Скважинный прибор для акустического каротажа на волнах Лэмба Советский патент 1991 года по МПК G01V1/52 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано при каротаже через насосно-компрессорные трубы (НКТ) для оценки проницаемости и других свойств пластов, вскрытых бурением.

Известен скважинный прибор для акустического каротажа, позволяющий проводить акустические исследования обсаженных нефтяных и газовых скважин, диаметром 115 мм и более, через НКТ внутренним диаметром от 50 мм. Диаметр скважинного

прибора 36 мм. Скважинный прибор состоит из корпуса, в котором установлены излучающий и приемный преобразователи. Широкополосный излучающий преобразователь работает в диапазоне частот 5-25 кГц, что позволяет проводить исследования на преломленных (головных) волнах. Недостатком данного устройства является невозможность проведения каротажа на низкочастотных волнах Лэмба, для возникновения которых необходимо, чтобы длины излучаемых волн Д превышали величину диаметра скважины, ft /dc 1.

оэ со оо

00 О5 Ј

Для рассмотренного прибора максимальная длина волны - 60 мм, т.е. $ /dcЈ 0,5. Условие возникновения волны Лэмба не выполняется, что снижает информативность акустических исследований, поскольку динамические параметры волн Лэмба характеризуют проницаемость и трещимоватость присква- жинной зоны.

Известен скважинный прибор для акустического каротажа на волнах Лэмба, состоящий из корпусов, содержащих генератор и усилитель. В корпусах размещены приемный и два излучающих преобразователя. Возможность проведения каротажа на волнах Лэмба достигается за счет того, что в 1 спектре излучающих широкополосных j преобразователей имеют место частоты кГц. Упругие волны с низкими частотами имеют длины волн 0,5-0,2 м, что, как правило, больше диаметра исследуемых скважин. Циаметр каротажного прибора АКН-1 - 100 мм и определяется в основном габаритными размерами излучающих преобразователей. Недостатком данного устройства является невозможность его использования при проведении каротажа через НКТ, что также снижает информатив- ность акустических исследований скважин.

Целью изобретения является расширение области изменения прибора за счет проведения каротажа через насосно-компрессорные трубы.

На фиг.1 изображена одна из схем скважинного прибора; на фиг.2 - сечение скважинного прибора в месте установки преобразователя; на фиг.З вид волновых картин, зарегистрированных прибором в скважине диаметром 200 мм.

Скважинный прибор состоит из корпуса 1, набора преобразователей 2, генератора 3 и усилителя 4, В месте установки преобразователя в корпусе 1 прибора выполнено сквозное отверстие 5, диаметром dOTe c° сплошной, стенкой. В центре корпуса перпендикулярно оси отверстия жестко закреплен упругий элемент 6 в виде пластины, толщиной Ьпл и диаметром

1S988644

лярно. Для увеличения информативности в части излучающих преобразователей устанавЯивают акустически же- . , сткую пластину 8, герметизирующую отверстие.

Устройство работает следующим образом,

С помощью коммутационного уст- 10 ройства (не показано) часть преобразователей 2 подключается к генератору 3 и работает в режиме излу15

20

25

30

35

40

45

50

1ад

На обеих сторонах упругого элемента 6 размещены плоские пьезоэле- менты 7, толщиной hn9 и диаметром dnj. Пьезоэлементы соединены с генератором 3 параллельно и разнопо55

чения, другая часть - к усилителю k и работает в режиме приема упругих волн. При поступлении на пьезоэле- менте 7 прямоугольного импульса длительностью Ј , один из пьезоэле- ментов сжимается, другой - расширяется. Возникает сила, направленная перпендикулярно поверхности пье- зоэлемента и действующая на упругий элемент 6 и объем жидкости в отверстии, параметры которых определяют минимальную частоту вынужденных колебаний жидкости в скважине. Частота генерируемых упругих волн зависит от минимальной частоты Ј , и путем выбора Ј устанавливается такой, чтобы выполнялось условие ft/dc 1, что позволяет проводить акустический каротаж на волнах Лэмба. Пример пакета колебаний волны 9 Лэмба, зарегистрированного одним из преобразователей, приведен на фиг. 3. Для повышения информативности исследований в случае протяженных работающих пластов понижают частоту излу- чения путем увеличения t . В определенных типах разрезов для повышения эффективности определения проницаемости пластов по динамическим параметрам волн Лэмба необходимо знать затухания сдвиговых волн. В этом случае для повышения информа- ч тивности акустических исследований в части излучающих преобразователей устанавливают акустически жесткие пластины, герметически закрывающие отверстия с одной из сторон. При этом возникает одностороннее направленное давление на стенку скважины, что создает возможность селективного возбуждения и приема сдвиговых волн 10 (фиг. 3).

Принцип конструкции скважинного прибора заключается в том, что на формирование волн Лэмба не влияет характеристика направленности излучающего элемента, а важно собст5

0

5

0

5

0

5

0

5

чения, другая часть - к усилителю k и работает в режиме приема упругих волн. При поступлении на пьезоэле- менте 7 прямоугольного импульса длительностью Ј , один из пьезоэле- ментов сжимается, другой - расширяется. Возникает сила, направленная перпендикулярно поверхности пье- зоэлемента и действующая на упругий элемент 6 и объем жидкости в отверстии, параметры которых определяют минимальную частоту вынужденных колебаний жидкости в скважине. Частота генерируемых упругих волн зависит от минимальной частоты Ј , и путем выбора Ј устанавливается такой, чтобы выполнялось условие ft/dc 1, что позволяет проводить акустический каротаж на волнах Лэмба. Пример пакета колебаний волны 9 Лэмба, зарегистрированного одним из преобразователей, приведен на фиг. 3. Для повышения информативности исследований в случае протяженных работающих пластов понижают частоту излу- чения путем увеличения t . В определенных типах разрезов для повышения эффективности определения проницаемости пластов по динамическим параметрам волн Лэмба необходимо знать затухания сдвиговых волн. В этом случае для повышения информа- ч тивности акустических исследований в части излучающих преобразователей устанавливают акустически жесткие пластины, герметически закрывающие отверстия с одной из сторон. При этом возникает одностороннее направленное давление на стенку скважины, что создает возможность селективного возбуждения и приема сдвиговых волн 10 (фиг. 3).

Принцип конструкции скважинного прибора заключается в том, что на формирование волн Лэмба не влияет характеристика направленности излучающего элемента, а важно собственно возможность создания низкочастотных управляемых колебаний жидкости в скважине, которые в силу инерционности и вязкости последней уже на незначительных расстояниях от точки возбуждения приобретают , плоский фронт и превращаются в волну давления. Такие колебания создаются упругим элементом в виде пластины с возбуждающими ее плоскими пьезоэлементами, работающими в режиме смещений и излучающими непосред ственно в скважину. Частота излучения з значительной степени зависи от величины присоединенной массы среды, окружающей упругий элемент. При dOTe/dnp 0,7-0,8, величина присоединенной массы равна массе жидкости, скорость смещения частиц в которой равна скорости смещения на передней стенке пьезоэлемента.

Таким образом, если диаметр прибора определен двумя стандартами: 3 и 42 мм, то диаметры отверстий выбираются соответственно в интервалах: 25,2-28,8 мм и 29,-33,6 мм.

При выполнении упругого элемента из материала, акустические и плот- ностные характеристики которого близки к аналогичным свойствам пьез элементов, конструкция из упругого элемента и пьезоэлементов акустически однородна. В качестве материала упругого элемента используют медь, либо ее сплавы. В качестве пьезоэлементов - пьезокерамика типа ЦТС- 23 и др. При толщине упругого элемента не более 0,3 Ьпэ обеспечиваются наиболее высокие амплитуды излучения при сохранении целостности пьезоэлементов и конструкции подвижной системы в целом. Диаметр пьезоэлементов должен быть близок или равен диаметру отверстия, чтобы помимо понижения частоты подвижной системы обеспечить плоский фронт излучаемой волны и ослабить возбуждение головных волн за счет расхо0

0

дящихсь волн от краев пьезоэлементов.

Устройство обеспечивает возможность проведения акустического каротажа на волнах Лэмба через насосно- компрессорные трубы, подавления головных волн, распространяющихся 9 скважине при традиционном способе возбуждения акустических волн, применяемом в приборах стандартного акустического каротажа, вследствие чего упрощается идентификация волны Лэмба и прослеживание ее линий фа- 5 зовых корреляций в различных лито- типах пород. Устройство также позволяет дополнительно возбуждать в исследуемых породах сдвиговые волны. Формула изобретения

1, Скважинный прибор для акустического каротажа на волнах Лэмба, содержащий корпус с низкочастотными излучающими и приемными преобразователями, блок возбуждения и усилитель, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения прибора за счет проведения каротажа через насосно-компрессор- ные трубы (НКТ), в месте установки- каждого преобразователя корпус выполнен с радиальным сквозным отверстием диаметром 0,7-0,8 диаметра корпуса и снабжен упругим элементом в виде пластины, установленным в центре корпуса перпендикулярно оси отверстия, при этом на обеих сторонах пластины размещены пьезоэлемен- ты, площадь поверхности каждого из которых равна по крайней мере сечению сквозного отверстия, толщина пластины менее 0,3 толщины пьезоэлемента, а пьезоэлементы соединены разнополярно.

2. Прибор по п. 1, о т л и ч .а ю- щ и и с я тем, что, с целью регулировки низкочастотной составляющей акустического импульса, блок возбуждения выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов.

5

0

0

5

Wj

№$

01

O l

нди У

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано при каротаже через насосно-компрессорные трубы для оценки проницаемости и других свойств пластов, вскрытых бурением. Целью изобретения является расширение области применения прибора за счет проведения каротажа через насосно-компрессорные трубы. Цель изобретения достигается за счет выполнения в корпусе скважинного прибора сквозных отверстий в месте установки преобразователя с диаметром 0,7-0,8 диаметра корпуса. При этом площадь каждого пьезоэлемента не менее сечения сквозного отверстия, а толщина пластины, размещенной в центре корпуса перпендикуляоно оси отверстия, не более 0,3 толщины пьезоэлемента. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л

2 гпф

7

д V

гпф