обладают гигантской магнитострикцией . Выполнение магнитострикционного преобразовател из подобного материала также не позвол ет подобрать насадку, обеспечивающую согласование преобразовател со средой. Composite materials based on rare earth elements have a giant magnetostriction. The implementation of a magnetostrictive transducer from such a material also does not allow the selection of a nozzle that ensures the transducer to be matched with the medium.

Кроме того, использование аналогич ного защитного корпуса дл источника с одностержневым преобразователе также приводит к снижению уровн звукового давлени , возбуждаемого источником в среде, из-за образовани короткозамкнутого витка.In addition, the use of a similar protective housing for a source with a single rod transducer also leads to a decrease in the level of sound pressure excited by the source in the medium, due to the formation of a short-circuited coil.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс скважинньй источник сейсмических сигналов L2J, содержащий защитньй корпус с установленными в нем магнитострикционным преобразователем и насадкой,.жестко прикрепленной к магнитострикционному преобразователю . В защитном корпусе источника со стороны излучающего торца выполнены радиальные отверсти , причем между диаметрами указанных отверстий , рассто нием между НИМРТ, длиной перфорации и длиной волны в среде, заполн ющей корпус, установлено соотношениеClosest to the invention, in technical terms, is a well source of seismic signals, L2J, containing a protective housing with a magnetostrictive transducer installed in it and a nozzle fixedly attached to the magnetostrictive transducer. Radial holes are made in the source protective case on the side of the radiating end, and the ratio between the diameters of the holes, the distance between NIMTT, the perforation length and the wavelength in the medium filling the case is established

d Ah -г: Д h, где d - диаметр отверсти -,d Ah - g: D h where d is the diameter of the hole -,

ЛЬ - рассто ние между отверсти ми jL - the distance between the holes j

Л - длина волны-, h - длина перфорации.L - wavelength-, h - perforation length.

Недостатком известного источника вл етс низкий уровень звукового давлени из-за разницы волновых сопротивлений .A disadvantage of the known source is the low sound pressure level due to the difference in wave resistance.

Цель изобретени - увеличение излучаемой в среду акустической мощности путем согласовани волновых сопротивлений магнитострикционно го преобразовател и среды.The purpose of the invention is to increase the acoustic power emitted into the medium by matching the wave impedances of the magnetostrictive transducer and the medium.

Поставленна цель достигаетс тем, что в скважинном источнике сейсмоакустических сигналов, содер щем защитный корпус с установленны ми в нем магнитострикционным преоб разователем и насадкой, жестко при крепленной к магнитострикционному преобразователю, в насадке вьтолне радиальные сквозные каналы, оси которых перпендикул рны продольной оси насадки, а защитный корпус выполнен в виде двух частей, имеющих между собой продольный паз, с утолщени ми на внутренней поверхности, соединенными с магнитострикционным преобразователем в узле его колебаний . Оси сквозных каналов в насадке могут быть повернуты относительно о на другой на один и тот же угол cL вокруг оси насадки, определ емьй соотношением где и - количество каналов. Рассто ни г между ос ми каналов вдоль оси насадки можно определить из соотношени где D - диаметр отверсти канала; ( 1 - количество каналов; . РЦ - плотность материала насадки VP - скорость распространени упругих колебаний в жидкос ти, заполн ющей скважинуj Е - модуль Юнга материала насадки . Каналы могут быть заполнены веществом , волновое Сопротивление gVg которого определ етс соотношением fH VH. плотность жидкости, заполгде fo н ющей скважину-, плотность вещесчва, заполн ющего каналы-, скорость распространени упругих колебаний в вещест ве, заполн ющем каналы; скорость распространени упругих колебаний в материале насадки. В защитном корпусе в зоне, расположенной вдоль насадки, могут быть выполнены отверсти , соосные со сквозными ка 1алами, при этом рас сто ние R между ос ми отверстий определ етс соотношением длина волны упругих, колебаний в жидкости, заполн ющей скважину. Каналы в насадке, расположенные указанным образом, позвол ют придать насадке требуемые свойства дл согласовани магнитострикционного преобразовател со средой. Выполнение защитного корпуса в виде двух частей, имеющих между собойпродольный паз, обеспечивает разрыв электрической цепи и исключает образование короткозамкнутого витка. Выполнение отверстий в защитном корпусе в указанных местах обеспечивает формирование цилиндрической волны, затухакщей медленнее, чем сферические волны, pacпpoctpaн ющиeс в среде от торца насадки, что позвол ет увеличить дальность просвечени массива горных пород. На чертеже изображен скважинный источник сейсмоакустических сигна-j лов, общий вид. Источник содержит магнитострикционный преобразователь 1 с обмоткой 2 возбуждени , цилиндрическую насадку 3, жестко прикрепленную к излучающему торцу .магнитострикционного преобразовател 1, имеющую фланец 4, который размещен в узле колебаний магнитострикционного преобразовател 1. Последний вместе с насадкой установлен в защитном корпусе 5, выполненном из двух частей , имеющих между собой продольный паз 6 и утолщени 7, а также окна 8. Фланец 4 размещен в утолщени х 7 защитного корпуса 5 и обеспечивает крепление и центровку магнитострикционного преобразовател 1 и насадки 3 внутри защитного корпуса 5, к которому со стороны излучающего торца насадки 3 прикреплен отражающий конус 9. В насадке 3 выполнены радиальные сквозные каналы 10, оси которых перпендикул рны продольной оси насадки 3 и повернуты относительно одна другой на один и тот же угол 0 вокруг оси насадки 3-. Например, дл каналов, изображенных на чертеже , угол ei составл ет 30 в соответствии с соотношением (1). Рассто ние г между ос ми каналов 10 вдоль оси насадки 3 можно определить по соотношению (2). При изменении волнового сопротивлени среды параметры насадки 3 могут быть изменены путем заполнени каналов веществом, волновое сопротивление которого подбирают в соответствии с соотношением (3).The goal is achieved by the fact that in a well source of seismoacoustic signals containing a protective housing with a magnetostrictive transducer installed in it and a nozzle rigidly attached to the magnetostrictive transducer, in the nozzle are radial through channels whose axes are perpendicular to the longitudinal axis of the nozzle the protective housing is made in the form of two parts with a longitudinal groove between them, with thickening on the inner surface connected to a magnetostrictive transducer in the node e fluctuations. The axes of the through channels in the nozzle can be rotated relative to another at the same angle cL around the axis of the nozzle, defined by the ratio where and is the number of channels. The distances r between the axes of the channels along the axis of the nozzle can be determined from the relation where D is the diameter of the channel opening; (1 is the number of channels; RC is the density of the packing material; VP is the velocity of propagation of elastic oscillations in the fluid filling the well; E is the Young's modulus of the packing material. The channels can be filled with a substance whose wave resistance gVg is determined by the ratio fH VH. Density of the fluid the density of the substance filling the channels–, the velocity of propagation of elastic oscillations in the substance filling the channels, the velocity of propagation of elastic oscillations in the material of the nozzle. Along the nozzle, holes can be made coaxial with the through holes, and the distance R between the axes of the holes is determined by the ratio of the wavelength of the elastic, oscillations in the fluid filling the well. The channels in the nozzle located in this way allow to give the nozzle the required properties for matching the magnetostrictive transducer with the medium.The implementation of the protective housing in the form of two parts, having a longitudinal groove between them, provides an open circuit and eliminates the formation of rotkozamknutogo turn. Making holes in the protective housing in the specified places provides for the formation of a cylindrical wave, damping more slowly than spherical waves, which are accommodated in the medium from the end of the nozzle, which allows an increase in the range of the rock mass. The drawing shows a downhole source of seismic acoustic signals j, a general view. The source contains a magnetostrictive transducer 1 with excitation winding 2, a cylindrical nozzle 3 rigidly attached to the radiating end of the magnetostrictive transducer 1, having a flange 4, which is placed in the oscillation unit of the magnetostrictive transducer 1. The latter, together with the nozzle, is installed in a protective case 5 made of two parts having between themselves a longitudinal groove 6 and thickening 7, as well as a window 8. The flange 4 is housed in the thickening 7 of the protective housing 5 and provides for fixing and centering the magnetostriction of the transducer 1 and the nozzle 3 inside the protective housing 5, to which a reflecting cone 9 is attached to the radiating end of the nozzle 3. The nozzle 3 has radial through channels 10, the axes of which are perpendicular to the longitudinal axis of the nozzle 3 and rotated relative to one another. the same angle 0 around the axis of the nozzle 3-. For example, for the channels shown in the drawing, the angle ei is 30 according to the relation (1). The distance r between the axes of the channels 10 along the axis of the nozzle 3 can be determined by the relation (2). When the wave impedance of the medium changes, the parameters of the nozzle 3 can be changed by filling the channels with a substance, the wave impedance of which is selected in accordance with relation (3).

В защитном корпусе 5 в зоне, расположенной вдоль насадки 3, выполнены отверсти 11, соосные с каналами 10, при этом рассто ние R между отверсти ми 11 определ ют по соотношению (4).In the protective housing 5 in the zone located along the nozzle 3, holes 11 are made coaxial with channels 10, and the distance R between the holes 11 is determined by the relation (4).

Магнитострикционный преобразователь 1 выполнен в виде стержн из композиционного материала на основе редкоземельных элементов, обладающего гигантской магнитострикцией , что позвол ет обеспечить дополнительный прирост акустической мощности источника.The magnetostrictive transducer 1 is made in the form of a rod made of a composite material based on rare-earth elements with a giant magnetostriction, which allows for an additional increase in the acoustic power of the source.

Источник работает следующим образом .The source works as follows.

При подаче на обмотку 2 возбуждени переменного напр жени требуемой частоты в магнитострикционном преобразователе 1 возбуждаютс упругие колебани , которые передаютс в насадку 3. Так как фланец 4 расположен в узле колебаний магнитострикционного преобразовател 1, упругие колебани не передаютс утолщени ми 7 защитного корпуса 5, Паз 6 в защитном корпусе 5 не. позвол ет образоватьс короткозамкнутому витку. Упругие колебани , распростран сь вдоль насадки 3, рассеиваютс на каналах 10, сдвиг осей которых относительно одна другой и соответствующие рассто ни When a variable voltage of the required frequency is applied to the winding 2 in the magnetostrictive converter 1, elastic oscillations are excited, which are transmitted to the nozzle 3. Since the flange 4 is located in the oscillation unit of the magnetostrictive converter 1, elastic oscillations are not transmitted by thickening 7 of the protective housing 5, Groove 6 in a protective case 5 no. allows the formation of a short-circuited coil. The elastic oscillations, spreading along the nozzle 3, are scattered on the channels 10, the shift of the axes of which is relative to one another and the corresponding distances

между ними обеспечивают требуемые эффективные волновые параметры на7 садки 3 и, соответственно,, согласование их со средой. Упругие колебани достигают излучающего торца насадки 3, распростран ютс далее в жидкости, заполн ющей защитный корпус 5, достигают конуса 9 отражаютс от негои через окна 8- распростран ютс в среде. Кроме того, отверсти каналов 10, расположенные в пучности упругих колебаний, распростран ющихс в жидкости, заполн ющей защитный корпус 5, также возбуждают упругие колебани , которыеbetween them, they provide the required effective wave parameters on 7 poles 3 and, accordingly, their coordination with the medium. Elastic vibrations reach the radiating end of the nozzle 3, extend further in the liquid filling the protective housing 5, reach the cone 9 are reflected from it, and through the windows 8- propagate in the medium. In addition, the openings of the channels 10, located at the antinodes of elastic vibrations propagating in the liquid filling the protective housing 5, also excite elastic vibrations, which

через отверсти 11 в защитном корпу , се 5 излучаютс в среду, где формируют цилиндрическую волну.through the holes 11 in the protective housing, ce 5 are emitted into the medium where they form a cylindrical wave.

Предлагаемый скважинный источник сейсмоакустических сигналов обеспечивает согласование источника со средой по волновому сопротивлению, т.е. повьш1ает акустическую мощность передаваемую в среду; приводит к уменьшению диаметра источника за счет использовани одностержневого магнитострикционного преобразовател повьш1ает акустическую мощность, передаваемую в среду, за счет изготовлени магнитострикционного преобразовател из композиционного материала на основе редкоземельных элементов.The proposed borehole source of seismoacoustic signals provides matching of the source with the medium according to wave resistance, i.e. increases acoustic power transmitted to the environment; leads to a decrease in the diameter of the source due to the use of a single-rod magnetostrictive transducer, which increases the acoustic power transmitted to the medium through the manufacture of a magnetostrictive transducer made of a composite material based on rare-earth elements.

j Все это позвол ет увеличить дальность прозвучивани горных пород и уменьшить диаметр скважинного снар да , что. особенно важно из-за наблюдающейс тенденции уменьшени диаметров скважин. Обеспечение дальности прозвучивани дает значительный эффект, за счет экономии буровых работ.j All this allows you to increase the range of sounding of rocks and reduce the diameter of the wellbore that. especially important because of the observed downward trend in well diameters. Ensuring the range of sounding has a significant effect, due to the savings in drilling operations.

Claims

1. Borehole Source

SEISMOACOUSTIC SIGNALS, comprising a protective casing with a magnetostrictive transducer and a nozzle installed in it, rigidly attached to the magnetostrictive transducer, characterized in that, in order to increase the acoustic power emitted into the medium by matching the wave impedances of the magnetostrictive transducer and the medium, radial through channels are made in the nozzle whose axes are perpendicular to the longitudinal axis of the nozzle, and the protective housing is made in the form of two parts having a longitudinal l groove, with thickenings on the inner surface, connected to a magnetostrictive transducer in the node of its vibrations.

2. Source for π. 1, with the fact that the axes of the through channels in the nozzle are rotated relative to each other by the same angle <£ about the axis of the nozzle, defined by the relation, 3 (, 0 ° os - ——

2п where η is the number of channels.

3. The source according to paragraphs. 1 and 2 ·, characterized in that the distances r between the axes of the channels along the axis of the nozzle are determined from the relation

RnUUM ² Rn ^E where D is the diameter of the channel opening ·; η is the number of channels;

- the density of the material nozzles, ki;

E - Young's modulus of material on the predecessor j

V _o - the propagation velocity of elastic · vibrations in the fluid filling the well.

4. The source according to paragraphs. 1-3, characterized in that the channels are filled with a substance whose wave resistance ρθ Vg is given by

Po ^V o <Р in ^V & 2 Рн ^V H "where p ₀ - density of the fluid, nayayuschego well;

P _in - the density of the substance, nyayuschih channels', fill · fill ·

SU. „1168881 ν _β is the propagation velocity of elastic vibrations in the substance filling the channels;

V _H is the propagation velocity of elastic vibrations in the material of the nozzle.

5. Source according to paragraphs. 1, 2 and 4, characterized in that in the protective casing in the zone located along the nozzle, holes are made coaxial with the through channels, the distance R between the axes of the holes being determined by the relation where Λ ό is the wavelength of elastic vibrations in the fluid filling well.