СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 2002 года по МПК G01V1/40 

Изобретение относится к области геофизических методов исследований, более конкретно касается акустическою каротажа на продольных, поперечных и Стоунли волнах.

Известен способ определения акустических параметров среды, согласно которому в скважине циклически возбуждают и принимают упругие колебания на зондовых расстояниях с помощью ряда приемных акустических преобразователей измерительного зонда. При этом одновременно с многоканальной записью волнового поля непрерывно регистрируют акустические сигналы от первого по времени записи приемника и определяют на этих сигналах временные интервалы для выделения экстремумов основных типов волн, формируют годографы выделенных типов волн, но которым определяют акустические параметры горных пород (авторское свидетельство СССР N 1606950, G 01 V 1/40).

Недостаток способа состоит в том, что при его реализации необходимо использование дорогостоящего оборудования - многоканального измерительного зонда и многоканальной регистрирующей аппаратуры, осуществлять регистрацию и обработку больших объемов данных для каждой точки замера, а также в низкой точности определения времен вступления волн, следующих за продольными - поперечных и Стоунли волн.

Известен также способ акустического каротажа, при котором с помощью трехэлементного измерительного зонда (один монопольный источник и два приемника, либо один приемник и два монопольных источника) возбуждают в скважине акустические импульсы и принимают прошедшие через породу сигналы, которые представляют собой сумму интерферирующих между собой продольных P и поперечных S волн. По полученным записям определяют времена вступления продольных P и поперечных S волн на первом по времени записи приемнике и аналогичным образом на втором. Затем, используя полученные данные, определяют интервальные времена пробега продольных и поперечных волн в интервале L, равном расстоянию между приемниками или источниками (база акустического зонда), после чего результаты интерпретируют (М. Г. Латышева. Практическое руководство по интерпретации диаграмм геофизических методов исследования скважин, М. : Недра, 1981, стр. 111-115).

Недостаток способа состоит в том, что он не позволяет обеспечить достаточную информативность из-за погрешностей в определении времени вступления поперечной волны S, которая вступает в едином волновом пакете на фоне более скоростных продольных P волн. Кроме того, способ не предусматривает выделение и определение параметров перспективных Стоупли волн S_t.

Задачей изобретения является создание способа акустических исследований скважин, который бы позволил повысить точность и надежность определения акустических параметров горных пород при минимальном объеме регистрируемой информации за счет повышения отношения сигнал/помеха и разрешенности записи в зонах интерференции волн разного типа.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения акустических параметров горных пород, основанном на перемещении скважинного прибора, циклическом возбуждении и приеме упругих колебаний на зондовых расстояниях, записи пространстненно-временной диаграммы волнового поля с заданным интервалом квантования и последующей обработке данных, согласно изобретению сигналы, зарегистрированные на зондовых расстояниях при каждом цикле замера, коррелируют между собой, последовательно сдвигая первый по времени вступления акустический сигнал на временной интервал, равный шагу квантования акустических сигналов, и по положению экстремальных значений локальных импульсов на временной оси получаемой коррелограммы определяют акустические параметры горных пород.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации способа, на фиг. 2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие способ, на фиг. 3 - фазокорреляционная диаграмма принимаемого волнового поля.

Устройство (фиг. 1) для реализации способа согласно изобретению содержит измерительный зонд 1 с размещенным в нем излучателем 2 акустических волн, первым 3 и вторым 4 приемниками акустических волн, расположенными на базовом расстоянии L между собой, генератор 5 электрических импульсов, а также соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь 6, линию задержки 7, умножитель 8, сумматор 9 и регистратор 10. Измерительный зонд 1 размещен в скважине 11.

На фиг. 2 изображены: 12, 13 - сигналы, снимаемые соответственно с первого 3 и второго 4 приемников акустических волн; 14 - сигнал 12, сдвинутый на время Δt_p, равное разности времен вступления продольной волны, регистрируемой первым и вторым приемниками; 15 - сигнал 12, сдвинутый на время Δt_s, равное разности времен вступления поперечной волны, регистрируемой первым и вторым приемниками; 16 - сигнал 12, сдвинутый на время Δt_st, равное разности времен вступления Стоунли волны, регистрируемой первым и вторым приемниками; 17 - фрагмент результата взаимной корреляции сигналов 13 и 14; 18 - фрагмент результата взаимной корреляции сигналов 13 и 15; 19 - фрагмент результата корреляции сигналов 13 и 16.

Способ согласно изобретению реализуется в следующей последовательности операций.

Измерительный зонд 1 равномерно перемещают по стволу скважины 11 и через равные интервалы по глубине с помощью излучателя 2, возбуждаемого генератором 5 электрических импульсов, осуществляют посылку в исследуемую среду зондирующих импульсов. При этом па границе промывочная жидкость-порода инициируется в совокупности волновое поле (фиг. 3), включающее продольные P, поперечные S и Стоунли волны S_t, которые в сумме с псевдослучайными волнами-помехами П_x принимают первым 3 и вторым 4 приемниками акустических волн. Последние поступают на соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя 6, с выхода которого сигнал 12 (оцифрованный сигнал с приемника 2) через линию задержки 7 поступает на первый вход умножителя 8, а сигнал 13 (оцифрованный сигнал с приемника 4) непосредственно на второй вход умножителя 8. С выхода умножителя 8 сигналы поступают на сумматор 9, где произведения отдельных отсчетов сигналов суммируют. Результат, дискретное значение коррелограммы (корреляция сигналов 12 и 13), регистрируют с помощью регистратора 10.

Вычисление функции взаимной корреляции сигналов 12 и 13 осуществляют соответствии с формулой

где t_i = Δ t•i, τ_j = Δτ•j;
U₂ - сигнал 13;
U₁ - сигнал 12;
N - число отсчетов сигнала U₂;
Δt - шаг квантования акустических сигналов;
Δτ - шаг задержки сигнала 12;
Δτ_max - максимально возможное время распространения наиболее медленной полезной волны от первого до второго приемников;
t_i - текущее время принимаемых акустических сигналов;
τ_j - текущее время задержки сигнала 12.

По приведенной формуле рассчитывают значение коррелограммы без сдвига сигнала 12 относительно сигнала 13, в результате чего получают значение коррелограммы на нулевом времени, т. е. значение K (τ_j = 0). Последующие значения коррелограммы K(τ_j) определяют, последовательно сдвигая сигнал 12 относительно сигнала 13 на временной интервал Δτ, равный шагу квантования по времени Δt этих сигналов 12 и 13 до времени <Δτ_max. Поскольку расположение на временной оси цугов продольных P, поперечных S и Стоунли S_t, волн, а также волн-помех П_x носит псевдослучайный характер, причем сами цуги волн состоят из положительных и отрицательных импульсов и не совпадают по форме, то до сдвига сигнала 12, равного τ_j = Δt_P, на выходе умножителя 8 будет иметь место псевдослучайная последовательность выборок разного знака и, как следствие этого, существенно малые фоновые значения результатов суммирования сумматором 9, то есть значений искомой коррелограммы K(τ_j). При сдвиге τ_j = Δt_P фазы цугов продольных волн P на диаграммах 13 и 14 совпадут, поэтому умножение и суммирование на временном интервале T_p, равном длительности цугов волн P, даст экстремальное значение, пропорциональное амплитуде продольной волны локального импульса 17, выделяющегося на фоне помех. При сдвиге сигнала 12 в интервале значений Δt_P<τ_j<Δt_S ввиду не совпадения фаз цугов продольных P, поперечных S и Стоунли S_t волн, на коррелограмме будет иметь место только некоторый фоновый шум. При сдвиге сигнала 12 на время τ_j = Δt_S совпадут фазы цугов поперечных волн S (диаграммы 13 и 15). Поэтому, как и в случае совпадения фаз цугов продольной волны, на коррелограмме вблизи времени τ_j = Δt_S будет иметь место резко выделяющийся на фоне помех локальный импульс 18, пропорциональный амплитуде поперечной волны S. При сдвиге сигнала 12 в интервале значений Δt_S<τ_j<Δt_St ввиду не совпадения фаз цугов всех волн на коррелограмме K(τ_j) также будет наблюдаться лишь некоторый фон помех. При сдвиге сигнала 12 на время τ_j = Δt_St совпадут фазы Стоунли волн (диаграмма 13 и 16). Поэтому, как и в предыдущих случаях, на коррелограмме на времени τ_j = Δt_St будет иметь место резко выделяющейся на фоне помех локальный импульс 19.

Таким образом, многофазные интерферирующие между собой продольные P, поперечные S и Стоунли S_t волны (фиг. 3) на получаемой в результате реализации данного способа коррелограмме K(τ_j) преобразуются в разделенные по времени локальные импульсы 17, 18 и 19, чем обеспечивается высокое отношение сигнал/помеха и разрешенность записи волн разного типа. Определяя затем на коррелограмме положения экстремальных значений локальных импульсов 17, 18 и 19 на временной оси, обусловленных соответственно продольной, поперечной и Стоунли волнами, определяют тем самым разности Δt_P, Δt_S и Δt_St времен распространения этих волн между первым 3 и вторым 4 приемниками. После чего определяют интервальные времена распространения продольных P, поперечных S и Стоунли S_t волн

по значениям которых судят об акустических параметрах горных пород в исследуемой скважине.

Использование: для акустического каротажа на продольных, поперечных и Стоунли волнах. Сущность: перемещают скважинный прибор, циклически возбуждают и принимают упругие колебания на зондовых расстояниях. Записывают пространственно-временную диаграмму волнового поля с заданным интервалом квантования. Сигналы, зарегистрированные на зондовых расстояниях при каждом цикле замера, коррелируют между собой, последовательно сдвигая первый по времени вступления акустический сигнал на временной интервал, равный шагу квантования акустических сигналов. По положению экстремальных значений локальных импульсов на временной оси получаемой коррелограммы определяют акустические параметры горных пород. Технический результат: повышение точности и надежности определения акустических параметров горных пород при минимальном объеме регистрируемой информации за счет повышения отношения сигнал/помеха и разрешенности записи в зонах интерференции волн разного типа. 3 ил.

Способ определения акустических параметров горных пород, основанный на перемещении скважинного прибора, циклическом возбуждении и приеме упругих колебаний на зондовых расстояниях, записи пространственно-временной диаграммы волнового поля с заданным шагом квантования и последующей обработке данных, отличающийся тем, что сигналы, зарегистрированные на зондовых расстояниях при каждом цикле замера, коррелируют между собой, последовательно сдвигая первый по времени вступления акустический сигнал на временной интервал, равный шагу квантования акустических сигналов, и по положению экстремальных значений локальных импульсов на временной оси коррелограммы определяют акустические параметры горных пород.