SU360791A1 - УСТРОЙСТВО дл АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области промыСлово-геофизического исследовани  скважи , в частности к устройствам дл  акустического каротажа.

При акустическом каротаже в скважине генернруют акустические сигналы, которые проход т через пласты и принимаютс  в точке, удаленной от передатчика. Зна  рассто ние между .излучателем и приемником и врем , требуемое звуковому сигналу на прохождение этого пути, можно- подсчитать скорость звука в пластах, котора  вместе с другими показател ми позвол ет определить свойства этой формации. Аппаратура дл  каротажа состоит из излучателей и приемников, установленных на некотором рассто нии друг от друга на корпусе скважинного снар да, который опускают в буровую скважину, заполненную буровым раствором и другими жидкост ми.

Звукова  энерги  распростран етс  как в виде колебаний, имеющих волну сжати , так и в виде сдвиговых колебаний, а Скорость каждого вида колебаний зависит от среды, в которой они распростран ютс . Таким образом , результатом генерировани  ненаправленного акустического сигнала  вл етс  сжата  форма волны в бурильном растворе и сдвигова  и сжата  формы в стенке скважины и окружающей среде, причем кажда  фор-ма волны имеет различную скорость. Эти виды колебаний накладываютс  друг на друга в растворе , стенке и на границах раздела пластов. Составна  форма волны воспринимаетс  приемником в виде сигнала сложной формы, поэтому трудно точно определить врем  поступлени  сигнала определенного вида.

Цель изобретени  - создание устройства дл  акустического каротажа с блоком излучени , генерирующим некоторую .пространственную диаграмму или характеристику усилий , которые в свою очередь излучают в окружающую среду волновое иоле в соответствии с заранее определенной структурой или диаграммой направленности, и, следовательно,

повышение точности измерени  и получение колебаний заданного типа.

Это достигаетс  тем, что акустические преобразователи блока излучени  размещены в одной плоскости, перпендикул рной оси скважины , на равных рассто ни х друг от друга по периферии скважины, образу  симметричные лары. Акустические преобразователи блока приема колебаний также расположены в одной плоскости, перпендикул рной оси скважины , на равных рассто ни х друг от друга по периферии скважины.

Блок приема нечувствителен к волновым пол м, имеющим указанную выще заранее определенную структуру или диаграмму расствует в среде, симметричной относительно оси буровой скважины. Следовательно, оказываетс  возможным исключить или выделить все те эффекты и  влени , которые имели бы место, если окружающа  среда была бы симметричной . Таким образом, основные принимаемые сигналы - это сигналы, обусловленные неоднородност ми в окружающей среде. Поскольку именно эти неоднородности и представл ют интерес дл  геофизика-исследовател , то в соответстви с предметом изобретени  предусматриваетс  обнарзжение максимума интересующего сигнала с одновременным сведением до минимума обнаружени  шума, поступающего непосредственно от излучател  к приемнику. Дл  опознавани  или маркировки генерируемых волновых полей можно использовать большое число различных пространственных диаграмм распределени , но примен емые .при этом опознавательные признаки или характеристики следует выбирать таким образом , чтобы они не подвергались сильным искажени м и не подавались при прохождении волн через среду, окружающую буровую скважину . Диаграммы распределени , завис щие от времени, .например модул ци  по частоте или по амплитуде, отнесенна  ко времени, как правило, довольно сильно искажаетс  при прохождении через окружающую среду, поэтому она не представл ет существенлого значени . Предпочтительными  вл ютс  пространственно зависимые диаграммы распределени  вол . Из них выбираетс  диаграмма распределени  крутильных вол.н, генерируемых воздействующими усили ми,  вл ющимис  тангенциальными к сторонам буровой скважины в точках на противоположных сторонах скважины. Это можно осуществить либо механическим путем, т. е. с помощью вращающегос  груза или целого р да грузов, удар ющих по выступам на противоположных сторонах внутренней полости скважины, либо использованием пар надлежащим образом ориентированных датчиков. При этом приемник может быть любого типа , например датчик инерционного движени , а количество приемников-излучателей не  вл етс  -критическим (предпочтительно четыре или большее число .каждого из них). Изобретение предусматривает использование излучател  волн с положительной симметрией относительно оси буровой скважины в комбинации с приемником волн, имеющим отрицательную (т. е. зеркальное отображение или противоположный алгебраический знак) симметрию относительно скважины или наоборот . Таким образом, если волнова  диаграмма от излучател  состоит из сил, направленных радиально относительно удалени  от буровой скважины, то приемник выдает электрический сигнал как результат реакции на силы, воздействующие .на первую точку приема и в точке приема, расположенной пр мо напротив (через ось) этой первой точки. Приемник выдает электрический сигнал , имеющий ту же самую амплитуду и противоположную пол рность в случае, когда на приемник воздействует такое же и так же направленное усилие. Это имеет место во всех парах противоположных точек в любом месте на чувствительных участках приемника . Излучатель может иметь отрицательную симметрию, т. е. может создавать усили , которые распростран ютс  внутрь с одной стороны и наружу с другой или каким-то другим образом равны и противоположны с противоположных сторон генератора, в то врем  как соответствующий приемник может тогда иметь положительную симметрию, например, он выдает положительный электрический сигнал , когда на него воздействует усилие, направленное внутрь к скважине, и отрицательный электрический сигнал, когда на него воздействует сила, направленна  наружу от скважины независимо от того, какие чувствительные участки детектора подвергаютс  воздействию . Аналогичным образом, детекторы могут быть различными и выбиратьс  с учетом возможности обеспечени  требуемой разрешающей способности.или требуемого опознавани  данной пространственной диаграммы волн, котора  генерируетс . Наиболее удобными дл  использовани  в случае крутильных волн  вл ютс  квадранты цилиндра из титаната бари . На фиг. 1 изображены излучатель и приемник в системе, работающей по принципу использовани  пространственной диаграммы распределени  крутильных волн. На фиг. 2,а и б показаны две предпочтительные простран- . ствеиные диаграммы вол  (на фиг. 2,а - диаграмма распределени  .крутильных волн, а на фиг. 2,6 - пространственна  диаграмма распределени  волн, имеющих одинаковые усили , направленные наружу от буровой скважины в точках, удаленных на одинаковых рассто ни х друг от друга вокруг буровой скважины. На фиг. 3 представлен вариант прибора, в котором используютс  сегменты цилиндра из титаната бари  дл  изготовлени  .излучател  и приемника. Устройство содержит скважи ный .прибор Л работающий по принципу измерени  отраженных сигналов, выполненный из длинной цилиндрической трубки или кожуха 2, подвещенного на тросе 3. Бурова  скважина 4 заполнена буровым глинистым раствором или промывочной жидкостью. На корпусе устаовлены акустические преобразователи 5 н 6, оторые удерживаютс  кронщтейнами 7, приод щими эти преобразователи в пр мой конакт со стенками буровой скважины при поощи прижимных пружин, размещенных внути корпуса. Преобразователи касаютс  скваины только в одной точке через конта.ктную оловку 8. Каждый из преобразователей

включает в себ  три датчика, расположенных перпендикул рно друг к другу. Преобразователи 5 образуют бло,к излучени , преобразователи 6 - блок приема, установленный на некотором рассто нии от блока излучени  и электрически соединенный при помощи кабел  ,с самописцем, наход щимс  на .поверхности земли. Акустические преобразователи блока излучени  генерируют волну 9, котора , отразившись от неоднородности Ю, возвращаетс  обратной волной //. Преобразователи блоков излучени  и приема могут быть выполнены в виде квадрантев 12 и 13 цилиндрического датчика. При этом скважинный прибор снабжают центрирующим приспособлением 14.

Во врем  работы .прибор дл  регистрации отраж ндаыос сигналов (.Д1л  каротажа скваьжины ), показанный ,на фиг. 1, генерирует соответствующий сигнал при подаче соответствующих пусковых сигналов и питани  на передающие преобразователи 5. На стенку скваЖИ1НЫ через контактные головки 8 передаютс  результирующие усили , которые могут быть направлены горизонтально и тангенциально к скважине (см. фиг. 2,а), наружу от центра скважины (см. фиг. 2,6) или же эти усили  могут быть ориентированы каким-то другим подход щим способом.

Таким образом, благодар  одновременной цодаче пусковых сигналов выбранной амплитуды и пол рности на каждый из элементов преобразовател  в каждом блоке с трем  датчиками , можно точно определить вектор точечного усили , генерируемого каждым датчиком . Относительное суммирование или взвешивание сигналов дл  всех элементов датчика , необходимое дл  получени  таких векторов сил, можно произвести легко, это зависит от ориентации каждого блока датчиков в корпусе .

Диаграмма тангенциальных усилий, показанна  на фиг. 2,а, действует таким образом, что эти усили  оказывают крут щее или вращающее воздействие на скважину и тем саMibiiti вызывают волну сдвигающего усили , котора  распростран етс  через породу или образование. Поскольку диаграмма распределени  усилий чисто тангенциальна и все векторы усилий действуют в одном и том же относительном направлении, т. е. в направлении по часовой стрелке, то не будет создаватьс  никаких сжимающих усилий. Так как эти силы действуют непосредственно на степки скважины, а не передаютс  через промывочную жидкость, то фактически не формируетс  никаких сильных сигналов, которые бы передавались этой промывочной жидкостью.

Однако относительно сильные волны могут передаватьс  либо вдоль обсадных труб, если эта бурова  скважина обсажена, или через непосредственно прилегающее образование , окружающее буровую скважину. Эти большие усили  могут передаватьс  вниз к преобразовател м блока приема сигнала.

Сигналы, которые передаютс  непосредственно от излучател  к приемнику, легко различаютс  используемыми преобразовател ми приема или способами комбинировани  электрических сигналов, генерируемых различными электрическими датчиками в преобразовател х 6.

Эта разрещающа  способность и хорошее отношение сигнала (отраженных волн или

эхо, которые представл ют интерес при измерении отражений к щуму, т. е. к непосредственно передаваемым сигналам) достигаютс  за счет комбинировани  электрических сигналов , создаваемых отдельными элементами -

датчиками детектора, таким образом чтобы можно было бы исключить пространственно зависимые конфигурации волн такого типа, которые передаютс  непосредственно от излучател  к приемнику. Так, например, когда геиерируетс  конфигураци  (диаграмма) крутильных волн, изображенна  на фиг. 2,а, выходные сигналы с преобразователей 6 комбиниоуютс  путем вычитани  доуг из друга сигналов, детектируемых ПРОТИВОПОЛОЖНЫМИ

элементами. Этот процесс отображен в виде нижних кружков, показанных на фиг. 2,а и б. На фиг. 2,« пунктирными стрелками указаньт составл ющие или компоненты движени , которые после их воспри ти  детекторами дают

положительный электрический сигнал на выходе преобразователей блока приема. Стрелки кружка, относ щегос  к приему, на Фиг. 2,а и б ориентированы относительно стрелок, относ щихс  к излучению, таким образом,

чтобы в случае, когда волны, имеющие конфигурацию , показанную в кружке, относ щемс  к излучению, перелаютс  пр мо вниз вдоль буровой скважины или вдоль окружающего нородообразовапи  (вращением в СЛУчае фиг. 2,й или внешним расширением скважины в случае Фиг. 2,6), соответствующие преобразователи Фиксировали нулевой электрический выходной сигнал при приеме волн таких конфигураций. Конфигураци  приема

согласно фиг. 2,6 может быть использована в комбин иии с излучением согласно Фиг. 2,(7. а прием Фиг. 2,о хорошо сочетаетс  с излучением, отображенным на фиг. 2,6.

Важно выбирать такие размещени  или конфигурации приемников, которые позвол ют опознавать волны, прин тые непосредственно от излучател , и определ ть волны, которые принимаютс  от отражений, вызываемых неоднородност ми или отсутствием симметрии в окружающем породообразова тии. На фиг. 1 схематически иллюстрируетс  волна , распростран юща с  от преобразователей 5 и отражающа с  обратно от неоднородной

поверхности или от других геологических неоднородностей в направлении к преобразователю 6. Неоднородна  поверхность может находитьс  на некотором значительном рассто нии , т. е. на рассто нии нескольких метров,

Возвращающа с  или обратна  волна // отличаетс  от волн, распростран ющихс  пр мо от преобразовател  5 излучени  к преобразовател м 6 приема. Это особенно важно , поскольку практически никогда не бывает идентичным неоднородностей на точно .противоположных сторонах скважины и волна 11 не сопровождаетс  равной и противоположной волной (или усилием), в то врем  как все волны, движущиес  непюсредственно между излучателем и приемником, в любом случае состо т из конфигураций или распределений усилий и каждое усилие сопровождаетс  равным и противоположным усилием «а другой стороне скважины.

Так, например, на фиг. 3 показан вариант прибора, в котором преобразователи 6 выполнены из титаната бари  в виде квадрантов 13 цилиндра. Эти преобразователи принимают сигналы через буровой глинистый раствор и .передают их по .кабелю на поверхность дл  .последующей записи самописцем. Этот приемник может быть использован с излучателем , изображенным на фиг. I, когда следует генерировать .крутильные волны типа, показанного на фиг. 2,6, поскольку буровой глинистый раствор действует как механический подавитель или ослабитель, преп тствующий крутильным волнам достигнуть .преобразователей . Таким образом, может быть использована как механическа  так и электрическа  .комбинаци .

На фиг. 3 в приборе дл  регистрации отраженного сигнала используютс  аналогичные квадранты из кристаллов титаната бари , которые действуют как излучатели вместо преобразователей 5 блока излучени  согласно фиг. I. В результате получаетс  удобный измерительный прибор дл  записи отраженных сигналов, который не требует соприкосновени  со скважиной и поэтому может легко подниматьс  и опускатьс . Правда в данном случае используют центрирующее приспособление дл  удержани  прибора в .положении, соосном со скважиной.

Излучатель, изображенный на фиг. 3, не может генерировать пространственную конфигурацию волн, показанную на фиг. 2,а, но он оказываетс  весьма удовлетворительным при .работе с волнами, имеющими пространственную конфигурацию или распределение, представленное на фиг. 2,6, и с другими различными конфигураци ми, которые приходитьс  выбирать в соответствии с конкретными геологическими услови ми.

Устран   основной источник помех, а именно пр мую передачу сигналов между излучателем и приемником, предлагаемое устройство обеспечивает обнаружение и изучение отраженных сигналов, имеющих очень небольшую амплитуду. Поскольку совершенно однородные образовани  не вызывают отражени  сигналов и только отраженные сигналы детектируютс  (обнаруживаютс ) с помощью предлагаемых способов, то приему подвергаютс  только те сигналы, которые достаточно показательно характеризуют неоднородности в породе .

Возможны и другие различные конфигурации волн, при этом получают максимум информации , благодар  генерированию серии различных конфигураций или распределений

волн путем изменени  в каждом конкретном случае размещени  датчиков таким образом, чтобы они не могли принимать генерируемые в данный момент волны соответствующего пространственного распределени .

Предлагаемое устройство может найти применение и при других способах сейсмографических исследований и каротажа буровых скважин, можно измен ть рассто ние между излучателем и приемником, отдельно записывать сигналы от каждого дaтqикa детекторного блока с последующим их суммированием вычислительной машиной, при этом могут быть использованы также   волны переменной частоты и т. д.

Предмет изобретени 

Claims (3)

1.Устройство .дл  акустического каротажа скважин, содержащее скважинный прибор с

блоком излучени  и блоком приема акустических сигналов, размещенными на некотором рассто нии друг от друга вдоль оси скважины , и регистрирующий прибор, отличающеес  тем. что, с пелью получени  заданного типа колебаний, акустические преобразователи блока излучени  размещены попарно симметрично относительно оси скважины на равных рассто ни х один от другого по периферии скважины и расположены в одной плоскости , перпендикул рной оси скважины, а акустические преобразователи блока приема также размещены попарно симметрично относительно оси скважины на равных рассто ни х один от другого по .периферии скважины и расположены в одной плоскости, перпендикул рной оси скважины.

2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что акустические преобразователи выполнены

точечными.

3.Устройство по п. I, отличающеес  тем, что акустические преобразователи выполнены в виде квадрантов цилиндрического датчика.