Скважинный прибор акустического каротажа Советский патент 1979 года по МПК G01V1/52 

(54) СКВАЖИННЫЙ ПРИБОР АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин, в частности, к аппаратуре акустического каротажа, работающей в комплексе с другими геофизическими приборами. Посредством комплексирования и агрегатирования приборов различных ме тодов достигается болыирй выигрыш как с точки зрения проведения, измерений в одинакошлх УСЛОВИЯХ, так и экономии за счет сокращения времени задалживания скважины под геофизические исследования. Акустические методы нашли широкое применение для решения различ ных задач скважинной геофизики, позто му они комплексируются со всеми известными и вновь разрабатываекыми приборами ядерно-магнитного каротажа электро- и радиметрии. Для этих целей необходимо использовать баевые приборы акустического каротажа, обладаю1ци 8 повыиенными прочностными характеристиками, позволяющими выдерживать большие изгибные и растягивающие нагрузки, так как подсоединяемое приборы (например, приборы ГГК) по весу почти в два раза превышают вес приборов АК и имеют высокую степень усилий на стенки скважины центрирую111ими или прижимными устройствами, В связи с этим конструкция скважин но гчэ прибора АК, должна обеспечить надежности работы комплекса, его мэханическую прочность, исключить аварийные ситуации в скважине и, в то же время, обеспечить достаточно эффективного акустическую развязку излучающих и приемных преобразователей как при длительной эксплуатации аппаратуры, так и при работе в глубоких скважинах. Наиболее механически слабыми в приборах АК являются узлы акустических изоляторов. известны конструкции скважинных приборов с полужесткими или жестк.и.ми акустическими изоляторами . Однако во всех рассмотренных конструкциях акустических зондов изолирующий элемент характеризуется слож-т ным изготовлением, большим весом и малой механической прочностью, что вызвано большим количеством прорезей, канавок и сочленяющихся деталей. Наиболее близким к изобретению является скважинньй прибор акустического каротажа, .основной конструкции которого является ворпус, оканчиваюЩИЙСЯ полым стержнем, проходящим по центру изолятора и обладающий высокой механической прочностью на растяжение и изгиб 7. На стержень посажена толстая резиновая труба, служащая для поглощения упругих колебаний Непосредственно в резине расположены преобразователи акустической энергии К обоим концам несущего стержня жестко крепятся герметичные г таллические контейнеры (полая труба большого диаметра) для электронных схем генератора и усилителя. Внутри стерж ня проходят провода источников пита нйя и других электрических соединени Прибор имеет относительно удовлетворительную мехсшическую прочность при комплексировайии или агрегатировании с приборами других геофизических ме.тодов. Однако конструкция зонд не обеспечивает достаточно эффективн звукоизоляции преобразователей при длительной его эксплуатации и, особенно, при работе в комплексе с другими приборами в тяжелых скважинных условиях (большое гидростатическое давление, высокая тёмпёрату ра, агрессивная среда, большие ударные, изгибные и рас.тягивающие нагрузки) . В процессе эксплуатации прибора в та ких условиях акустический изолятор (резина) подвергается интенсивному старению, теряет упругость и эластич ность, крошится и растрескивается. За счет увеличения жесткости резины и при заполнении трещин в ней буровы раствором увеличивается коэффициент прохождения акустической энергии от преобразователя к несущему металлйче кому стержню корпуса прибора, а так же между преобразователями по резиновой трубке. В результате недостаточное ослабление упругих кЬлебаний акустическим изолятором может приве сти к появлению в регистрируемых первых вступлениях ложийх сигналов. 9то делает запись диаграмм акустическоро каротажа некачественной и затрудняет их последующую интерпре.тацию. ;. : ;.. .;.:,;.-..-:„-./.,.- ..v ----;. . л. .. Целью изобретения является увелич ние механической прочности и повышен эффективности акустической изоляции в процессе длительной эксплуатации в тяжелых скважинных условиях, Достигается это тем, что корпус прибора выполнен из целБНрй.,металличегской гнльзы с умелыяенибм наружного диаметра в области акустического изолятора, который, в сЪсжо очередь, сострит из коаксиального набора, цилиндров с резко различающейся акус тической жесткостью, со скользящим крнтактрм отнрсительно друг друга и с резонансными частотами собствен ных механических колебаний, лежащими поочередно выше и ниже спекТра;. излучения преобразователя ,-а также соосного набора шайб с различной акустиеской жесткостью, насаживаемых внешний цилиндр по обе стороны акустических преобразователей. На фиг.1 показан основной узел конструкции предлагаемого скважинного прибора; на фиг.2 - спектр излучения акустического преобразователя распределение резонансных частот собственных механических колебаний цилиндров изолятора. Прибор состоит из металлического корпуса 1, в котором расположена электронная схема (генератор, усилитель) и который оканчивается полым стержнем, проходящим по центру изолятора. В корпусе имеются свечйые вводы 2 для проводов от акустических преобразователей 3. Изолятор состоит из цилиндров4,5 и 6 (или более), шайб 7 и 8, уплотняющей прокладки 9 и стягивающей гайки 10. Толщина стенок несущего металлического стержня изолятора и его диаметр„выбир аются .из расчета мак-симальной нагрузки каротажного кабеля на растяжение (7,0 т), примерно, таких же изгибных нагрузок и резонансной частоты, собственных механических колебаний, превышающей основную частоту спектра излучаемого акустического импульса в 5-10 раз, На несущий стержень насаживаются несколько цилиндррв различной толщины и диаметра, поочередно выполненных из различных материалов, например фтрропласта, металла, стеклотекстолита и т.д. При этом сочленен иецилиндров между собой с несущимстержнем и с. преобразователями по диаметральным поверхностям выполняется со скользящим контактом. Зазор между ними з прлняе тся трнкой пленкой резиньа, фторопласта или жидкости. Наилучший звукоизолирующий эффект может быть получен с воздушными зазорами. Однако, в этом случае, усложняется конструкция к изоготовлению прибора. В результате скользящего сочленения и чередования цилиндров с резко различающейся акустической жесткостью (в зависимости от материала) в значительной степени уменьшается общая величина коэффициента прохождения акустических колебаний от преобразователей, насаженных на внаиний цилиндр, к несущему металлическому стержню и обратно. С другой стороны, набор цилиндров со скользящими контактами представляет собой набор, .колебательных систем, собственные резонансные частоты колебаний которых определяются средним диaмeтpoм и материалом цилиндров. Коэффициент прохождения акустических колебаний от преобразователя в радиальном направлений к несущему стержню прибора будет значительно уменьшаться, если частоты механических резонансов цилиндров не совпадают с основной частотой (спектром) излучения и находятся поочередно в противоположных диапазонах.,

Частотная характеристика такой системы цилиндров приведена на фиг.2, где а- - спектр излучаемого импульса от преобразователя, б- резонансная частота механически колебаний несущего металлического стержня И, 2-, 5 соответственно, собственные резонансные частоты, механических колебаний цилиндров из пластика, металла и пластика. Система подобных свободноколеблющихся цилиндр он, не нагружен- ; ных на присоединенную массу, является эффективным препятствием, весьма рассеивающим звук. Таким образом, повышение эффективности звукоизоляции в . наиболее важном направлении распространения волны - к несущему стержню и от него достигается за счет чередования цилиндров с резко различающейся акустической жесткостью, наличия скользящих контактов между ними и системл свободных резонаторов, не нагруженных на присоединенную массу и имеющих резонансные частоты собственных механических колебаний г лежащие поочередно выше и ниже частоты (спектра) .излучения акустической энергии.

В осевом направлении скважинного прибора акустический изолятор по обе стороны от преобразователей выполнен в виде набора шайб, имеющих различ- , ную акустическую жесткость. Шайбы насажены на внешний цилиндр со сколь зящими контактами по диаметральным поверхностям. Это сделано как с целью подавления поверхностной волны по корпусу прибора, так и для обеспечени кюханической прочности крепления преобразователей, в осевом направлении поджимаются и фиксируются указанными шайбами.

Предлагаемая конструкция скважинного прибора по количеству акустических преобразователей может быть как двух, так и многоэлемэнтной. Необходимые электрические провода

могут быть пропущены через осевое отверстие в несущем стержне корпуса прибора,Формула изобретения

Скважинный прибор акустического каротажа, содержащий корпус, акустические преобразователи и акустический изолятор, от личающий ,с я тем,что, с целью увеличения его механической прочности и повышения эффективности .акустической изол|Ции в процессе длительной эксплуатации в тяжелых скважинных условиях, корпус прибора выполнен из цельной металлической гильзы с уменьшением наружного диаметра в области акустического изолятора, а акустический изолятор состоит из коаксиального набора цилиндра резонаторов, выполненных из материала с различной акустической жесткостью и с резонансными ча.стотами собственных механич:еских колебаний, которые находятся поочерёдно вшие и ниже спектра получения преобразователя,.;, а также из соосного набора шайб выполненных из материала с различной акустическ жесткостью, насаживаемых на внешний резонатор по обе стороны от акустических преобразователей.

Источники информации, принятые во внимание при эскпертизе

кл. 340-17, 1968.

-., xs;

,30.7,.

- л .

.«

.-.--.