Способ разделения поперечных волн от продольных в сигнале акустического каротажа скважины Советский патент 1979 года по МПК G01V1/50 

(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН ОТ ПРОДОЛЬНЫХ В СИГНАЛЕ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВАЖИНЫ

I

Изобретение- относится к геофизическим исследованиям нефтяных и газовых скважин, а более конкретно к способам предварительной аппаратурной обработки сигналов при акустическом каротаже.

Известны способы разделения поперечных волн от продольных.

В первом способе используется скоростной отличительный признак, который основан на том факте, что время распространения поперечных волн по породе больше времени распространения продольных волн в 1,5-2,4 раза. Способ предусматривает формирование «временного окна на временной оси полного сигнала, в течение которого происходит измерение параметрдв поперечной волны в процессе каротажа с последующей регистрацией их на диаграммах в функции глубины скважин 1.

Во втором способе используется частотный отличительный признак, который основан на различии частот продольнЬй и поперечной волн. Полный акустический сигнал проходит через полосовой фильтр, пропускающий частоту колебаний определенного типа волны, затем измеряются параметры

ВОЛ1-ГЫ 2. Временной способ разделения поперечных волн от продольных не позволяет достаточно надежно выделить поперечную волну из-за того, что отношение скорости продольной волны и скорости поперечной волны не постоянно для широкого класса реальных геологических условий, поэтому в фиксированное «временное окно в процессе каротажа может попадать также часть продольной или гидроволны. Из-за недостаточной надежности разделения волн способ используется только для измерения максимальной амплитуды поперечной волны.

Наиболее близким техническим решением к способу разделения поперечных волн от продольных в сигнале акустического каротажа является частотный способ, в котором частота продольной волны больше частоты поперечной волны в 1,1 -1,4 раза. Этот признак используется для разделения волн с помощью частотной фильтрации. Способ заключается .в следующем.

0

В процессе каротажа в скваженном приборе излучаются акустические импульсы. Эти импульсы проходят через исследуемую породу, через буровую жидкость в скважине и регистрируются акустическим приемником. Сигнал преобразуется в электрический импульс, содержащий колебания продольной волны, колебания обменной поперечной волны, гидроволны и т. д. Этот импульс поступает в наземЕ1ую аппаратуру и проходит через полосовой фильтр, настроеннь1Й на .колебания продольной или поперечной волны. На вы.ходе фильтра получаем сигнал, параметры которого регистрируются на диаграмме в функции скважингм.

Техническая реализа и1Я способа частотного разделения волн предусматривает использование достаточ1 О узкополосны.х фильтров с прямоугольной характеристикой, так, как отнопление частоты продольной волны к частоте поперечной равно 1,1 -1,4 3.

Недостатком частотного способа разделения продольной и поперечной волн является то, что при излучении импульсов ультразвуковы.х колебаний с постоянным спектром частота принимаемых колебаний продольной и обменной поперечной волн изменяется в зависимости от типа пород и их состояния. При мощности пласта, превышающей размеры зонда (без учета граничных условий), окружаюндая скважину порода может рассматриваться как фильтр для данного спектра частот с соответствующей частотной характеристикой и граничной частотой. Поэтому для широкого класса реальных геологических условий частотный фильтр с узкой фиксированной полосой пропускания не обеспечивает надежного разделения продольных и поперечных волн, так как частота волны не будет изменяться для различных пород.

Фильтр с широкой полосой пропускания также не обеспечивает разделения .поперечной волны от продольной из-за малой раз. ницы их частот. Таким образом, частотный способ не позволяет Надёжно разделит-ь поперечную волну от продольной.

Целью изобретения является обеспечеНй;ё надёжнбго разделения сигналов поперечной волны от продольной.

Поставленная цель достигается тем, что осуществляют непрерывно в процессе каротажа «следующую частотную фильтрацию поперечной волны из полного сигнала, для чего измеряют частоту или длительность периоДа колебаний продольной волны, преобразуют эти величины в электрический сигнал, например в постоянное напряжение, амплитуда которого прбйбрцйЬаальна частоте колебаний, далее, в зависимости отвеличины этого сигнала, преобразуют частоту гетеродина, смешивают полученный сигнал с полным сигналом и подвергают его частотной фильтрации таким образом, чтобы подавить продольную волну, или отфильтровать из полного сигнала поперечную волну. Принимаемый полный акустический сигнал преобразуется в электрический

x(t) x(t) +X5(t).

В этом сигнале измеряется период (Тр) продольной волны, он преобразуется в напряJ жение, перестраивающее гетеродин с помощью которого спектр входного сигнала переносится на рабочий участок фильтра с фиксированной полосой пропускания. После смешивания сигналов x(t) и сигнала с перестраиваемого гетеоодина получаем

0 .х (t) - Хвр( ) cos (a p -Ь fij) ( +

+ х,р(1-гр)е- ;1 4соз((Яг-ар) (t-гр) 1 +

+ )()()( + 4-xos (t-Tj )e- --5T icos(fii -uj )(t-t5).

В выходном сигнале будут присутствовать четыре составляющих с частотами (ftp-f +9.г) (r-S2, ) ( + ) ч ( SL-i)- Фильтрнастраивается на частоту (О - Яз ), тогда на его выходе получаем

сигнал вида а-г,«

xa(t) .xos(t-e)e cosKSSi -.ns)(t-Ts)l Для возвращения этого сигнала, в исходное 0 состояние он смешивается с сигналом от . перестраиваемого гетеродина. В результате .получаем

х) Nos() ( Лв- Иг) I +xos (t-Тз)е Лсоз( Яг +Лт

(t-Ts)l t-Tj),

5 т. е. будут присутствовать сигналы с частотой, поперечной волны 2.; частотой (2 fir - Qis ), но так как (2Si.i - uj ) Й, то, Пропустив этот сигнал через

0 фильт 5 нижних частот, ро лучаем:

I(t) Xos(t-ts))Acose (. т. 6. на выходе остается только сигнал поперечной волны.

Изменение фильтрующих свойств породы определяется непрерывно в процессе каJ ротажа по периоду продольной волны, в зависимости от величины которого перестраиваемый гетеродин непрерывно переносит изменившийся спектр сигнала поперечной волны на рабочий участок фильтра. После следящей частотной ф.ильтрации сигнал поперечной волны будет первым в полном акустическом сигнале и регистрация параметров поперечной волны может производиться теми же способами, что и для продольной волны. Техническая реализация способа «следящей частотной фильтрации сигналов акустического каротажа может быть достигнута с помощью устройства, содержащего, например, схему измененияпериода продольной волны, функциональный преобразователь периода в напряжение, которое управляет раQ ботой перестраиваемого гетеродина, смеси тель прлн ого сигнала с сигналом гетеродина,

электромеханический фильтр, смеситель Сигнала с выхода фильтра с сигналом гетеродина, фильтр нижних Частот.

Настройка перестраиваел1ого гетеродиS на может осуществляться как вручную, так и от источника опорного напряжения.

Применение способа частотной «следящей фильтрации поперечной волны от продольной позволяет надежно выделять поперечную волну независимо от фильтрующих свойств породы и тем самым повысить точность измерения ее кинематических и динамических параметров. Техническая реализация способа в аппаратуре акустического каротажа повысит геологическую эффективность исследования нефтяных и газовых скважин для широкого класса реальных геологических условий.

Формула изобретения

Способ разделения поперечных волн от продольных в сигнале акустического каротажа скважин, включающий преобразование акустического сигнала в электрический, частотную фильтрацию сигналов и регистрацию параметров волн в функции глубин скважины, отличающийся тем, что, с целью обеспечения надежного разделения сигналов поперечной волны от продольной, осуществляют непрерывно в процессе каротажа «следящую частотную фильтрацию поперечной волны из полного сигнала, для чего измеряют частоту или длительность периода колебаний продольной волны, преобразуют эти величины в электрический сигнал, например в постоянное напряжение, амплитуда которого пропорциональна частоте колебаний, далее, в зависимости от величины этого сигнала перестраивают частоту гетеродина, смещивают получаемый, сигнал с полным сигналом и подвергают его частотной фильтрации таким образом, чтобы подавить продольную волну или отфильтровывать из полного сигнала поперечную волну.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 220904, К.Л. G 01 V 1/40, 1966 (прототип).