Способ акустического каротажа и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК G01V1/42 

Изобретение относится к геофизике, в частности к геофизическим исследованиям скважинки может быть использовано для определения свойст геологических сред в околоскважинно пространстве. Известен способ акустического ка ротажа, основанный на многочастотных акустических воздействиях на исследуемую область околоскважинного пространства согласно которому возбуждают сигнал на четьфех частотах, измеряют интенсивность колебаний, определяют величину акустическ го давления, при котором образуется кавитация, и по количеству газовых пузьфьков и концентрации свободного газа определяют газовый фактор сква жинной жидкости 1 3. Однако этот способ работоспособе только в газосодержащих средах и не может Зыть использован при разведке рудных тел. Известен способ акустического каротажа, согласно которому возбуждают два высокочастотных акустическ сигнала в исследуемой среде, принимают низкочастотный сигнал разностной частоты и по амплитуде принятого сигнала судят о нелинейных параметрах среды 2 J. Известно устройстводля-реализации этого способа, которое содержит скважинный зонд, включающий в себя два высокочастотных генератора, два излучателя, низкочастотный приемник и первый усилитель. Скважинный зонд соединен посредством кабеля с наземным блоком обработки, включающим в себя второй усилитель, фильтр нижних частот, амплитудньй детектор и регистратор 2 J. Недостатком способа является использование в качестве информационного параметра амплитуды сигнала разностной частоты, поскольку амплитуда этого сигнала определяется не только параметро,м нелинейности среды. Она также пропорциональна амплитудам высокочастотных волн и сложным образом зависит от их пространственного распределения. Амплитуды высокочастотных волн, в свою очередь, зависят от других характеристик среды (коэффициента поглощения, толщины слоя и т.д.). Это ограничивает раз,решающую способность способа. Недостатком устройства для осуществления способа является то,что вследствие непостоянства акустических условий на контакте зонд акустическая среда изменения амплитуд высокочастотных волн могут достигать 20 дБ и более. Недостатком устройства является также размещение источников акустических волн в скважине. Это обуславливает большие трудности возбуждения в среде волн большой амплитуды из-за потерь энергии в кабеле, соединяющем зонд с источником питания. Все это допол нительно ограничивает разрешающую способность устройства. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ акустического каротажа, заключаю1цийся в возбуждении высокочастотной и низкочастотной акустических волн, модуляции высокочастотного акустического поля низкочастотным и регистрации глубины фазовой модуляции высокочастотной акустической волны СзЦ. Устройство для осуществления этого способа содержит скважинный зонд с последовательно соединенными высокочастотным генератором и излучателем, последовательно соединенными приемником высокочастотных акустических волн и усилителем, а также источник низкочастотных акустических волн и кабель, соедкпяют й усилитель скважинного зонда с наземным блоком обработки, содержащим канал измерения глубины фазовой модуляции высокочастотного сигнала и регистратор Сз. Недостатком известного способа является использование в качестве информативного параметра коэффициента фазовой модуляции высокочастотной волны, так как последний определяется не только параметром нелинейности среды. Он также пропорционален ампли туде низкочастотной волны и сложным образом зависит от ее пространственного распределения. Амплитуда низкочастотной волны и ее пространственное распределение, в свою очередь, зависят от других характеристик среды (коэффициента поглощения, толщины слоев и т.д.). Это ограничивает разрешающую способность способа. Недостатком устройства для осуществления известного способа является размещение источника низкочастот3

ных волн в перемещающемся зонде. Вследствие непостоянства акустических условий на контакте зонд - акустическая среда изменения амплитуды низкочастотной волны могут достигать 20 дБ и более. Кроме того, при перемещении источника низкочастотных волн по стволу скважины изменяется пространственная структура низкочастотной волны за счет изменения акустических характеристик среды. Поэтому измеряемый коэффициент фазовой модуляции в значительной ,степени зависит от положения зонда в скважине. Недостатком устройства является также сложность возбуждения в среде низкочастотной волны большой амплитуды. Все это дополнительно ограничивает разрешающую способность устройства.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности спо- . соба акустического каротажа и уст ройства для его осуществления.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу акустического каротажа, основанному на возбуждении высокочастотной и низкочастотной акустических волн, модуляции высокочастотного акустического поля низкочастотным и измерении глубины фазовой модуляции высокочастотной акустической волны, дополнительно измеряют амплитуду низкочастотной волны в контролируемой зоне и по соотнощению напряжений ,. пропорциональных глубине фазовой модуляции высокочастотной и амплитуде низкочастотной акустических волн, определяют параметр нелинейности среды.

Кроме того, низкочастотную акустическую волну возбуждают в точке пространства, расположенной в зоне Фраунгофера по отношению к контролируемой зоне среды. .

Устройство для осуществления способа, содержащее скважинньй зонд с последовательно соединенными приемником высокочастотных акустических волн и первым усилителем, а также ис точник низкочастотных акустических волн и кабель, соединяющий первый усилитель скважинного зонда с наземным блоком обработки, включающим в себя канал измерения глубины фазовой модуляции высокочастотного сигнала и регистратор, дополнительно содержит, в скважинном зонде поспедо660364

вательно соединенные приемник низкочастотных волн и второй усилитель, а в наземном блоке обработки - канал измерения амплитуды низкочастотного сигнала, соединенный через кабель с выходом второго усилителя, и схему сравнения, входы которой подклю,чены к выходам каналов измерения глу бины фазовой модуляции высокочастотного и амплитуды низкочастотного сигналов, а выход соединен с регистратором, при этом расстояние 2 между скважинным зондом и источником низкочастотных акустических волн, стояние 9 между излучателем и приемником высокочастотных акустических волн и длина Л низкочастотной акустической волны связаны соотношением

.

0 Кроме того, источник низкочастотных акустических волн расположен на поверхности Земли.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа

25 акустического каротажа.

Устройство содержит скважинный зонд 1, соединенный кабелем 2 с наземным блоком 3 обработки, а также наземный источник 4 низкочастотных

30 акустических волн. Скважинный зонд 1 включает в себя генератор 5 высоко- частотных акустических волн, соединенный с излучателем 6, а также приемники 7 и 8 соответственно высокочастотных и низкочастотных волн. На выходах приемников 7 и 8 включены соответственно первый и второй усилитель 9 и 10, выходы которых - соединены с кабелем 2. Наземный блок

0 3 включает в себя на входе фильтры 11 и 12 соответственно верхних и нижних частот. Фильтр 11 через фазовый детектор 13 и фильтр 12 через амплитудный детектор 14 соединены с

5 соответствующими входами схемы 15 сравнения. На выходе схемы 15 включен регистратор 16. Генератор 5 предназначен для формирования высокочастотных акустических волн в диапазоне 10-100 кГц.

Источник 4 предназначен для формирования низкочастотных акустических ,волн в диапазоне 10-100 Гц. В качестве источника 4 может быть ис-

5 пользован сейсмический вибратор,

например типа СВ 10/100, или импульсный источник с постоянной амплитудой возбуждения. Способ акустического каротажа осуществляют следующим -образом. Возбуждают в исследуемой, среде высокочастотную акустическую волну с помощью генератора 5 и излучателя 6. Одновременно возбуждают в исследуемой среде низкочастотную акустическую волну с помощью источника С помощью приемника 7 принимают высокочастотную фазонодулированную волну, являющуюся результатом взаимодействия в исследуемой среде высокочастотной и низкочастотной акус тических волн. Одновременно принимают излученную низкочастотную волну с помощью приемника 8. Низкочастотную волну возбуждают в точке пространства, расположенной в зоне Фраунгофера по отношению к к тролируемой зоне. Это является условием формирования квазиплоской волны Е контролируемой зоне, для чего расстояние Z между скважинным зондом и источником низкочастотных акустических волн, расстояние е между излучателем и приемником высокочастотных акустических волн и длина низкочастотной акус тической волны должны быть связаны соотношением Z7 6-Y/(3TO соотношение определяет условие формирования квазиплоской волны в контролируемой зоне). В частном случае источник низкочастотных акустических волн расположен на поверхности Земли. Фазомодулированная высокочастотная и низкочастотная волны принимаются раздельно с помощью приемниников 7 и 8 соответственно. В качестве приемника 7 может быть использован гидрофон типа 11ДС-21. В качестве приемника 8 может быть использован сейсмоприемник типа СВ-10 Сигналы с выходов приемников 7 и 8 поступают в раздельныеканалы обработки. Затем формирзгют напряжение, пропорциональное глубине фазовой модуляции высокочастотной волны. Для этого высокочастотный фазомодулиронанный сигнал с выхода приемника 7 через усилитель 9 подают по кабелю 2 на фильтр 11 наземного блока 3 обработки. После фильтрации сигнал поступает на фазовый детектор 13, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное глу6бине фазовой модуляции высокочастот ной волны. Это напряжение пропорционально параметру нелинейности среды и амплитуде низкочастотной волны. Формируют напряжение, пропорциональное амплитуде низкочастотной волны. Для зтого низкочастотный сиг- нал с выхода приемника 8 через усилитель 10 подают по кабелю 2 нал фильтр 12 наземного блока 3. После фильтрации сигнал поступает на амплитудный детектор 14, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное амплитуде низкочас тотной волны. . С помощью схемы 15 сравнения определяют соотношение напряжений, сформированных на выходах фазового детектора 13 и амплитудного детектора 14. По этому соотношению, которое регистрируется регистратором 16, судят о параметре нелинейности среды. Таким образом, возбуждение в исследуемой среде двз акустических волн, существенно различающихся по частоте, при взаимодействии которвки в контролируемой зоне возникают фазовая модуляция высокочастотного сигнала низкочастотным, позволяет использовать в качестве информативного параметра фазовые характеристики высокочастотного сигнала, исключить влияние непостоянства амплитуды высокочастотного сигнала на точность измерения параметра нелинейности среды и повысить тем самым разрешающую способность способа акустического каротажа и устройства для его осуществления. Расположение источника низкочастотных волн неподвижно на поверхности Земли обеспечивает неизменные условия на контакте низкочастотная волна - акустическая среда и следствие этого - постоянство амплитуды низкочастотного сигнала. Это также повышает разрешающую способность. Вследствие расположения источника 4 на поверхности Земли низкочастотная волна в области взаимодействия с высокочастотной волной является квази- плоской. Это обеспечивает однородность низкочастотного поля в широкой области в окрестности- скважины, повышает точность измерения амплитуды поля и, кроме того, позволяет эффективно реализовать межскважинный каротаж.

7 П66036. 8

Кроме того, преимуществом изобре- ных волн, в частности наземных, с тения является возможность использо- практически неограниченными энергевания мощных источников низкочастот- тическими ресурсами.

1. Способ акустического каротажа, основанный на возбуждении высокочастотной и низкочастотной акустических волн, модуляции высокочастотного акустического поля низкочастотным и измерении глубины фазовой модуляции высокочастотной акустической волны, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешаю щей способности, дополнительно измеряют амплитуду низкочастотной волны в контролируемой зоне и по соотношению напряжений, пропорциональных глубине фазовой модуляции высокочастотной и. амплитуде низкочастотной акустических волн, определяют параметр нелинейности среды. . 2. Способ по п, 1, отличающийся тем, что низкочастотную акустическую волну возбуждают в точке пространства, расположенной в зоне Фраунгофера по отноЕзе- нию к контролируемой зоне среды. 3.Устройство для акустического каротажа, содержащее скважинный зонд с последовательно соединенными высокочастотным генератором и излучателем последовательно соединенными приемником высокочастотных акустических волн и первым усилителем, а также источник низкочастотных акустических волн и кабель, соединяющий первый усилитель скважинного зонда с наземным блоком обработки, включающим в себя канал измерения глубины фазовой модуляции высокочастотного сигнала и регистратор, отличающееся , тем, что, с целью повышения разрешающей способности, в скважинный зонд дополнительно введены последо(Л вательно соединенные приемник низкочастотных волн и второй усилитель, с: в наземный блок обработки введены канал измерения амплитуды-Низкочастотного сигнала, соединенный через кабель с выходом второго усилителя, и схема сравнения, входы которой , О) подключены к выходам каналов измереа ния глубины фазовой модуляции высоо ее кочастотного и амплитуды низкочастот .ного сигналов а выход, соединен с регистратором, при этом расстояние 2 Од между скважинным зондом и источником ; низкочастотных акустических волн, . расстояние О между излучателем и приемником высокочастотных акустических волн и длина низкочастотной акустической волны связаны соотношением р .Устройство по п. 3. отличающееся тем, что.источник низкочастотных акустических волн расположен на поверхности Земли,

9-

NAXXxW

/

/J

П.

/ff

J

74

Л(ЛА Л

h

S isidic