SU405095A1 - Акустическая система скважииного прибора акустического видеокаротажа - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к ойласти промысловой гео|физики и может быть исиользоваио в акустичеоком видес-каротаже дл  исследоваии  стеиок нефт иых и газовы.х: скважин.

Известиа акустическа  система, содержаща  электроакустические излучатель и ириемиик , неиодвижио укрепленные -в корлусе, и отражатель, установленный лод углом 45° во вращающемс  цилиндре, имеющем окно дл  иролускаии  УЗК. Цил-индр вьшолнеи из материала с высоким а кустичеоким саиротивлеиием , большим коэффициентом затухани  и малой скоростью раснространенн  УЗК («апример , из текстолита). Стеи1КИ цилиндра покрыты звуко1поглси1аюи1,им материалом, «аиример резиной.

Така  система лозпол ет новьгснть надежность работы скважиниого нрибора, так как в ней отсутствуют труииес  н вран1аюии1ес  электрические коита1КТ1 1. оиа не может быть усненпю нонользоваиа в скважинах измеи юн1е гсс  диаметра и ири наличии кавер:н .

Цель изобретени  - иовыснть надежность работы свкажииного прибора за счет улучшени  условий приема . отраженного им1пульса в окважииах из.мен юи егос  диаметра и ири наличии (каверн.

Цель достигаетс  тем, что в предлагаемой акустической системе отражатель -вьшолнен в

виде двух взаимно иериенди.кул риых зеркалотражателей разного размера, укрепленных на оси, причем меиьшее зеркало укреплено в вырезе в цеитре большего. Отражающа  поверхность большего зеркала лересекает ось излучени  иод углом 45, а отражающа  новер .хиость меньи его зеркала нересекает ось ирие.ма эхо-сигнала .под углом 45.

В результате такого расноложени  отражаюп;не зеркала измен ют ианравлени  нзлученм  н приема акустических высокочастотных колебаний и лри своем, вращении иозвол ют направл ть потоки излучеии  и ириема УЗК но окружности скважииы. Ввиду того, что зеркала-отражатели укреплепы одно внутри ,гого, злучение и ирием ультразвуковых колебаний нроисход т пучками, раоположенпымп коаксиально в пространстве вдоль оси, направленной по пормали к стенке исследуемой скважииы; это улучи1ает условп  приема отражеииого импульса в скважинах пзмеп ю Н1,егос  диаметра и пмеюии1х каверны.

Дл  исключени  нр мого излучепп  от излучател  к приемнику излучател) вы-полиен кольцевым, а обратна  сторона зерл ал-отражателей покрыта звукопоглои1аюии1м материалом .

На фиг. 1 изоблажеиа предлагаема  акустическа  система скважиииого прибора в разрезе; иа фиг. 2 нзображен ход лучей ультразвука между акустической системой прибора и стенкой скважины.

Акустическа  система включает в себ  пеиод-вижЕю у.крепленный излучатель 1, выполиешный в виде .плоского кольца, и лриемиик 2, выполненный в впде дпска меиыпего диаметра. ЛкустИЧеский отражатель 3 меньшего диаметра укреплен внутри отверсти  в большем отражателе 4. Оба отражател  неподвижно укреплены внутри полой цилиндрической дета ла 5, имеющей окно дл  лропуеасани  УЗК и зубчатое колесо 6 дл  сцеплени  с зубчатой передачей 7. Обратиа  сторона отражател  3 покрыта звукопоглощающим слоем 8. Обратна  сторона отражател  4 иО:Крыта слоем 9 звукопоглощаюп его материала. Внутренн   полость акустической системы заполнена жидкостью , например кремнийорганической.

Кольцевой излучатель / излучает пучок ультразвукОВых лучей, которые попадают на отражающую поверхность зеркала-отражател  4. Отражатель измен ет направление излучени  н направл ет его но осп, перпендикул рной к оси с,ква,жп-ппо-го лрибора, т.е. к стеике 10 скважииы. Достигнув степки скважины, иучок лучей Ввиду перавепства волновых сопротивлений бурового раствора п горных пород , сла.гающих стенку скважины, претерпевает отражение и в виде акустического эхосигпала возвра1П.1,аетс  к скважиино му прибору . Часть отразившихс  эхо-лучей попадает на отражатель 3, который меп ет иаправление движеии  эхо-си.гиала и направл ет его к лриемиому преобразователю 2. Дл  осуществлени  кругового обзора стенок скважииы отражатели 3 и 4 привод тс  во вращеппе вместе с цилиидрической деталью 5 через зубчатую иередачу 6 и 7.

ВБИДУ того, что стеика скважипы пе плоска , а цилиндрическа , она не только отражает ультразвуковые лучи, но н концентрирует их в некотором фока.тьном объеме, как цилиндрический рефлектор. Цеитром фокального объема  вл етс  центр радиуса кривизиы цилиндра т.е. геометрический центр скважипы .

Дл  того, чтобы существовал эффект фокусировки при отражении от криволииейной поверхности, -необходимо, чтобы длина звуковой волиы была мала по сравиению с размерами отражающей лосерхности. В данном случае длины воли в буровом растворе дл  частот 1-2 Мгц соответствеино равны м

1,45ишнЯ2 - - -:..

- р

h

10 fj 1450

0,72 мм, пде Ср -скорость УЗК

2-10

в буровом растворе. Наиболее распространенные диаметры скважин на нефть н газ составл ют 5-12, такнм образом раднусы крнвиз h стенок скважнн как отражаюп1,его цилипдра соответственно равны f ,,- 64 - 312 мм.

Как видно, длина воли УЗК, примен емых в aiKycTH4ecKOM видеокаротаже много меньще размеров отражающей поверхности, т.е. выполн етс  условие 1 F к. Это значит, что эффект фокусировки отраженных от стенки скважииы ультразвуковых лучей имеет место, следовательно, стенку скв-ажины можно рассматривать как -цилиидрическнй рефлектор, дл  которого коэффициент усилени  по давлению описываетс  формулой

К (У .а,

2л

где/( - волновое

число, а - центральный угол.

Как иЗВестио, напр жепие U ах , возникающее на электродах пьезопреобразовател  в колебательпом режиме и поступающее «а резоиаиспый ВХОД приемно-усилительиого тракта , может 6i:.iTb определеио из выражени 

U.,g.P-d -Qn-Qax,

IIЬ о H- Ь п

где g.. -пьезоэлектрическое конечное давление;

d -толщина пластинки; Р - -давление, действующее на пьезоэлемент;

С п - емкость пьезоэлемепта;

Со -емкость входных депей; QII -добротность преобразовател ; Q,,x - добротиость ВХОДНОГО контура. Как следует из формулы, папр жеиность электрического пол , возбуждаемого в пьезоэлемеите , пропорцпоиальна звуковому давленню , действующему на его новерхность, завпсит от электрических характеристик пьезоэле .мента и входных цепей и не зависит от площаДи его поверхпости. Учитыва  это обсто тельство и эффект фокусировки, в предлагаемой акустической системе приемник может (быть выполнен достаточно малых размеров, а следовательно , столь же малых размеров могут быть малый отражатель и, соответственно, отверстие в больщом зеркале-отражателе. Значит , уменьщеиие эффективиой площади- излучател  за счет отверсти  в большом отражателе и самом излучателе, невелико, 10-15%. При желаиии это умеиьшеиие площади может быть скомпенсировано путем пез1начительцого увеличени  наружиого диаметра излучател . Дл  того, чтобы устранить вли ние ультразвуковых лучей, раонростран ющихс  по пр мой от излучател  к приемнику ск-возь малое зеркало-отражатель, в центре излучател  выполнено отверстие, размер которого несколько больше размера ириемника, а обратна  (неотражающа ) поверхность малого зеркала 3 покрыта слоем 9 звукопоглощающего материала , напрИмер резииы. Благодар  этому цеитральиа  часть излучател  не излучает, а менее иитенсивные колебани  боковых лепестков , ноиадаюп1,ие на обратную сторону меньщего зеркала, гас тс  в слое звукопоглощающего матернала.

При отражеиии мощного излучаемого импульса от больнюго отражател , больша  часть ультразвука отражаетс  н нанравлена к стенке скважины, но небольша 

часть -проходит сквозь материал зеркала-отражател  и, -раопростран  сь в жидкости с обратной стороны от;ражател  4, может достигнуть повер.хнОСти приемника 2 и создать помеху . Дл  того, 4TOi6bi устранить эту опасность , обратна  (неотражающа ) поверхность большого отражател  некрыта слоем звукопоглощающего материала 10 (например, резины ), который поглощает часть ультразвуковых колебаний, которые прошли сквозь толщину зеркала-отражател .

Предмет и з о -б р е т е н и  

Claims (2)

1. Акустическа  система скважииного прибора акустического видеокаротажа, содерл :аща  iKOipnyc, высокочастотные электроакустические .преобразователи (излучатель и приемник ) и отражатель, размещенный в цилиндре с механическим .приводом, обеонечивающим его вращение, отличающа с  тем, что, с целью повышени  надежности системы, отражатель выполнен в виде двух взаимно перпендикул рных зеркал разной величины, меньшее из которых укреплено в вырезе в центре большего зеркала.

2. Акустическа  система по п. 1, отличающа с  тем, что, с целью исключени  попадани  излучени  от излучател  к приемнику по пр мой, излучатель выполнен кольцевым, а неотражающа  сторона обоих зеркал покрыта звукопоглощающим материалом.

%J%

//

Повернуто на 90