Способ определения акустических параметров горных пород Советский патент 1986 года по МПК G01V1/50 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям необсаженных и обсаженных скважин и может быть использовано при определении акустических свойств горных пород в массине. Целью изобретения является повьше ние оперативности и точности определения акустических свойств горных пород. Временные координаты экстремумов продольных, поперечных волн и волн Лэмба (t) при пересечении границы пласта зависят от фиксированного рас стояния между точками приема и излучения (l) и от скоростей упругих вол вьпие и ниже границы, т.е. от соответ ствующих этим скоростям удельных времен utft и Utg. Интервал изменения t от tд до tg в пределах границы пласта равен 1, Для того, чтобы временная координата экстремума упругой волны при перемещении излучателя от точки к точке (uh) в пределах границы пласта не изменялась более, чем на 0,25 периода волны (Т), что является необходимым и достаточным условием для оперативного определения координат экстремума во временном интервале, заданном на предыдущей точке, шаг регистрации акустического сигнала -по глубине определяют из выражения .1. 0.25 Т , . 0,25 Т йгд-д1 | |tfl-41 Для заданного интервала измерений в скважине максимально допустимый шаг регистрации акустических сигналов по глубине определяют из выраже ни я йЬ„, 0,25T/S(flt)(2) где 8(ut) - максимально возможная разница удельных времен на границах пластов в и тервале измерений. За счет определения экстремумов упругих волн в ограниченных временн интервалах объем цифровой информации в каждой точке измерений сокращ ется примерно в 5 раз, что создает по отношению к известному способу р зерв для уменьшения шага временного квантования сигналов до 0,0 Т, обе печивающего уменьшение фазовых погрешностей определения кинематически акустических параметров до 1% (при шаге 5 мкс погрешность составляет 4-5%). За счет выбора оптимального шага регистрации, обеспечивающего указанную вьш1е возможность определения экстремумов в ограниченных временных интервалах, сокращается также объем цифровой информации на единицу глубины, что дает возможность осуществлять оперативное определение акустических параметров упругих волн при перемещении прибора, осуществляющего излучение и прием акустических сигналов между .соседними точками измерений и регистрировать результаты вычислений на магнитных и/или бумажных носителях. На чертеже графически показан принимаемый полный акустический сигнал. Определение акустических параметров горных пород по данному способу осуществляется следующим образом. В процессе спуска прибора, осуществляющего излучение и прием акустического сигнала, на начальную точку интервала измерений определяют максимально возможную разницу удельных времен распространения упругих волн на границах пластов в интервале язмерений 8 (ut ) (йЪд-41р1„ц1 . Исходя из величины (ut) к величины периода излучаемого сигнала Т выбирают максимальный из возможных по существующей технологии скважинных измерений шагов регистрации по глубине (5, 10, 15, 20100 см), но не превьш1ающих величины ,25T/S(ut). Например, при частоте излучаемого сигнала 9,8 кГц ( мкс) и S(flt) 120 мкс/м U ,2 м. Поэтому шаг регистрации выбирают равным 20 см. 1Чаг временного квантования выбирают исходя из требуемой точности определения кинематических параметров упругих волн с учетом имеющегося на бора технически реализуемых времен аналого-цифрового преобразования (0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 10 мкс). Например, при требуемой точности 1% шаг временного квантования не должен превьшать величины 0,01 «Т, т.е. в рассматриваемом примере должен быть равным 1 мкс. Б начальной точке измерений h{ регистрируют полный акустический сигнал в виде цифрового массива (чертеж:). помощью устройства отображения, например дисплея, этот цифровой массив в виде волновой картины визуализируют. На изображении волновой картины задают временные координаты экстремумов для упругих волн различных типов: продольной {t,p , Ар), поперечной (, Л), и полны Лзмба (tg, , AL), . Погрепность задания временных координат экстремумов при выбранном согласно данному способу шаге регистрации по глубине может быть уменьшена до .1% (на черте же показан шаг временного квантования, равный 0,05.Т). После того, как заданы временные координаты экстрему мов для продольной, поперечной и лэмбовской волн, задают начальные и конечные точки временных интервалов для поиска координат экстремумов упругих волн в следующей точке измерений h,,+Ah:(t,p , },(t , l t HL tKi. 2 С учетом того, что шаг регистраци по глубине uh, выбранный согласно Данному способу, гарантирует фазовый сдвиг сигнала не более чем на 0,25 периода излучаемого сигнала, ширина временного интервала выбирается равной величине видимого периода (всегда превышающего период излучаемого сигнала), причем середина интервала выбирается совпадающей с точкой экстремума. При этом гарантируется попа- ЗО

дание экстремума в следующей точке измерений в задаваемый таким образом временной интервал. Например, если временные координаты экстремумов для продольной, поперечной и лэмбовской волн по одному из каналов прибора оказались равными , t,, t,3549 МКС, а видимые периоды колебаний соответственноТр 1.1 I , Tg 168, Т, 244 МКС, интервалы для поиска экстремумов в следующей точке измерений выбирают для продольной волны tj,. 772 МКС, t,(. 882 мкс, для поперечной волны МКС, tug 1718 МКС, для волны Лэмба tj,| 3427 МКС, t 3671 МКС. Во время движения прибора к следующей точке измерений автоматически, например, с помощью универсальной микроЭВМ или специализированного микропроцессора по амплитудно-временньм координатам экстремумов вычисляются акустические параметры упругих волн (удельные времена, скорости распространения, коэффициенты затухания и др.). Результаты вычислений регистрируются, например, с помощью накопителя на магнитной ленте или портативного печатающего устройства.

ных акустических сигналов в цифровом виде. При определении акустических свойств горных пород данным способом по замерам полных акустических сиг, налов в цифровом виде, в случае фазового сдвига акустического сигнала очередного замера по отношению к предыдущему замеру на величину, превышающую 0,5 периода колебаний (срыв

синхронизации), виализируют акустический сигнал очередного замера в цифровом виде, определяют новые временные координаты одного или двух экстремумов для основных типов упру5 гих волн, определяют периоды этих волн и задают новые координаты временных интервалов, середины которых совпадают с временными координатами экстремумов, а ширина - с периодами упругих волн, и продолжают определе0ние акустических свойств горных пород согласно данному способу.

Необходимость визуализации акустического сигнала очередного замера в случае фазового сдвига сигнала по

5 отношению к предыдущему замеру на величину, превышающую 0,5 периода колебаний, обусловлена тем, что в этом случае эастремумы упругих волн 5 При достижении прибором следующей точки измерений автоматически производится амплитудно-временное квантование акустического сигнала, цифровая регистрация полного акустического сигнала и определение временных координат экстремумов упругих волн во временных интервалах, заданных на предыдущей точке, затем в процессе движения и очередной точке определяются новые временные интервалы для поиска экстремумов, вычисляются и регистрируются акустические параметры и т.д. В результате формируются магнитный и/или бумажный носитель с зарегистрированными цифровыми значениями акустических параметров горных пород в интервале по разрезу скважины . Данный способ определения акустических свойств горных пород в силу различных технических причин (срывы синхронизации и т.п.) не всегда может быть реализован на скважине. С целью повьшгения оперативности определения акустических свойств горных пород возможно применение данного способа в модификации, ориентированной на определение акустических свойств горных пород по замерам полочередного замера не попадают во временные интервалы, границы которых установлены при определении акустических параметров упругих волн 1аредыдушего замера. Практика показывает, что такие ситуации возникают не чаще 2-3 раз на 100 м разреза и поэтому оперативность определения акустических свойств горных пород по замерам полного акустического сигнала незначительно ниже, чем при реализации предлагаемого способа непосредственно в процессе измерений в скважине. Точность определения акустических свойств горных пород по замерам опре- ts ра, деляется условиями проведения измере ний и в случае, когда измерения выполнены при ограничениях на шаг регистрации по глубине, указанных в Данном способе, эта точность не ниже точности определения акустических свойств горных пород в процессе измерений на скважине. Таким образом, применение гаемого способа обеспечивает более точное и оперативное определение акустических свойств горных пород по сравнению с известнцм способом, что позволяет проводить определение физико-механических и коллекторских свойств горных пород непосредственно в процессе измерений на скважине с любыми приборами акустического каротажа либо по замерам полного акустического сигнала. Использование предлагаемого способа обеспечивает сокращение времени определения акустических параметров горных пород для 100 м разреза с 1-2 дн до 10-15 мин; уменьшение погрешности определения кинематических параметров упругих волн с 4-5 до 1% и связанное с этим повьппение точности определения физико-механических и коллекторных свойств горных пород и их насыщенности; оперативное и точ ное определение физико-механических и коллекторских свойств горных пород непосредственно в процессе измерений; исключение затрат машинного вр мени и использования ЭВМ типа ЕС и СМ на вычислительных центрах; повышение производительности установокj осуществляющих получение и регистра цию акустической информации по разрезу, что приводит к снижению затра на задалживание скважин; обеспечени безаварийного бурения глубоких сква

ин за счет оперативности определения физико-механических свойств горных пород с помощью пре,цлагаемого. способа, Пример . На скважине в интервале от 3184 до 3284 м проводят определение акустических свойств горных пород известным и предлагаемым способами. В обоих случаях используют аппаратуру АКН-1 и Ппаст-1П. Во втором случае дополнительно используют микроэвм Электроника-60, дисплей и печатающее устройство. При определении акустических свойств горных пород известным способом перемещение прибоосуществляющего излучение -акусических сигналов с частотой 8,5 кГц и их прием, проводят со скоостью 720 м/ч; шаг регистрации по лубине выбирают равным м, аг временного квантования - 5 мкс. а следующий день после проведения змерений на скважине магнитную лену с замерами полного акустического игнала обрабатывают на ЭВМ ЕС-1022 течение 3 ч. Определяют акустичесие параметры горных пород: Atp, tg, Vp , Vg , ei. ,o(p , a также пар. а также параметы К, К характеризующие коллекп п.тр торские CBOiiCTBa горных пород. Интерпретация результатов вычислений и данные геофизических исследований того же интервала скважины другими методами показывают наличие пластов карбонатных осадочных пород с .большими скоростями распространения продольных волн (малыми удельными временами). Для таких пород при средней погрешности определения интервальных времен распространения волны 5 МКС (1 war временного квантования) соответствующая относительная погрешность определения удельного времени расгространения и следовательно, других акустических параметров в низкопористьгх пластах составляет 3--4%. При определении акустических свойств горных пород данным способом в процессе спуска скважинного прибора определяют максимальную разность удельных времен распространения продольных волн на границах пластов в указанном интервале измерений (it)130 МКС/с. Затем определяют величину 0,25 0,25 CutT 8,5.0 Гц 130 . f,. mox j.|.c 0,226 м.. Шаг регистрации по глубине ,2 м Скорость перемеиенид скважинного пр бора 720 м/ч. Шаг временного кванто вания 2 МКС, В начальной точке изме рений на глубине 3284 м акустически сигнал регистрируют и визуализируют с помощью дисплея. На изображении волновой картины определяют временные координаты экстремумов упругих волн и видимые периоды этих волн. По 1-му каналу: t.. 602 мкс, МКС, fuj-t PI 112 мкс; tg,ll 10, 1236 мкс, Т 52 -Ч. 126 мкс. По 2-му каналу: tp -768 МКС, t|yj 882 мкс, Tp tpi-tp, 1 14 мкс; t, 1416 мкс, 1542 мкс, Tg 126 мкс. Эти значения вводят в микроЭВК, после чего скважинный прибор приводят в движение и выполняют измерени в указанном интервале глубин. Время перемещения прибора между соседними точками измерений (0,2 м) при скорости 720 м/ч - 1 с. За это время автоматически с помощью микроЭВМ определяют временные интервалы для поиска экстремумов упругих волн, определяют амплитудно-временные коорди наты экстремумов и по этим данным вычисляют акустические параметры горных пород itр, 4tg, Vо, Vj, «p.oig а также параметры К„, „. пр. характеризуюпще коллекторские свойства горных пород. Результаты регистрируют на магнитной ленте и на бумаге в цифровом виде. Общее время определения акустических свойств гор ных пород в указанном интервале глубин 12 мин. Погрешность определения интервальных времен мкс. Соответствующая относительная погрешность определения акустических параметров во всем интервале глубин - не ниже 1-1,5%. Таким образом, предлагаемый спосо по сравнению с известным повышает точность определения акустических свойств горных пород более, чем в 2 раза, а также повышает оперативность примерно в 50 раз. Формула изобретения Способ определения акустических параметров горных пород, включающий излучение и прием акустических сигналов на фиксированных расстояниях от излучателя при непрерывном его перемещении в скважине, амплитудновременное квантование принятых сигналов, регистрацию результатов на магнитной ленте и определение акустичесГкнх свойств горных пород в массиве, отличающийся тем, что, с целью повьшения оперативности и точности определения акустических свойств горных пород, шаг амплитудно-временного квантования и регистрации сигналов по глубине скважины выбирают максимальным, но не более 0,25T/S(ut), где Т - период излучаемого сигнала; .S(ut) - максимально возможная разница удельных времен распространения упругих волн на границах пластов в интервале измерений, в начальной точке интервала измерений отображают акустический сигнал в амплитудно-временных координатах, определяют временные координаты одного или двух экстремумов для основных типов упругих волн, определяют периоды этих волн и задают координаты временных интервалов, середины которых совпадают с временными координатами экстремумов, а ширина - с периодами упругих волн, во время движения излучателя к следующей точке по амплитудно-временным координатам экстремумов вычисляют акустические параметры упругих волн и результаты вычислений регистрируют, на следующей точке временные координаты экстремумов волн определяют во вре- менных интервалах, заданных на предыдущей точке, и определяют послеуюг;ие временные интервалы.

«оtC

Изобретение относится к области геофизических исследований необсаженных и обсаженных скважин и может быть использовано при определен|5и акустических свойств горных пород в массиве. Способ включает излучение и прием акустических сигналов на .фиксированных расстояниях от излучателя при непрерывном его перемещении в скважине, амплитудно-временное квантование принятых сигналов, регистрацию результатов на магнитной ленте. Для повьшения оперативности и точности акустических свойств горных пород шаг амплитудно-временного квантования и регистрации сигналов по глубине скважины выбирают максимальным, но не более 0,25 T/S (ut), где Т - период излучаемого сигнала; S(ut) - максимально возможная разница удельных времен распространения упругих волн на границах пластов в интервале измерений, в начальной точке интервала измерений отображают акустический сигнал в амплитудновременньпс координатах, определяют с временные координаты одного или двух экстремумов дпя основных типов упру(Л гих волн, определяют периоды этих волн и задают координаты временных интервалов, середины которых совпадают с временными координатами экстремумов, а ширина - с периодами упругих волн, во время движения излучателя к следующей точке по амплитудно-временным координатам экстремумов вычисляют акустические параметры упругих волн и результаты вычислений регистрируют, на следующей точке временные координаты экстремумов волн определяют во временных интервалах, заданньгх на предыдущей точке, и определяют последующие временные интервалы. 1 ил.