SU234283A1 - Способ акустического каротажа скважин - Google Patents

Description

Известен способ акустического каротажа скважин, при котором с целью определени  скорости распространени  поперечной волны в горных породах при «х естественном залегании .возбуждают и принимают импульсные колебани , Выдел   среди спектра колебаний обменные головные волны.

В насто щее врем  делаютс  попытки использовани  головных -волн, путь распространени  которых в горной породе и услови  образовани  которых определ ютс  тем, что критический угол

а arc sin-- , V,

где V - Скорость распространени  колебаний Б жидкости, заполн ющей скважину; Vz - скорость распространени  поперечных колеба-ний IB горной породе.

Величина Vi обычно равна 1500 м/сек. Следовательно, дл  горных пород, характеризующихс  скорост ми распространени  лоперечных волн ниже 1500 м/сек, указанный способ измерени  этих скоростей непригоден.

Цель насто щего изобретени  - создание способа .измерени  скоростей распространени  поперечной волны во всем диапазоне изменени  этой скорости в горных породах, включа  в этот диапазон скорости распространени  поперечных волн как ниже, так и выше 1500 м/сек,

Дл  решени  этой задачи предлагаетс  возбуждать на стенке скважины   принимать «а ней же импульсные пол ризованные колебани , вектор смещени  которых перпендикул рен образующей скважины и находитс  в плоскости , касательной к поверхности сквал ины (такие колебани  называютс  поперечной волной типа SH).

Всл-едст&ие того, что скорости поперечной

Болиы меньше скорости продольной, а также некоторых других волн, полезные (поперечные ) волны будут восприн ты приемником позже волн-помех. Отсюда возникает задача выделени  полезной (поперечной) волны на

фоне волн-помех с целью выведени  поперечной волны в «первые вступлени .

Дл  выбора способа решени  этой задачи определим .вначале услов:и  измерени  скоростей распространени  поперечной волны в горных породах, с.тагающих стенку скважины.

Эти услови  состо т в том, что в горной породе , слагающей стенку скважины, поперечна  волна после ее возбуждени  излучателем распростран етс  по стенке вдоль ее образующей , и достигнув точки, где располагаетс  приемник поперечной волны, регистрируетс  в виде осциллограммы напр жений на экране электронно-лучевого осциллографа. Зна  врем  распространени  этой волны и базу измеКак излучатель, так и приемник касаютс  рабочими поверхност ми стенки скважины. При таких услови х .из излучател  к приемнику лриходит не только пр ма  поперечна  волна, но и следующие .возможные типы волн, если скважина пробурена в однородном, безграничном , изотропном твердом теле: а)пр мые продольные волны по стенке скважины; б)пр мые лоперечные волны по стенке сКВажины; в)пр мые поверхностные .волпы по границе раздела «поверхность стен-ки скважины - буровой раствор ; г)любые из вышеуказанных типов волн, распростран ющихс  по винтовым лини м на цилиндрической границе «стенка сквал-сины - буровой раствор (винтовые волны); д)пр мые волны по буровому раствору; е)волны, Многократно отрал енные от стенок скважины :И снар да. Поскольку в любом твердом теле скорости распространени  поверхностных .волн всегда меньше скорости распространени  поперечной волны, то Поверхностные волны, пришедшие к пр.иемнику как по пр мой, так и по винтовой линИ;и, придут позж;е пр мой поперечной волны . Это же относитс  к винтовым нопереч-ным волнам. Следовательно, эти типы волн должны быть исключены «з разр да волн-помех. Остальные волны  вл ютс  волнами-помехами в методе пр мых поперечных волн. Эти волны следующие: а)пр мые продольные волны; б)продольные .винтовые волны, приход щие раньше поперечных пр -мых волн; в)пр мые волны по буровому раствору дл  случа , когда скорость распространени  поперечной волны в горной породе меньше скорости распространени  волны в буровом растворе . Сюда же следует отнести волны, многократно отраженные, так как способы борьбы с волнаМИ-помехамИ третьего типа одни и те же. Меры борьбы с волнами-помехами в сейсмике следующие: а)использование распределенных фильтров, основанных на различии в кажущихс  скорост х волн различных типов (группирование фильтрации, скоростей и др.); б)применение сосредоточенных фильтров, основанных на различии в частотном составе различных волн; в)использование пол ризационных признаков волн различных типов. Применительно К поставленной задаче первые два способа не могут быть использованы по следующим причинам. Распределенные фильтры требуют значительных баз измерени , исчисл емых, по крайней мере, метрами, что при ультразвуковом каротал е практически невозможно. Сосредоточенные фильтры не дают нужного эффекта, так как частотный состав волн различных типов в насто щее врем  недостаточно хорошо изучен, что не дает возможности спроектировать сосредоточенный фильтр, который гасил бы волну-помеху. По указанным причинам пришлось отказатьс  от первых двух мер борьбы с волна.мипомехами и остановитьс  на использовании различи  пол ризационных признаков. С этой целью были разработаны ультразвуковые датчики, специально предназначенные дл  ультразвукового каротажа на пр -мых поперечных волнах. Датчики, облада  пол ризационными свойствами, позвол ют примен ть У-У-схему наблюдений в скважине и, следовательно , выделить полезную волну на фоне волн-помех, различающихс  по пол ризационным признакам. Это дает .возможность практически полностью загасить пр .мую продольную волну и значительно загасить продольную винтовую волну .при указанных услови х измерени  скоростей распространени  поперечных волн. Подсчитаем, насколько эффективна борьба с волнами-по.мехами насто щим способом. Если датчики повернуты на один и тот же угол относительно линии, соедин ющей излучатель с приемника.ми, то электрическое напр жение на выходе приемника будет следующим: ty /(-cos2a. где а - пол рный угол при условии, что пол рна  ось перпендикул рна образующей дл  схемы У-У; Д - коэффициент пропорциональности. Дл  подавлени  продольных пол ризационных волн-помех необходимо примен ть У-Усхему наблюдений. Пр.и этом полезна  поперечна  волна придет к приемнику с .максимальной интенси.вностью, которую мы примем за единицу без учета геометрического расхол дени . Последнее определ етс  множителем- , где L - база измерени . СледоваL тельно, амплитуда полезной волны на рассто нии L от излучател  будет пропорциональна следующей величине: /7 . JL L Продольна  пр ма  волна при этом будет восприн та приемником с нулевой интенсивно/ . 7t cтыofL -J. Таким образом, применение У-У-схемы наблюдений с использование.м указанных датчиков уменьшает до нул  интенсивность продольной волны и максимально подчеркивает интенсивность поперечной. /() «( D - диаметр скважины; m - число, указывающее, сколько раз путь данной винтовой вол«ы пересекал линию наблюдени . Случай т 0 соответствует пр мой Продольной волне. Если учесть выражени  (1) и (2), то отношение :|3 амплитуд пр мой поперечной волны и нродольной вИНтовой волны будет следующее; . (- -rU+l fl (3) mr,D 1 I L 1 График зависимости |3 р - представлен на чертеже. Там же представлены параметры продольной и пр .мой поперечной волн. 11р,и (4) )/2 функци  |3 минимальна и равна 2,6. Слева ог этой точки (.малые базы) рассматривае.ма  функци  растет значительно оыстрее, чем пр-и больших iDa3ax ,иЗ|Мерени . Это значит, что дл  лучшего подавлени  винтовых продольных волн выгоднее использовать .малые базы измерени . Однако при короткой базе из.мерении возрастают погрешности определени  скорости распространени  полезной .волны вследствие того, что горна  порода на поверхности стенки .сквалсины в св зи с мехаиическим воздействием на лее при бурении находитс  в несколько ином :механическом состо нии, че.м вдали от нее. Поэтому базы измерени  желательно брать большими, иднако это в насто щее врем  технически трудно осуществить изза ограниченной чувствительности аппаратуры . с1конери,ментально на модел х, а также практикой ультразвукового каротажа на головных волнах установлено, что макси.мальна  база из.мерени  .не должна превосходить атримерно одного метра. При этом, ,как следует из чертежа, интенсивность поперечной .волны не более чем в п ть раз превысить интенсивность продольной винтовой (, D 6 см). Дл  меньших баз это соотношение будет еще меньшим. Такое соотношение сигнал-щум, естественно, не может считатьс  удовлетворительным при выделении полезной поперечной волны только 1ПО динамическим признакам. Поэтому необходимо привлечение кинематических признаков полезных волн и волн-помех. Годографы tb и t винтовой продольной и пр МОй поперечной волн, очевидно, будут следующими: ) I ( -} Т V. где Vр и V - скорости распространени  продольных и поперечных волн в породе, слагающей стенку скважины. Годограф is(f::} при Y 1 переходит в годограф пр мой продольной волны. Па чертеже представлены все названные годографы в следующей безразмерной форме: ( ( Точка пересечени  годографов полезной поперечной и винтовой продольной волн соответствует абсциссе 1 (9) Y7 она равна -, и слет г. D 1/довательно , совпадает с абсциссой минимума отношени  интенсивностей поперечной и продольной винтовой волн. Если учесть сказанное относительно необходимости выбора больших баз измерени , то после рассмотрени  годографов полезной и мешающих волн следует, что, во-первых, эти волны различаютс  по кажущи.мс  скорост м, во-вторых, винтова  продольна  волна при больших базах будет наблюдатьс  в первых вступлени х и, следовательно, будет мешать выделению поперечной волны. С оотношение сигнал - шу.м при этом будет не больше п ти, но и не меньше 2,6. Совместное использование указанных кинематических и дина.мических признаков позвол ет более уверенно выделить полезную (поперечную ) волну на фоне винтовых волн. Дл  лучшего использовани  кинематических признаков, очевидно, необходимо npinieHeHiie коррел ционного принципа прослеживани  указанных волн. Это, в свою очередь, требует применени  многоэлементного каротажного зонда. Птак, из теоретического рассмотрени  задачи выделени  полезной поперечной пр мой волны .на фоне помех в виде пр мой и винтовой продольных волн следует, что перва  помеха полностью уничтожаетс  при использовании пол ризационных ультразвуковых датчиков по схеме У-У наблюдений. Втора  помеха уменьшаетс , но не в достаточное число раз. Дл  уверенного выделени  нолезной волны на фоне второй помехи необходим миогоэле .ментный каротажный зонд с большой базой измерений и с пол ризационными датчиками. Что касаетс  остальных волн-помех в виде пр мой волны по буровому раствору, а также (Многократно отраженных волн от стенок ск.ваЖины и снар да (зонда), то их можво уничтожить , если датчик акустически изолировать от бурового раствора.

msfJ) Предмет изобретени  Способ акустического каротажа скважин, при котором возбуждают на стенке скважины и пр1ини1мают ультразвуковые импульсные колебании , отличающийс  тем, что, с целью измерени  скорости распространени  поперечной волны во всем диапазоне измененн  этой скорости в горных породах, провод т исследование с ПОМОЩЬЮ пол ризованных импульсных колебаний, вектор смещени  которых перпендикул рен образующей скважины « находитс  в плоскости, касательной к поверхности скважнны .