АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СКВАЖИИНОГО ПРИБОРА АКУСТИЧЕСКОГО ВИДЕОКАРОТАЖА Советский патент 1973 года по МПК E21B47/14 G01V1/00 

1

Изобретение относится к ойласти промысловой гео|физики и может быть исиользоваио в акустичеоком видес-каротаже для исследоваиия стеиок нефтяиых и газовы.х: скважин.

Известиа акустическая система, содержащая электроакустические излучатель и ириемиик, неиодвижио укрепленные -в корлусе, и отражатель, установленный лод углом 45° во вращающемся цилиндре, имеющем окно для иролускаиия УЗК. Цил-индр вьшолнеи из материала с высоким а кустичеоким саиротивлеиием, большим коэффициентом затухания и малой скоростью раснространення УЗК («апример, из текстолита). Стеи1КИ цилиндра покрыты звуко1поглси1аюи1,им материалом, «аиример резиной.

Такая система лозполяет новьгснть надежность работы скважиниого нрибора, так как в ней отсутствуют труииеся н вран1аюии1еся электрические коита1КТ1 1. оиа не может быть усненпю нонользоваиа в скважинах измеияюн1е гсся диаметра и ири наличии кавер:н.

Цель изобретения - иовыснть надежность работы свкажииного прибора за счет улучшения условий приема . отраженного им1пульса в окважииах из.меняюи егося диаметра и ири наличии (каверн.

Цель достигается тем, что в предлагаемой акустической системе отражатель -вьшолнен в

виде двух взаимно иериенди.куляриых зеркалотражателей разного размера, укрепленных на оси, причем меиьшее зеркало укреплено в вырезе в цеитре большего. Отражающая поверхность большего зеркала лересекает ось излучения иод углом 45, а отражающая новер.хиость меньи его зеркала нересекает ось ирие.ма эхо-сигнала .под углом 45.

В результате такого расноложения отражаюп;не зеркала изменяют ианравления нзлученмя н приема акустических высокочастотных колебаний и лри своем, вращении иозволяют направлять потоки излучеиия и ириема УЗК но окружности скважииы. Ввиду того, что зеркала-отражатели укреплепы одно внутри ,гого, злучение и ирием ультразвуковых колебаний нроисходят пучками, раоположенпымп коаксиально в пространстве вдоль оси, направленной по пормали к стенке исследуемой скважииы; это улучи1ает условпя приема отражеииого импульса в скважинах пзмепяю Н1,егося диаметра и пмеюии1х каверны.

Для исключения нрямого излучеппя от излучателя к приемнику излучател) вы-полиен кольцевым, а обратная сторона зерл ал-отражателей покрыта звукопоглои1аюии1м материалом.

На фиг. 1 изоблажеиа предлагаемая акустическая система скважиииого прибора в разрезе; иа фиг. 2 нзображен ход лучей ультразвука между акустической системой прибора и стенкой скважины.

Акустическая система включает в себя пеиод-вижЕю у.крепленный излучатель 1, выполиешный в виде .плоского кольца, и лриемиик 2, выполненный в впде дпска меиыпего диаметра. ЛкустИЧеский отражатель 3 меньшего диаметра укреплен внутри отверстия в большем отражателе 4. Оба отражателя неподвижно укреплены внутри полой цилиндрической дета ла 5, имеющей окно для лропуеасания УЗК и зубчатое колесо 6 для сцепления с зубчатой передачей 7. Обратиая сторона отражателя 3 покрыта звукопоглощающим слоем 8. Обратная сторона отражателя 4 иО:Крыта слоем 9 звукопоглощаюп его материала. Внутренняя полость акустической системы заполнена жидкостью, например кремнийорганической.

Кольцевой излучатель / излучает пучок ультразвукОВых лучей, которые попадают на отражающую поверхность зеркала-отражателя 4. Отражатель изменяет направление излучения н направляет его но осп, перпендикулярной к оси с,ква,жп-ппо-го лрибора, т.е. к стеике 10 скважииы. Достигнув степки скважины, иучок лучей Ввиду перавепства волновых сопротивлений бурового раствора п горных пород, сла.гающих стенку скважины, претерпевает отражение и в виде акустического эхосигпала возвра1П.1,ается к скважиино му прибору. Часть отразившихся эхо-лучей попадает на отражатель 3, который мепяет иаправление движеиия эхо-си.гиала и направляет его к лриемиому преобразователю 2. Для осуществления кругового обзора стенок скважииы отражатели 3 и 4 приводятся во вращеппе вместе с цилиидрической деталью 5 через зубчатую иередачу 6 и 7.

ВБИДУ того, что стеика скважипы пе плоская, а цилиндрическая, она не только отражает ультразвуковые лучи, но н концентрирует их в некотором фока.тьном объеме, как цилиндрический рефлектор. Цеитром фокального объема является центр радиуса кривизиы цилиндра т.е. геометрический центр скважипы.

Для того, чтобы существовал эффект фокусировки при отражении от криволииейной поверхности, -необходимо, чтобы длина звуковой волиы была мала по сравиению с размерами отражающей лосерхности. В данном случае длины воли в буровом растворе для частот 1-2 Мгц соответствеино равны м

1,45ишнЯ2 - - -:..

- р

h

10 fj 1450

0,72 мм, пде Ср -скорость УЗК

2-10

в буровом растворе. Наиболее распространенные диаметры скважин на нефть н газ составляют 5-12, такнм образом раднусы крнвиз h стенок скважнн как отражаюп1,его цилипдра соответственно равны f ,,- 64 - 312 мм.

Как видно, длина воли УЗК, применяемых в aiKycTH4ecKOM видеокаротаже много меньще размеров отражающей поверхности, т.е. выполняется условие 1 F к. Это значит, что эффект фокусировки отраженных от стенки скважииы ультразвуковых лучей имеет место, следовательно, стенку скв-ажины можно рассматривать как -цилиидрическнй рефлектор, для которого коэффициент усиления по давлению описывается формулой

К (У .а,

2л

где/( - волновое

число, а - центральный угол.

Как иЗВестио, напряжепие U ах , возникающее на электродах пьезопреобразователя в колебательпом режиме и поступающее «а резоиаиспый ВХОД приемно-усилительиого тракта, может 6i:.iTb определеио из выражения

U.,g.P-d -Qn-Qax,

IIЬ о H- Ь п

где g.. -пьезоэлектрическое конечное давление;

d -толщина пластинки; Р - -давление, действующее на пьезоэлемент;

С п - емкость пьезоэлемепта;

Со -емкость входных депей; QII -добротность преобразователя; Q,,x - добротиость ВХОДНОГО контура. Как следует из формулы, папряжеиность электрического поля, возбуждаемого в пьезоэлемеите, пропорцпоиальна звуковому давленню, действующему на его новерхность, завпсит от электрических характеристик пьезоэле.мента и входных цепей и не зависит от площаДи его поверхпости. Учитывая это обстоятельство и эффект фокусировки, в предлагаемой акустической системе приемник может (быть выполнен достаточно малых размеров, а следовательно, столь же малых размеров могут быть малый отражатель и, соответственно, отверстие в больщом зеркале-отражателе. Значит, уменьщеиие эффективиой площади- излучателя за счет отверстия в большом отражателе и самом излучателе, невелико, 10-15%. При желаиии это умеиьшеиие площади может быть скомпенсировано путем пез1начительцого увеличения наружиого диаметра излучателя. Для того, чтобы устранить влияние ультразвуковых лучей, раонространяющихся по прямой от излучателя к приемнику ск-возь малое зеркало-отражатель, в центре излучателя выполнено отверстие, размер которого несколько больше размера ириемника, а обратная (неотражающая) поверхность малого зеркала 3 покрыта слоем 9 звукопоглощающего материала, напрИмер резииы. Благодаря этому цеитральиая часть излучателя не излучает, а менее иитенсивные колебания боковых лепестков, ноиадаюп1,ие на обратную сторону меньщего зеркала, гасятся в слое звукопоглощающего матернала.

При отражеиии мощного излучаемого импульса от больнюго отражателя, большая часть ультразвука отражается н нанравлена к стенке скважины, но небольшая

часть -проходит сквозь материал зеркала-отражателя и, -раопространяясь в жидкости с обратной стороны от;ражателя 4, может достигнуть повер.хнОСти приемника 2 и создать помеху. Для того, 4TOi6bi устранить эту опасность, обратная (неотражающая) поверхность большого отражателя некрыта слоем звукопоглощающего материала 10 (например, резины), который поглощает часть ультразвуковых колебаний, которые прошли сквозь толщину зеркала-отражателя.

Предмет и з о -б р е т е н и я

1. Акустическая система скважииного прибора акустического видеокаротажа, содерл :ащая iKOipnyc, высокочастотные электроакустические .преобразователи (излучатель и приемник) и отражатель, размещенный в цилиндре с механическим .приводом, обеонечивающим его вращение, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности системы, отражатель выполнен в виде двух взаимно перпендикулярных зеркал разной величины, меньшее из которых укреплено в вырезе в центре большего зеркала.

2. Акустическая система по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью исключения попадания излучения от излучателя к приемнику по прямой, излучатель выполнен кольцевым, а неотражающая сторона обоих зеркал покрыта звукопоглощающим материалом.

%J%

//

Повернуто на 90