АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР Советский патент 1966 года по МПК G01V1/52 

При ультразвуковом (акустическом) каротаже скважин одним из необходимых элементов в скважинном снаряде является акустический изолятор, который служит для поглощения упругих сигналов, распространяющихся от излучателя к приемникам непосредственно по материалу зонда. Недостаточная эффективность изолятора может приводить к появлению в первых вступлениях «ложных сигналов, что делает невозможным безощибочное выполнение каротажа.

Основные требования, предъявляемые к акустическому изолятору, состоят в следующем: 1) изолятор должен обладать малой скоростью распространения упругих волн (по крайней мере меньще, чем скорость волн в буровом растворе, т. е. меньше 1500 м/сек; 2) изолятор должен обладать высоким коэффициентом поглощения упругих волн, чтобы по возможности максимально ослаблять все волны, проходящие по зонду.

Известны различные конструкции изоляторов как в Советском Союзе, так и за рубежом. Применяются разнообразные типы резиновых изоляторов, изоляторы в виде изогнутых металлических пластин, изоляторы из цепных соединений, изоляторы с металлическими грузами-фильтрами и др. Большинство из указанных изоляторов имеют гибкую или полужесткую конструкцию, и все они дают

возможность помещать внутри только лишь несколько электрических проводников, необходимых для передачи различных сигналов от элементов зонда, разделенных изолятором. В связи с этим такие изоляторы обладают следующими недостатками:

1)полужесткая конструкция создает возможность изгиба зонда в скважине, что приводит к получению ошибочных значений измеряемых величин (например, скорости упругих волн);

2)к аналогичному же результату приводит вытягивание изолятора под собственным весом зонда и весом груза-утяжелителя, а также изолятора под высоким давлением, что изменяет расстояние между преобразователями, в этом случае ошибки носят систематический характер;

3)достаточно сильные изгибы зонда при работе и перевозке являются причиной повреждения токонесущих проводников, проходящих внутри изолятора.

4)для размещения электронной схемы необходимо иметь специальный .контейнер,

который значительно увеличивает размеры и вес зонда; 3 . 6) гибкий зонд создает неудобства в обращении и требует применения специальных устройств для его неревозки и хранения. Для повыиюния коэффициента поглон.гения, уменьшения скорости расиространения унру-5 гих волн и обеспечения жесткости конструкции изолятор выполнен в виде металлической трубы, имеющей иоиеречные канавки с внешней и внутренней сторон, расположенные через определенные интервалы, и нокрытой10 слоем материала с высоким коэфс{)ициентом поглощения ультразвука. На фиг. 1 изображен акустический изолятор; на фиг. 2 - схема расиоложення Kaiiaвок в трубе и показан путь акустической вол-15 ны; на фиг. 3 - записи акустических волн. В связи с принциниальными особенностями ультразвукового каротажа расстояние между излз чателем и приемниками в скзажинном20 снаряде должно иметь величииу порядка 1-3 м. Конструкция изолятора позволяет нолностыо использовать это пространство для размещения внутри изолятора электроиисй схемы или других необходимых устройств,25 тогда как в существующих зоидах это расстояние занято акустическим изолятором. Изолятор представляет собой металлическую трубу /, имеющую тонкие поперечные30 каиавки 2, расположенные с внешней и виутренней поверхности по всей длине трубы че рез некоторые интервалы. Сверху труба покрывается слоем резины или другого мягкого материала 3. Каждый -из указанных элемен-35 тов выполняет в изоляторе определенные функции. Металлическая труба придает зоиду достаточную жесткость и позволяет располагать внзтри нее необходимые элементы электронных схем или других устройств.40 Каждая прорезь в трубе является границей отражения и рассеяния. Она заставляет часть упругой энергии отражаться назад, а другую часть - обходить прорезь в виде дифрагированной волны. Такой процесс много-45 кратно повторяется на BceiM множестве щелей. что приводит к значительному ослаблению волны. Покрывающая трубу резина выполняет50, роль поглотителя как прямых волп, которые распространяются по трубе от излучателя, так и волн, которые отражаются иа каждой из .щелей. По изолятору могут распространяться различные тины воли: продольные,55 поперечные, поверхностные, изгибные и пр, Изолятор должен хорошо поглощать все эти волны. Особенно важно, чтобы скорость продольных воли была достаточно мала. Тот факт, что в настоящем изоляторе про-60 дольная волна па своем пути обходит каждую из щелей, нриводит к увеличению расиространенил волны вдоль зонда. Такая «кажущаяся скорость (У) распространения продольной волны вдоль зоида может быть65 4 рассчитана по следующей приближенной формуле у -(- - . I где А - глубина щелей, /,- расстояние между щелями, V - скорость упругой волны в металле. Из формулы видно, что легко уменьшить скорость раснространения волны вдоль металлической трубы даже в 3-4 раза. Таким образом, если труба изготавливается из стали, скорость продольных волк в которой 5500 м1сек, то скорость распространения продольной волны зонда может легко быть уменьшена до 1200-1500 ж/се/с, Кроме того, такая система (изрезанная труба с резиновым покрытием) представляет собой фильтр иизких частот. Таким образом, спектр проходящих по изолятору воли оказ{з1вается в низкочастотной области, где его легко подавить посредством частотной фильтрации в усилителях. На фиг. 3, а, б иллюстрируется эффект уменьшения скорости пробега волны вдоль зонда путем моделирования. В качестве модели была взята алюминиевая пластина длипой 35 /мж, шириной 5 см и толщиной 7 мм. На одном конце пластииы укреплялся излучатель из сегиетовой соли, а аналогичный приемник передвигался по поверхности модели с остаиовками через 2 см. На фиг. 3, а приведены записи, сделанные при перемещении приемника по сплошной нластине. Первая фаза продольной волны показывает скорость 5580 м/сек. Видно, что затухаиие волн практически отсутствует, На фиг. 3, б показаны заниси вдоль профиля, пройдеиного но модели с прорезями глубиной 2,5 мл1, пропилеииыми с иитервалами мм. Первая фаза ири этом следует со скоростью 2350 м/сек, т. е. почти в 2,5 раза медленнее. На фиг. 3, д иллюстрируется эффективиость описываемого типа изолятора, которая сравнивается с эффективиостью чисто резинового изолятора, считающегося в настоящее время наилучщим. На фиг. 3, в представлены записи волн вдоль профиля, пройденного по поверхности пластииы, вырезанной из мягкой вакуумной резины. Отчетливо заметно сильное затухаиие всех тииов волн. При этом наиболее интенсивная из всех волн уменьщается по амплитуде в 7 раз на расстоянии 30 см. На фиг. 3, г показан аналогичный профиль в случае, когда под резиной находится сплошпая алюминиевая пластина (имитация целой трубы). Акустический контакт между резиной и металлом создавался касторовым маслом, В этом случае (при одинаковой начальной амплитуде волн) в иервых вступлениях регистрируется довольно интенсивная высокоскоростная волна, распространяющаяся металлу, которая затухает медленно. На фиг. 3, д показан профиль, когда под той же резиной находится аналогичная алюминиевая пластина, имеющая прорези глубиной 2,5 мм через интервалы в 5 мм. Как видно, затухание волн в 7 раз, которое па резине происходит через 30 см (см. фиг. 5, б),,здесь достигается всего лишь через 8 см, т. е. почти, в 4 раза быстрее. На удалении 30 см но сравнению с фиг. 5, 8 и 5 г колебания здесь практически отсутствуют. 5 10 Предмет изобретения Акустический изолятор для скважинного снаряда ультразвукового каротажа, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента поглош:ения, уменьшения скорости распространения упругих волн и обеспечения жесткости конструкции, он выполнен в виде -металлической трубы, имеющей поперечные канавки с внешней и внутренней сторон, расположенные через определенные интервалы, и покрытой слоем материала с высоким коэффициентом поглощения ультразвука.

i-fc

iF 4

Р

IP

- WftKW lif/ tlt#/tm

fue.d