Способ акустического каротажа скважин Советский патент 1980 года по МПК G01V1/44 

Изобретение относится к области геофизических методов разведки и может быть использовано самостоятел но или в комплексе с другими геофизическими методами при измерении фи зико-механических характеристик гор ных пород в их естественном залегании, а также измерении скоростей распространения упругих волн на об разцах горных пород (кернах). Известен способ акустического ка ротажа скважин при помощи одиночных датчиков (излучателя и приемника), контактируюших со стенками скважин 1 . Однако при таком способе неизбеж но появление волн-помех в частности винтовых продольных волн, на некото ром удалении от источника, приходяших к приемнику раньше полезных волн, например поперечных. Вследствие этого ухудшается фазовая корреляция последних, падает надежность и точность измерительного процесса. В ряде случаев выделить поперечную волну не представляется возможным. Известен также способ акустическ го каротажа скважин 2, по которому датчики группируют по несколько .штук как в группе излучателей, так и приемников. Суть способа заключается в излучении акустических сигналов одновременно; в нескольких точках, располо кенных на равном расстоянии одна от другой по периферии скважины в плоскости, перпендикулярной оси скважины, и одновременном приеме распространяющихся сигналов в нескольких точках, расположенных на равном расстоянии одна от другой в плоскости, перпендикулярной оси скважины. В этом способе генерируют сигналы, векторы сил которых, в частности, лежат в одной плоскости, направлены по касательной к стенке скважины в одну сторону, обеспечивая сдвиговые колебания. При этом контакт приемников с поверхностью скважины отсутствует. Отсутствие контакта приемников с поверхностью скважины является сушественным недостатком, не позволяющим регистрировать распространяюшиеся по стенке скважины прямые поперечные волны, 1ак как последние не проходят через буровой раствор. Кроме того, в известном способе реализованы точечное излучение и прием колебаний. Реальные же датчики имеют распределенную как по азимуту. так и по оси скважины поверхность излучения и приема, и в этом способе неизвестно, как перейти от точечHbix к реальным датчикам для повышения надежности выделения поперечных волн. Целью изобретения является повыше ние надежности и точности .выделення поперечных волн. Цель достигается тем, что,по пред лагаемому способу датчики излучения и приема акустических сигналов прижи мают к стенкам скважины-и излучают и (или.) принимают колебания, вектор . смещения которых направлен по азимуту скважины. Можно показать, что при указанно расположении распределенных приемников излучателей на поверхности ск жины возможна регистрация поперечных волн типа ,SH при одновременном увеличении помехозаЬаищенности от различного рода продольных волн. Решение задачи динагжческой теории упругости для целей августического каротажа скважин, на прямы.к вол нах при условии, что сухая цилиндрическая скважина радиуса Г располо гается в безграничном упругом пространстве (г, , .f , z) , а на участке (Q-iScf BZ ) ее поверхности дейст вуют касательные Vf нормал ныеЗр напряжения, произвольным обра зом распределёнHFje, представляется для азимутальной со-ставляюи;ей векто ра смешения поперечной ( ) и про дольной (Utjp) БОЛИ в виде . (1 4U (2) где коэффициенты а,,, в , с, d,-, выражаются через спектры действующих в источнике напряжений, цилиндричес функции, параметры скважины, скорее ти Vp, у распространения продольной и поперечной волн в слагающей ее ст ки породе. Для случая числа М -таких источни ков, действующих одновременно и син фазно и расположенных через равные интервалыд р, в плоскости, перпе дикулярной оси скважины, и числа Q приемников, расположенных через рав ные интервалы в плоскости перпендикулярной оси скважингл и отнесемиой на некоторое расстояние 2 от источников, формулы (1) и (2) после ряда преобразований лают вы- ражения для азимутальных составляющих сигналов прямых (п 0) попереч ной и продольной волн в виде f,(%.,r,V.,Q (3) (4) ) - извест .где г , BQ, Pg , у , Us ная функция указанных параметров Как видно из условия (4) на выхое Q приемников происходит полное подавление азимутальной составляющей t{pij прямой продольной волны. Из анализа формул (1) и (2) слеует, что смещения в винтовых (n toin 1, 2, 3, ,,.) поперечных продольных волнах при указанном асположении распределенных источников и приемников равны нулю, если кратность п этих волн не превы-. ает величин (5) Это обстоятельство дает возможность в акустическом каротаже скваин регистрировать полезную прямую поперечную волну без винтовых волнпомех, что повышает надежность и точность измерений, С этой целью екомендуется излучать акустические сигналы, вектор смещения которых направлен по азимуту,,а принимать эти сигналы приемниками, чувствительными к азимутальной поляризации смещений акустического сигнала. Способ реализуют следующим образом. В скважину опускают зонд, состоящий из излучателей и приемника. Перемещая зонд вдоль ствола скв-ажины, возбуждают акустический сигнал, вектор смещения которого направлен по азимуту скважины, и регистрируют его приемником. На чертеже погсазан зонд, реализующий предлагаемый способ. Зонд состоит, из источ,ников И и приемников П акустического сигнала, каждый из которых представляет, собой набор биморфных пьезоэлементов, расположенных на равных угловых расстояниях один от другого в азимутальной плоскости скважины. Количество пьезоэлементов в датчиках можно произвольно менять. Все пьезоэлементы соединены параллельно- и работают синфазно, совершая изгибные колебания в азимуте, Использование предлагаемого способа излучения и приема колебаний в акустическом каротаже обеспечивает преимуще.ства по сравнению с существующими способами, так как появляется дополнительная возможность выделять полезную информацию в форме поперечных SH-волн на фоне винтовых продольных, что улучшает качество и надежность получгшмого материала, повышает точность измерений, тем са™ тмл повышает геофизическую и экономическую эффективность поисковых работ, Формула изобретения Способ акустического каротажа скважин, включающий одновременное излучение и прием акустических сигналов нескольких точках, расположенных на равном расстоянии одна от другой по периферии скважины в плоскости, перпендикулярной оси скважины, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности вкделения поперечных волн, датчики, излучения и приема акустических сигналов прижимают к стенкам скважины и

излучают и(или) принимают колебания вектор смешения которых направлен по азимуту скнакины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 234283, кл, G 01 V 1/40, 1969.

2,Патент СССР f 360790, кл. G 01 V 1/40, опублик. 1972 (прототип).

.