Устройство для акустических исследований скважин в процессе бурения Советский патент 1988 года по МПК E21B45/00 

1

Изобретение относится к горному делу, а именно к сейсмоакустическому (исследований скважин в процессе бурения для поисков полезных ископаемых, а также для использования данных в инженерной геологии.

Цель изобретения - повьппение точности измерения физических параметров горных пород в процессе бурения.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Упругие колебания образующиеся при разрушении горных пород враще нием долота, распространяются по бурильной колонне и по породе вокруг оси скважины. Сигналы упругих колебаний принимаются датчиками. Поскольку принимаемые сигналы упругих коле- банки являются слабыми для регистрации, после приема они поступают к усилителям. Сигналы упругих колебаний могут быть по своей природе раз- ночастотными, поэтому в устройстве предусмотрены высокочастотные и низкочастотные полосовые фильтры. Фильтры обеспечивают возможность сопоставления материалов с данными акустических и сейсмических исследований разреза. При детальном изучении разреза скважины необходимо иметь сведения об акустическом импедансе горных пород, измеренном на проходящих волнах, и о коэффициенте затухания упругих колебаний в горных породах. С этой целью сигналы после полосовых фильтров поступают в первый блок вычисления автокорреляционной функции R, по колонне, а также во второй блок, вычисления автокорреляционной функции RO по породе и далее в блок вычисления функции взаимной корреляции R. Сигналы R и RH нормируются для получения величин W « RK/Pqcjn

и У„ (,сП, которые пропорциональны акустическому импедансу горных пород, и определяется коэффициен

Q

0

5

затухания упругих колебаний в горных породах uL RH/RK.

Одним из основных параметров в каротаже скважин является интервальное время uiT. Сигналы функции взаимной корреляции поступают в специаль- ньй блок, где вьщеляется йТ по сдвигу максимумов функции взаимной корреляции.

Определение величин W , и W позволяет исключить влияние на результаты измерений изменения в процессе бурения величины , пропорциональной эффективной мощности, подводимой к забою, за счет чего повышается точность измерений параметров горных пород в процессе бурения.

При изменении в процессе бурения .числа оборотов вала и расхода промывочной жидкости зависимость эффективной мощности N носит харак - fTep квадратичной параболы.проходящей через ноль в точках п О (тормозной режим) и п п J (холостой ход турбобура) , где Ки - удельный момент на долото: KU , определяемый конструкцией долота, типом зубьев шарошек и др., М - момент на валу трубо- бура (который нельзя замерить на по верхности).

Поскольку эффективная мощность турбобура в процесса бурения может принимать различные значения от О до максимального, является очевидной необходимостью нормирование энергии возникаюпщх упругих колебаний на изменяющуюся величину МОИЦ1ОСТИ турбобура. Обнаруженная прямо пропорцио- . нальная зависимость величины энергии упругих волн от мсяцности турбобура позволяет исключить влияние нестабильности источника излучения. Ана- логинные данные получены и при других видах бурений (лектробзфом и ротором).

На чертеже представлена функциональная схема устройства для ахустических исследований скважин в процессе бурения.

Устройство содержит датчик 1 упругих колебаний, установленный в верхней части бурильной колонны (на вертлюге или ведущей трубе), первьш усилитель 2, первые высокочастотные и низкочастотные полосовые фильтры 3 для фильтрации сигналов в диапазоне 1-10 кГц и 10-100 Гц по колонне, первьй блок 4 вычисления автокорреляционной функции R, датчик 5 (группа датчиков) упругих колебаний, установленный на земной поверхности в шурфе вокруг буровой скважины, второй усилитель 6, вторые высокочастотные и :низкочастотные полосовые фильтры 7 в том же диапазоне частот для фильтрации сигналов по породе, второй блок 8 вычисления автокорреляционной функции колебаний, принятых на земной поверхности, первьш делитель 9 для определения величины W,,, являкяцейся величиной, пропорциональной акусти- ческому импедансу горных пород, находящихся под долотом, измеренному на проходящих волнах, блок 10 вычисления коэффициента затухания упругих колебаний в горных породах ci, , второ делитель 11 для определения величины W, пропорциональной-акустическому импедансу горных пород, находящихся выше забоя скважины, измеренный, на проходящих волнах, блок 12 вычисления функции взаимной корреляции сигналов, регистрируемых в верхней части колонны и на земной поверхности, датчик 13 осевой нагрузки на долото POP датчик 14 частоты вращения долота п, блок 15 умножения РОС, блок 16 вычисления интегрального времени &Т по сдвигу меяиу максимумами функции взаимной корреляции R,, датчик 17 глубин скважины и регистратор 18. Датчик 1 упругих колебаний по колонне через первый усилитель 2 соединен с входом первого фильтра 3, выход которого подключен к входу пер- вого блока 4 вычисления автокорреляционной функции Rj, регистратору 18 и первому входу блока 12 вычисления функции взаимной корреляции. Датчик 5 упругих колебаний по породе через второй усилитель 6 соединен с входом второго фильтра 7, выход которого - подключен к входу второго, блока 8 . вычисления автокорреляционной функции RP,, регистратору 18 и второму

Q - п 5 - 5 . 0

0

5

входу блока 12 вычисления функции взаимной корреляции, выход которого через блок 16 вычисления интервального времени и Т соединен с регистратором. Выходы первого и второго блоков 4 и 8 вычисления автокорреляционной функции подключены соответственно к nepBEjW входам первого 9 и второго 11 делителей, а также к соответствукнцим входам блока 10 вычисления козффици- ента затухания упругих колебаний в горных породах, выход которого соединен с регистратором 18. Выходы датчика 13 осевой нагрузки и датчика 14 частоты вращения долота соединень с входами блока 15 умножения, выход которого подключен к вторым входам делителей 9 и 11. Выходы делителей 9 и 11, а также датчика 17 глубины соединены с входами регистратора 18.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы упругих колебаний, распространяющиеся при разрушении горных пород вращением долота, принимаются датчиками 1 и 5, передаются соответственно в блоки 2 и 6 усиления. Усиленные сигналы поступают в высокочастотные и низкочастотные полосовые фильтры 3 и 7. Вьщеленные высокочастотные и низкочастотные упругие колебания записываются в .отдельных видах частотных характеристик регистратором 18. Кроме того, эти же сигналы поступают в первый блок 4 вычисления автокорреляционной функции R, второй блок 8 вычисления автокорреляционной функции Rn, а также в блок 12 вычисления функции взаимной корреляции . Автокорреляционные функции упругих колебаний R и R, обрабатываются в делителях 9 и 11 для получения величин W и Wf,, которые являются величинами, пропорциональными акустическому импедансу горных пород на проходящих волнах, а в блоке 10 вычисляется коэффициент затухания упругих колебаний в горных породах выраженный в виде oL RP/RI. Полученные результаты фиксируются регистратором 18. Сигналы функции взаимной корреляции поступают в блок 16, где выделяется интегральное время ьТ по сдвигу между максимумами функции взаимной корреляции и регистрируется регистратором 18. Осевая нагрузка на долото Рдр и частота вращения долота измеряются датчиками 13 и 15 соответст-

Р

51434084 . 6

ренно и передаются в блок 15 умноже-чик глубины скважины, блок вычисления (Pjj-n). Сигналы после блока 15кия коэффициента затухания упругих умножения поступают на делители 9 иколебаний в горных породах и блок ill и далее в регистратор 18. Все па-вычисления интервального времени, аметры записываются в функции глу- выходы которых соединены с входами бин с помощью датчика 17 глубинырегистратора, о т-л-и чающее- ркважины,с я тем, что, с целью повышения точ- I Предлагаемое устройство дает воз-ности измерения физических парамет- ожиость получать сведения для все- горных пород в процессе бурения, ртороннего анализа физических пара-устройство снабжено датчиками осевой kieTpoB разреза вокруг оси скважинынагрузки и частоты вращения долота, р целью прогнозирования модели средыблоком умножения вторым блоком вы- вьщеления продуктивных пластов«числения автокорреляционной функции

gи двумя делителями, при этом выходы

формула изобретенияфильтров соединены с регистратором,

выход второго фильтра подключен к

Устройство для акустических иссле-входу второго блока автокорреляциондований скважин в процессе бурения,ной функции, выходы первого и второго

содержащее последовательно соединен-блоков вычисления автокорреляционных

ные датчик упругих колебаний, установ-функций соедине1р 1 с соответствуищими

пенньй в верхней части бурильной ко-входами блока вычисления коэффициенпонны, первый усилитель и первый .та затухания упругих колебаний в гор$)ильтр, выход которого подключен к|Ных породах и первыми входами соотпервому входу блока вычисления функ- 25ветствуюищх делителей, выходы датчиции взаимной корреляции и входу пер-ков осевой нагрузки и частоты вращевого блока вычисления автокорреляцион-ния долота подключены к входам блока

ной функции, последовательно соеди-умножения, выход которого соединен

ненные датчики упругих колебаний,с вторыми входами делителей, причем

установленные в шурфах вокруг оси выходы делителей подключены к регистскважины, второй усилитель и второйратору, а выход блока вычисления

фильтр, выход которого подключен кфункции взаимной корреляции - к вховторому входу блока вычисления функ-ду блока вычисления интервального

ции взаимной корреляции, а также дат-времени.

Изобретение относится к сейсмо- акустическому исследованию скважин в процессе бурения и позволяет повысить точность измерения физических параметров горных пород (ГП). Упругие колебания, образующиеся при разрушении ГП вращением долота, воспринимаются датчиком (Д) 1, установленным в верхней части бурильной колонны, и Д 5, расположенными в шурфах. Сигналы с Д 1 через усилитель 2 и фильтр 3 поступают на входы первого блока 4 вычисления автокорреляционной функции, регистратора (Р) 18 и блока 12 вычисления функции взаимной корреляции. Сигналы с Д S через усилитель 6 и фильтр 7 подаются на входы второго блока 8 вычисления автокорреляционной функции, Р 18 и второй вход блока 12. Информация с блока 4 поступает на первые входы первого делителя 9 и блока 10 вычисления коэффициента затухания упругих колебаний в ГП, выход которого подключен к входу Р 18. Информация с бЛока 8 поступает на первый вход второго делителя 11 и второй вход блока 10. Сигналы с выхода блока 12 подаются на вход блока 16 вычисления интервального времени, выход которого соединен с Р 18. Дня исключения влияния на результаты измерения изменения режимных параметров процесса бурения информация Д 13 осевой нагруэ (Л 00