Преобразователь акустических волн скважинного прибора Советский патент 1980 года по МПК G01V1/52 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН СКВАЖИННОГО ПРИБОРА

Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований нефтяных и газовых скважин, конкретнее к акустическим преобразователям для скважинной аппаратуры акустического каротажа по продольным и поперечным упругим волнам.

Известен акустический преобразователь касательного , который представляет собой электродвигатель, с укрепленными на его валу маховиками При вращении маховиков вокруг оси скважины они совершают касательные воздейств 1я вдоль периметра скважины и возбуждают колебания вдоль скважины.

Однако из-за неровности стенки скважины маховики не имеют постоянного контакта с породой и, следовательно, при движении вдоль скважины будут в одних случаях ударять по породе, а в других случаях проскальзывать. Кроме того преобразователю свойственны слохшость конструкции, невозможность возбуждения другого типа упругих волн в скважине и большая вероятность аварийных ситуаций в сквс1жине из-за того, что маховик должен выступать за габариты прибора и/

следовательно, будет цепляться за неровности стенки и сальниковые пробки в скважине. Данный преобразователь может работать только в режиме возбуждения упругих колебаний поперечной волны S Н типа.

Известен преобразователь, вьшолнен ный из пъезокристалла, который- прижимается к стенке сквгшины 2. В за10висимости от направления среза кристалла и осей его поляризации он будет регистрировать в горной породе поперечную волну 5Н или SV типа. Однако слабая механическая прочность, не15возможность работы на продольных упругих волнах, низкий КПД в режиме/ возбуждения акустических колебаний, не позволяет применять его в аппаратуре непрерывного акустического каро20тажа по продольным IJ поперечным волна м, предназначенной для массовых исследований нефтяных и газовых скважин.

Наиболее близким по техническрй

25 сущности к изобретению является преобразователь акустических волн скважинного прибора, содержащий магнитосзтрикционный сердечник в виде стержня с обмоткой возбуждения, расположенной перпендикулярно его боковой поверхности и контактной головки 3, Узкоспецифичные функциональные, возможности этого преобразователя не позволяют использовать один преобрарователь для возбуждения (регистрации) в скважине упругих волн различных . типов . Например, при ориентации преобразователя вдоль оси скважины он будет возбуждать (регистрировать ) в горной -породе поперечную волну .SH поляризации. Для возбуждения поперечной волны 5V поляризации преобразователь необходимо переориентировать в направлении перпендикулярном к оси скважины. Продольную волну данный преобразователь не возбуждает и .не регистрирует. Таким образом, преобразователь не может быть использован в аппаратуре акустического карота жа по комплексу упругих волн различных типов. Целью изобретения является расшире ние функциональных возг ожностей преобразователя акустических волн скважинного прибора. Достигается это тем, что выполненный в виде цилиндра сердечник, одним своим торцом прикреплен к скважинному прибору, а на другом торце укрепле на контактная головка, выполненная в виде полусферы, причем сердечник снаб жен дополнительной обмоткой возбуждения, выполненной вдоль образующей цилиндра. Кроме того дополнительная обмотка возбуждения выполнена в виде четырех секций, при этом противолежащие секции соединены между собой, об. разуя две группы, которые соединены противофазно. На фиг. 1 показана конструкция пре образователя; на фиг. 2 - электрическая схема соединений четырехсекционной дополнительной обмотки возбуждения; на фиг..З - векторная диаграмма возбуждающих напряжений в секциях дополнительной обмотки. Преобразователь содержит цилиндри ческий сердечник 1, выполненный, например, путем навивки ленты из магнитострикционного материала. Габарит ные размеры сердечника выбираются , исходя из требований к конструкции скважинного прибора, необходимой мощ ,ности излучения (чувствительности) и типов возбуждаемых (регистрируемых) упругих волн. К рабочему концу сердечника 1 жестко крепится контактная голдвка 2, которая непосредственно соприкасается с горной породой и пре дохраняет магнитострикционный сердеч ник от истирания в процессе движения скважинного прибора вдоль ствола скв жины. Форма контактной головки 2, на пример полусфера, и метериал, например бронза, выбираются, исходя из оптимальных условий, - сопротивление движению в отношение сигнал/шум. Дру гой конец сердечника 1 жестко закреп ен в металлической обойме 3, котоая, в свою очередь, жестко крепится к отжимному механизму скважинного Прибора, прижимающего преобразователь оловкой 2 к стенке скважины. Вокруг магнитострикционного сердечника 1 намотана электрическая обмотка 4, а вдоль него (на фиг. 1 в теле внутри сердечника) дополнительная обмотка 5. В зависимости от типа возбуждаемой (регистрируемой) волны или одновременной комбинации волн, обмотка 5 может быть выполнена с неравномерным шагом намотки или в виде двух или нескольких секций, возбуждаемых со сдвигом по фазе или в противофазе. В электрической схеме электрические обмотки 5 выполнены в виде четырех йекций 6-9, включенных попарно в противофазе. На фиг. 3 приведена векторная диагрс1мма возбуждаклцих напряжений в четырехсекционной обмотке, причем векторы 10 и 11 соответствуют возбуждающим напряжениям в секциях б и 8, а векторы 12 и 13 соответствуют напряжениям в секциях 7 и 9 в дополнительной электрической обмотке 5. Работа преобразователя основана на эффекте кручения и изгиба стержня, помещенного в магнитные поля, образованные тороидальной и осевой элект рическими обмотками. Дополнительный изгибающий эффект получается в результате противофазного включения многосекционной возбуждающей обмотки 5 . Рассмотрим работу преобразователя в режиме возбуждения упругих волн. При прохождении электрического тока только через обмотку 14 преобразователе будет возбуждать акустические колебания вдоль вектора А, что собтветствует возбуждению в горной породе, пересекаемой скважиной, продольной упругой волны. При одновременном возбуждении магнитных полей обмотками 4 и 5 преобразователь будет совершать крутильные колебания вдоль вектора В, возбуждая одновременно в горной породе поперечные волны SH и SV поляризации. При некотором сдвиге фаз в обмотках 4 и 5 к крутильным колебаниям .преобразователя по вектору. В добавляются изгибные колебания стержня по вектору С, которые усиливают эффект касательного возбуждения в горной породе поперечных волн. При работе данного преобразователя в режиме приема акустических колебаний, сигнал продольной волны снимается с обмотки 4, а сигнал поперечной волны (независимо от типа поляризации) снимается с обмотки 5. Другой возможный вариант работы преобразователя заключается в следующем. Обмотка возбуждения 5 разделена на четыре- секции б, 7, 8 и 9, из которых б и 8, а также 7 и 9 соединены между собой и образуют две самостояггельные дополнительные обмотки, вклюЬенные в противофазе (см. фиг. 2 и 3). При возбуждении обмотки 4 преобразов тель колеблется вдоль вектора А и возбуждает в породе продольную волну. При одновременном возбуждении 5 обмотки 4 и дополнительной обмотки, включающей секции б и 8, преобразо-, ватель будет совершать изгибные колебания в плоскости секций 7 и 9 и возбуждать в горной породе попе- Q речную волну одного из типов поляризации (в зависимости от ориентации преобразователя в скважине). При одновременном возбуждении обмотки 4 и дополнительной дбмотки, включающей сек-«. ции 7 и 9, поляризации поперечной вол ны в горной породе изменится (например, 5Н на 6V).Таким образом, при импульсном каротаже за три цикла излучения один подобный преобразователь возбуждает в горной породе, пересека- емой скважиной, три ипа упругих волн что достигается соответствующим переключением (отключением) электрических обмоток. В режиме приема акустических колебаний сигнал продольной волны сни 25 мается с обмотки 4, а сигнал поперечной волны того или иного типа толяризации снимается с секции б и 8 или 7 и9 дополнительной обмотки 5.

При установке пр периметру скважи- 30 ны нескольких преобразователей эффективность возбуждения и регистрации акустических волн увеличивается.

Применение предложенного преобразователя акустических волн в скважинной JJj аппаратуре акустического каротажа позволяет в каждой точке разреза практически одновременно регистрировать параметры комплекса упругих волн, что,

в свою очередь, повышает геолого-Геофизическую информативность исследований .

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл, G 01 V 1/40, 23.01.78 (прототип ).