Скважинный прибор акустического видеокаротажа Советский патент 1974 года по МПК G01V1/52 

1

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано в акустическом видеокаротаже, предназначенном для исследования стенок нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство для акустического видеокаротажа, оснащенное системой, осуществляющей ориентировку акустических фотографий ио странам света, использующее в качестве элемента, чувствительного к магнитному полю Земли, датчик Холла. Система включает в себя двигатель, вращающий датчик Холла, генератор 10 кгц, усилитель, фазовый детектор, интегратор, дискриминатор и одновибратор, установленные в скважинном приборе. Сформированный в скважинном приборе импульс ориентации передается на поверхность по кабелю, причем для этого занимается отдельный канал.

Однако скважинный прибор с системой ориентации, использующей датчик Холла, характеризуется сложностью схемы и конструкции.

Цель изобретения - упрощение схемы и конструкции скважинного прибора акустического видеокаротажа.

Это достигается использованием в качестве элемента, чувствительного к магнитному полю Земли, магнитной стрелки, фиксацией ее положения ультразвуковым эхометодом и использованием основного электроакустического

тракта аппаратуры для передачи на поверхность импульса ориентации.

На фиг. 1 и 2 представлена схема предлагаемого прибора.

Скважинный прибор (см. фиг. 1) состоит из металлического трубчатого корпуса 1 со звукопроводящей вставкой 2 в нижней части прибора. Внутри корпуса в верхней части размещены: генератор 3 импульсов, строб-устройство 4, усилитель 5, детектор б, видеоусилитель 7 и электропривод 8.

В нижней части прибора находятся (см. фиг. 2): акустическая система, включающая электроакустический преобразователь 9, акустический волновод 10, отражатель 11 кругового обзора, отражатель 12 и датчик ориентации, состоящий из магнитной стрелки 13 с демпфирующим устройством 14, в виде двух взаимно перпендикулярных пластпп и отражателем 15, выполненным в виде части сферы, амортизирующей опоры 16 и кольцевых звукоиоглотителей 17 и 18. Полость акустической системы отделена от полости датчика ориентации жесткой мембраной 19, имеюп1ей форму

усеченного конуса и отверстие в центре 20, выполненное в форме лабиринта.

Полости акустической системы и датчика ориентации заполнены жидкостью, папримср. кремнийорганической. Для компенсации изменения объе: 1а жидкости при изменениях температуры и давления применен компенсатор 21.

При каротаже скважины генератор 3 нмпульсов периодически возбуждает электроакустический преобразователь 9, который после каждого возбуждения излучает узконанравленный пучок ультразвуковых колебаний вдоль оси прибора. Пучок колебаний, распространяясь но волноводу 10, достигает поверхности отражателя 11, меняет нанравление раснространения и через окпо в волноводе направляется к стенке скважины. Отразившись от стенки скважины, ультразвуковые колебания вновь через окно в волноводе понадают на отражатель 11, меняют направление своего распространения и по волноводу 10 достигают нреобразователя 9, где преобразуются в электрические колебания.

Далее электрический сигнал в внде пакета высокочастотных колебаний усиливается усилителем 5 до необходимой величины и попадает на детектор 6. Продетектированные колебания усиливаются видеоусилителем 7 и по каротажному кабелю передаются на поверхность.

Для предотвращения действия мощности импульса от генератора 3, возбуждающего преобразователь, на скважинный усилитель в электронной схеме нрибора имеется строб-устройство 4, которое запирает вход усилителя на некоторое время после момента излучения. Так как отражатель 11 нриводится во вращение вместе с волноводом 10 от электропривода 8, то он осуществляет круговой обзор стенки каротируемой скважины.

На нути своего распространения иучок ультразвуковых колебаний встречает отражатель 12, отражающая плоскость которого параллельна отражающей плоскости отражателя 11. Отражатель 12 отклоняет часть лучей ультразвукового пучка отвесно вниз к датчику ориентации. Здесь ультразвуковой луч нопадает на кольцевой звукопоглотитель 16 и поглощается им.

Так как отражатели 11 и 12 вращаются, то вращается и отклоненный вертикально вниз ультразвуковой луч. При своем вращении по окружности он встречает отражатель 15, укрепленный на магнитной стрелке 13, которая направлена на север. Луч отражается отражателем 15 и в виде эхо-сигнала, отразившись от отражателей 12 и 11, достигает нреобразотеля 9. Здесь эхо-сигнал преобразуется в пакет электрических колебаний, который по электрическому тракту основного эхо-сигнала, отразившегося от стенки скважины, усиливается, детектируется, вновь усиливается и подается но каротажному кабелю на поверхность.

Длина акустического пути для эхо-сигнала от отражателя магнитной стрелки выбрана значительно меньшей, чем длина акустического нути для эхо-сигнала от стенки скважины с наименьщим диаметром, поэтому эти эхо-сигналы в электрическом тракте разделены во

времени. Разделение сигналов на поверхности и их обработка производится при помопщ обычных методов импульсной те.хннки.

При вращении волновода 10 с отражателем 12 частицы жидкости, заполняющей полость, где находится акустическая система, также приходят во вращение. Для того, чтобы вращение жидкости не увлекло магнитную стрелку 13, полость, в которой находится датчик ориентации, отделена от плоскости, где находятся вращающиеся детали, жесткой мембраной 18. Так как мембрана должна нропускать ультразвуковые лучи, то она изготовлена из материала с малым поглощением ультразвука. Особенно важно, чтобы ультразвуковой луч, направленный от отрал ателя 12 вертикально вниз, не отражался обратно от поверхности мембраны 19 и не нопадал к нреобразователю 9. Для этого акустическое сопротивление материала ме.мбраны должно быть равно акустическому сопротивлению жидкости. Так как достигнуть этого практически невозможно и отражение всегда сундествует, то новерхности мембраны придана форма конуса с углом наклона 15-20° от горизонтали. Благодаря этому наклону отраженные от поверхности мембраны лучи нанравляются к поглотителю 17 и им поглощаются (на фиг. 1 и 2 не показаны).

Для компенсации изменения объема жидкости, заполняющей полость датчика ориентации, в приборе применен компенсатор 21. Для того чтобы одновременно комненсировать и изменить объем жидкости в нолости, где

размещена акустическая система, в мембране 19 вынолнено отверстие 20. Для того чтобы через отверстие протекала жидкость и не нередавалось ее вращение, отверстие в мембране вынолнено в форме лабиринта.

При движении нрибора в скважине, из-за различных толчков и ударов, магнитная стрелка 13 колеблется как в горизонтальной, т.ак и в вертикальной плоскости. Для того чтобы уменьшить амплитуду этих колебаний, магнитная стрелка снабжена демпфером 14, выполненным в виде двух взаимно перпендикулярных пластинок. Пластинки демнфера значительно увеличивают нлощадь стрелки, в результате чего возрастает сопротивление жидкости ее перемещениям. Особенно сильно эффект демпфирования будет нроявляться нри резких движениях стрелки, возникающих из-за толчков при движении набора в скважине. Наличие демнфера нриведет к тому, что магнитная стрелка будет с некоторым запозданием устанавливаться на магнитный север, однако для системы ориентации акустического видеокаротажа это не имеет принципиального значения.

При прохождении прибором наклонных интервалов скважины прибор и акустическая система наклоняются на некоторый угол, а стрелка остается в горизонтальной плоскости. В этих случаях угол между цлоскостью

стрелки 13 и плоскостью отражателя 12 отличается от 45°, и эхо-сигнал от отражателя 15 отражения от отражателей 12 и 11 может не пересечь плоскость преобразователя 9. Для улучшения условий приема эхо-сигнала от отражателя 15 в наклонных интервалах скважины поверхность отражателя 15 выполнена в виде части сферы. Сферическая поверхность отражателя 15 обеспечивает наличие некоторой поверхности, плоскость которой будет расположена под углом 45° к отражателю 12, при наклонах скважинного прибора, встречающихся в реальных скважинах.

Предмет изобретения

1. Скважинный прибор акустического видеокаротажа, состоящий из корпуса со звукопроводящей вставкой, в котором размещены генератор импульсов, строб-устройство, усилитель, детектор, видеоусилитель, заполненная жидкостью акустическая система, содержащая электроакустический преобразователь, отражатель кругового обзора, электропривод отражателя, а также заполненный жидкостью датчик ориентации, содержащий магнитную стрелку и кольцеобразный звукопоглотитель, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и достоверности исследования и упрощения конструкции прибора, между электроакустическим преобразователем и отралсателем кругового обзора установлен второй отражатель, отклоняющий часть ультразвукового излучения из основного пучка в направлении магнитной стрелки, снабженной третьим отражателем, а датчик ориентации отделен от акустической системы посредством жесткой конусообразной мембраны с отверстием в центре, выполненном в форме лабиринта, материал которой имеет акустическое сопротивление, близкое к акустическому сопротивлению жидкости, заполняющей указанный датчик и акустическую систему.

2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения приема эхо-сигнала от датчика ориентации при наклонах прибора в скважине, отражатель механической стрелки выполнен в виде части сферы.

It:;

I