Способ геоакустического исследования скважин в процессе бурения Советский патент 1988 года по МПК G01V1/44 

113

Изобретение относится к геологоразведочным работам и предназначено для расчленения геологического разреза в процессе бурения скважин по физико-механическим свойствам горных пород.

ЦеЛьго изобретения является повышение достоверности способа.

На фиг. 1 представлено устройство дл реализации способа регистрации частотного спектра в соседней скважине; на фиг,2- то же, в буримой скважине;на фиг.З - спектрограммы акустического поля при бурении уртит-политовь1х по- род,На чертеже обозначены буровой станок 1, породоразрушающий инструмент 2, забойный датчик 3,двухканал-л- ный aiianH3aTop 4 спектора, регистратор 5, наземный датчик 6, усилитель 7, кодирующее устройство 8, забойный передатчик 9, приемное устройство 10, радиопередатчик 11, приемник 12, спектры 13 и 14 колебаний, зарегистрированные забойным и наземным датчиками.

Способ осуществляют в двух вариантах.,

В первом варианте способ осуществляется с помощью устройства,пред- ставленного на фиг.1..-При работе бурового станка 1 акустический сигнал, возникающи 1 при взаимодействии поро- доразрушающего инструмента 2 с породой, и помехи от работы буровой сие- темы распространяются в межскважин- ном пространстве и принимаются забойным датчиком, опущенным в ранее пробуренную скважину и перемещаемым синхронно с углублением по1зодораз- рушающего инструмента 2, преобразуются в электрические сигналы и по кабелю .поступают на двухканаЛьный анализатор 4 спектра. На другой вход анализатора 4 подается сигнал акустичес- ких помех, создаваемых буровым станком, бурильной колонной и. другими механизмами, расположенными на поверхности, примятых и преобразованных в электрические сигналы наземным датчиком 6, установленным на раме бурового станка 1, Разностный спектр фиксируется регистратором 5.

Во втором варианте способ осуществляется с помощью устройства, представленного на фиг,2, При работе бурового станка 1 акустический сигнал, возникающий при взаимодействии поро- доразрушающего инструмента 2 с поро-

g s 0 25

30 с 0 г

0

5

142

дои и помехи от работы буровой системы распространяются в межскважин- ном пространстве, принимаются и преобразуются в электрические сигналы забойным датчиком 3, расположенным в специальном контейнере в бурильных трубах непосредственно над породо- разрушающим инструментом или колонковой трубой. В этом же контейнере размещаются усилитель 7, кодирующее устройство 8 и забойный передатчик 9, с помощью которых частотный спектр передается по бурильной колонне на поверхность. На ведущей трубе,на noBepxHocTfi, устанавливается приемное устройство 10, принимающее сигналы, поступающие с забоя, и ретранслирующее их с помощью радиопередатчика II на приемник 12, где осуществляется восстановление исходного сигнала, который подается на двух- канальный анализатор 4 спектра. На другой вход анализатора 4 подается сигнал акустических.помех, создаваемых буровым станком, бурильной колонной и другими механизмами, расположенными на поверхности, принятых и преобразованных в электрические сигналы наземным датчиком 6, установленным на раме бурового станка 1. Разностный спектр фиксируется регистратором .5,

Характеристика разностного частотного спектра упругих колебаний, возникающих при разрушении го.рных пород и руд, зависит от их физико-механических свойств (твердость,упругость, крупность зерен, скорость распространения колебаний и т.п.), минерального состава и не содержит помех, создаваемых буровым станком, бурильной колонной и другими механизмами,расположенными на поверхности. Таким образом, разностный частотный спектр является в.основном функцией минерального состава, а след,овательно, литологии разбуриваемых пород.

Основные типы горных пород при их разбуривании алмазными коронками со скоростями вращения колонны около 700 об/мин и давлении в 1 т характеризуются своими информативными частотами (комплексами частот),которые выделяются на основании сравнения и сопоставления спектров от забойного (скважинного) и наземного датчиков.

Для гнейсов характерны частоты в интервале 8,5 - 9,5 кГц, пегматитовые тела выделяются частотами 5 и 10 кГц, уртит-иолитовые пороцы 1 3,0- 14,5 кГц, более вязкие и слабые титовые руда - равномерным спектром с небольшой амплитудой с максимумом на 11 кГц.

Из спектрограмм, приведенных на фиг.З, где представлены спектры колебаний, зарегистрированные скважин- ным и наземным датчиками и характерные для участков разбуривания рудов- мещающих уртитиолитовых пород, вид- но, что в интервале частот 0,5 - 12 кГц, спектры от обоих датчиков мало отличаются один от другой, а в интервале 13-15 кГц на спектрограмме от скважинного датчика (спектр 14) фиксируется четкий максимум. Их разностный спектр характерен для тех интервалов измерений, где по геологическим данным прослеживаются разрушенные уртиты и иолиты.

На геологических участках работ . сначала проводят исследования при бурении 2-3 скважин по одной из представленных на фиг.1 - 2 схем измерений в зависимости от имеющегося оборудования и аппаратуры,

Затем получают разностные спектры для каждой точки наблюдений, отбира ют идентичные по интервалам глубин бурящихся скважин ,которые сопоставляют с геологическими данными по поднятому керну и выделяют информативные частоте для каждого типа пород I участка, месторождения. Посце этого

переходят на упрощенную технологию бурения, предусматривающую увеличению объемов бескерновой проходки.Все полученные данные могут быть заложены в память вычислительной машины и накапливаться там по мере получения нового материала для сравнения и анализа вновь получаемых экспериментальных данных.

Способ геоакустического исследования скважин геологического разреза в процессе бурения на рудных место-

рождениях обеспечивает значительную геологическую эффективность за счет более однозначного диагностирования горных пород и руд по сравнению с имеющимися аналогами. Это достигается в связи с сшализом упругих колебаний в широком спектре частот 0,5 - 20 кГц, учетом .и устранением акустических помех, создаваемых буровым станком, .колонной и другими конструкциями.

Формула изобретения

Способ геоакустического исследова- ния скважин в процессе бурения, основанный, на регистрации датчиками упругих колебаний, возникающих в горных породах и верхней части колонны буровых труб, и обработке полученных дан ных, о тл ич ающий ся тем, что, с целью повышения достоверности исследований, регистрируют упругие колебания датчиком, установленным у забоя скважины в диапазоне частот от 0,5 до 20 кГц, производят спектральный .анализ зарегистрированных колебаний, сопоставляют спектры колебаний, зарегистрированных у забоя и в верхней части колонны буровых труб,вы- деляют характеристические частоты

горных пород, по распределению которых по глубине скважины определяют строение геологического разреза.

6

1

гЗ

Изобретение относится к области геологоразведочных работ и пред- , назначено для расчленения геологического разреза в процессе бурения Скважин по физико-механическим свойствам горных пород. Целью изобрете- i НИН является повьшение достоверности способа. Дпя этого акустические колебания в диапазоне частот от 0,5 до 20 кГц регистрируются датчиком, расположенным у забоя скважины, и подаются на двухканапьный спектроа- налИзатор, на второй вход которого поступают сигналы с датчика, расположенного в верхней части колонны буро- йых-труб. Сравнение двух спектров обнаруживает акустические колебания, частота которых зависит от физико- механических свойств горных пород, по которым расчленяется геологический разрез. 3 ил. & (Л

-4

Фие.

/

i

Фие.г

10 20

W 50 60

W

15

20 F.Kfti

Фиг.З