СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ГРАННЦ РАЗДЕЛА В РАЗРЕЗЕСКВАЖИНЫ Советский патент 1970 года по МПК E21B47/00 G01V1/00 

Изобретение относится к акустическим методам исследования скважин, целью которого является обнаружение границ раздела, трещин в горных породах. Проблема обнаружения границ раздела актуальна как в геофизике, так и в инженерной геологии. В геофизике важно знать местоположение и форму рудного тела, для чего определяют границы и углы их наклона по отношению к оси скважины, и выявить трещиноватые коллекторы. Для крупных современных сооружений требуется прочный и надежный фундамент.

Известны способы определения границ раздела, например, по отраженным волнам или по соотношению амплитуд продольной и поперечной волн. Используя отраженные волны, получают удовлетворительные результаты в случае мощных пластов и трещин. Однако трещинь часто имеют небольшую раскрытость (десятки микрон), которая на несколько порядков меньше длины упругой волны. В таких случаях имеет место частичная прозрачность трещин. Если при этом отраженные волны и возникают, то их амплитуды незначительны.

Цель изобретения - повысить точность определения границ раздела. Для этого используют дифрагированные волны, а местонахождение границ раздела определяют по положению точек разветвления годографов дифрагированных волн.

На фиг. 1 показано положение акустического зонда «излучатель - приемник на участке скважины с трещиной; на фнг. 2 приведены кинематические и динамические годографы различных типов волн, возникающих при прохождении зондом трещины; на фиг. 3-волновые картины, снятые с экрана ЭЛТ с метками времени; на фиг. 4 - запись диафрагиррваниой волны, произведенная с помощью серийной аппаратуры для акустического каротажа ЛАК-1.

Как известно, понадающая в поле упругих волн неоднородность (нропласток, трещина и т. д.) оказывает на него воздействне, например возникают волны нескольких типов: преломленные, отраженные, дифрагированные и т. д. Неоднородностью является таклсе трещина с раскрытостью порядка несколько десятков микрон.

Излучатель /, резиновый изолятор 2 и корпус 3 образуют с нриемником 4 акустический зонд, помещенный в скважину 5, пробуренную в мраморных блоках 6 с трещиной 7. Зонд перемещается в скважине в направлении, показанном стрелкой.

От излучателя / упругая волна падает через воду на стенку скважины. В мраморном блоке образуются преломленные волны Р и S. т. е. продольная и поперечная и др. Дойдя дс трещины, часть упругой энергии отражается обратно, образовав отраженную волну РР, а часть проходит через трещину в виде прямой Р волны или обменных PS, SP воли. Такое явление возможно в том случае, когда трещина образует косой угол с лучами падающих на нее волн. Так как при трещиноватости во вмещающих породах образуются остроконечные выступы, средний радиус которых значительно меньще длины упругой волны, то, согласно принципу Гюгенса, будут излучаться сферические волны, являющиеся дифрагированными (на чертежах дифрагированные волны обозначены буквой d, а их фронты имеют вид расходящихся полуокружностей). Показанные на фиг. 2 временные и амплитздные годографы получают при прохождении зондом участка с трещиной. Так как расстояние «излучатель - приемник в зонде не изменяется, время прихода первого вступления продольной волны (нижняя параллельная оси абсцисс линия) и ее последующих фаз (буква Р) не изменяется, не изменяется также время прихода фаз поперечной S волны. Годографы других тинов волн (отраженной РР, дифрагированной d и обменной Р5) образуют углы с осями ординат, по которым можно определить их скорости. Годограф дифрагированной волны имеет гиперболическую форму. Пунктирной линией обозначен теоретический годограф дифрагированной волны. Хорошее совпадение последнего с экспериментальным годографом свидетельствует о правильном определении этой волны как дифра. гированной. Защтрихованные участки обозначают величины амплитуд различных типов волн в едином масштабе. Сравнение динамических годографов различных типов волн, а также истинных величин амплитуд фаз этих волн на экспериментальных осциллограммах показывает, что амплитуда дифрагированной волны большая и по величине уступает только амплитудам фаз поперечиой волны. Амплитуда отраженных РР и обменных PS волн примерно в три раза меньше амплитуды дифрагированной волны. Это позволяет на фотозаписях волновых картин уверенно обнаруживать оси синфазности дифрагированных волн. Как видно на фиг. 1-3, точка разветвления гиперболы находится над источником дифрагированной волны. По этому признаку можно определить местоположение границы раздела, Для этого необходимо иметь запись получаемых при акустическом каротаже волновых картин в виде обычной киносъемки или записи по методу переменной яркости, осуществляемой серийной аппаратурой ЛАК-1. Участок с трещиной был пройден зондом «излучательприемник длиной 17 см с рабочей частотой 125 кгц. На фиг. 4 первая темная линия слева на записи обозначает момент посылки упругого импульса, рядом нанесенные линии - величины глубин в см, стрелки временной интервал (цена марки времени 100 мк-сек). Как видно из записи, дифрагированная волна выделяется более уверенно, чем другие типы волн. Характерные для нее гиперболический годограф и большая интенсивность значительно облегчают интерпретацию. Предмет изобретенияСпособ обнаружения границ раздела в разрезе скважины, основанный на возбуждении в скважине ультразвуковых волн и регистрации волновых картин с применением фотосъемки или записи их по методу переменной яркости, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений, о наличии границ раздела судят по появлению на записях дифрагированных волн, а местонахождение этих границ определяют по положению точек разветвления годографов дифрагированных волн.

Щ).

| Юпксек

,0мксек

fuz.3

37.5

ь25

SP-,

Ч5

VU iVvMr Iri:,;;