Скважинный зонд каротажной аппаратуры Советский патент 1980 года по МПК G01V1/52 

i

Изобретение относится к устройствам для геофизических исследований скважин и предназначено для локализации пластов, пропластков и ЗОИ трещиноватых пород, оценки свойств пород, пройденных скважиной, а также для определения технического состояния обсадных колонн или насосных труб, которыми оборудуются скважины.

Для определения характера и последовательности залегания пород, пройденных скважиной, используется аппаратура акустического каротажа, например типа АСКУ, содержащая наземный блок с усилителем, регистратором, фильтрами, и скважинный прибор с охранным корпусом, генератором, излучателем, приемниками, усилителем, акустическими изоляторами, виброизоляционными центраторами 1.

Однако зависимость степени подробности литолотического расчленения пород от таких характеристик как размер (база) зонда я шаг измерения, причем база должна бъпь выбрана меньше мощности самого тонкого интересующего нас слоя, ведет к снижению точности, измерения и производительности работ. Отечественные станции акустического каротажа имеют базы от 0,7 до 2,0 м. Кроме того,отсутствует возможность с помощью этой аппаратуры однозначного выделения пластов мощностью менее 0,7 м, а также неприменимость ее для определения технического состояния обсадной колонны, а также конструктивная и схемная сложность.

Известен скважинный акустический телевизор, принцип действия которого основан на

10 воспронзведении на экране электроннолучевой трубки информации об интенсивности сигналов, упругих колебаний отраженных от пород слагающих стенку скважины. Интенсивность сигналов зависит от физических свойств этих по15род. Разрешающая способность прибора негамеримо выше, чем у методов акустического и гамма-каротажа и позволяет выделять очень тонкие пластъ (порядка 2,5 см и более) с изменяющимся литологическим составом.

Л

Акустический телевизор содержит наземный блок с усилителем, регистратором и скважнниый прибор с охранным корпусом, усилителем, генератором, излучателем, приемником, устрой37ством азимутальной привязки (электродвигатель, феррозонд, генератор), металлическими центраторами 2. Этом/ акустическому телевизору свойственна малая производительность - 250 м скважины в час и необходимость предварительной подготовки скважины к исследованиям. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является скважинный зонд каротажной аппаратуры, содержащий чувствительный элемент в виде щупа и преобразователь с предварительным усилителем 3J., При спуске в скважину устройство блокиров ки щупа - рычагов удерживает щуп в сложенном виде. Кроме своего прямого назначения - получения кавернограммы скважины, информация, получаемая устройством, используется для уточнения геологического разряда скважины. Основными недостатками зтого устройства с точки зрения расчленения пород является отсутствие прямой информации о свойствах пород и неприменимость для определения технического состояния обсадных колонн, а также наличие устройства для блокировки измерительных рычагов скважинногр зонда при его спуске в скважину. Целью изобретения является повышение разрешающей способности при производстве работ в скважине. Достигается это тем, что щуп выполнен в виде упругого элемента, а в качестве преобразователя применен датчик вибраций, к котором жестко прикреплен одним концом щуп, прикрепленный к преобразователю с помощью про межуточного виброввода, при этом выход виброввода вьшолнен в виде концентратора упругих колебаний, например экспоненциального. На фиг. 1 изображена конструкция скважинного зонда каротажной аппаратуры с однощупо вой вибрационной головкой, в которой L-образный виброщуп закреплен цанговым зажимом на фиг. 2 - сечение А-А скважинного прибора на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант конструкции многощуповой вибрационной головки с четырьмя Z-образными виброщупами; на фиг. 4 сечение Б-Б вибрационной головки на фиг. 3; на фиг. 5 - вариант крепления Z-образного виброщупа в многощуповой вибрационной го. ловке, с помощью вкладыша и винтов; на фиг. 6 - сечение В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - вариант крепления L-образного виброщупа в многощуповой вибрационной головке и после-довательность положений виброщупа при изменении направления движения скважинного прибора; на фиг. 8 - блок-схема устройства. Устройство содержит скважинный зонд 1 и наземный блок 2, соединенные кабелем 3Скважинный зо1Ш 1 содержит упругий L-образный щуп 4, закрепленный цанговым зажимом 5 на входном конце виброввода 6. На выходном т конце виброввода 6, выполненном в виде концентратора упругих колебаний, закреплендатчик вибраций 7, соединенный проводами с входом предварительного усилителя 8, к выходу которого подключен кабель 3. Для устранения помех от трения охранного корпуса 9 и кабеля 3 о стенку скважины охранный корпус 9 отделен от головки кабельного ввода 10 акустическим изолятором 11 и снабжен двумя комплектами центраторов 12. Для компенсации смещения скйажинного прибора 1 с оси скважины от несимметричного воздействия упругого виброщупа 4 усы центраторов 12 расположены неравномерно по образующей мест их крепления. Акустический изолятор 11 и усы центраторов 12 изготовлены из эластичных не проводящих вибрации материалов и по конструкции аналогичны используемым в скважинных приборах акустического каротажа. Наземный блок 2 содержит усилитель J3, анализатор вибраций 14 и регистратор 15. Анализатор вибраций 14, в зависимости от требований к детальности исследований, содержит полосовые фильтры, амплитудные селекторы и т.п В описываемом варианте каротажной аппаратуры анализатор вибраций 14 содержит только фильтры верхних и нижних частот. Устройство работает следующим образом. При спуске скважинного зонда 1 в скважину 16 щуп 4 находится в положении 17 (см. фиг. 7). В начале подъема скважинного прибора 1 щуп 4 свободным концом упирается в неровность стенки скважины 16 и кратковременно занимает положение 18, а затем переходит в рабочее положение 19. L или Z-образная форма щупов 4 обеспечивает смену направления движения скважинного прибора 1 без повреждения щупов 4, что позволяет обойтись без устройств блокировки щупа 4 (отведение его конца от стенки скважины 16) на время спуска. При движении конец щупа 4 поджат к стенке скважины 16 и вибрирует на ее структурных неровностях, отчего в нем возбуждаются упругие колебания вибраций, которые передаются на виброввод 6 и по его концентратору поступают на датчик вибраций 7. Последний преобразует упрзтие колебания вибраций в электрические сигналы вибраций, поступающие через предварительный усилитель 8 и кабель 3 на усилитель 13. С выхода усилителя .13 сигналы вибраций подаются на регистратор 15 и анализатор вибраций 14, который разделяет сигналы вибраций на высокочастотные и низкочастотные составляющие, также поступающие на регистратор 15. Сигналы вибраций и результаты их 576 анализа воспроизводятся регистратором 15 на общем носителе 20 в виде исходной 21., низкочастотной 22 и высокочастотной 23 виброграмм При движении щупа 4 по различным породам характер его вибраций также будет различным. При постоянной скорости движения щупа 4 размер неровностей определяет частоту вибраций, а твердость породы определяет амплитуду вибраций. Так, при равномерном движении виброщупа 4 в скважине 16 на участках твердых пород 24 в исходной виброграмме 21 преобладают высокочастотные составляющие приблизительно одинаковых амплитуд, так как поверхность разбуI ренной твердой породы 24 покрыта мелкими, твердыми и близкими по размерам неровностями. На участке твердых трещиноватых пород 25 исходная 21 виброграмма имеет сложный частотный и амплитудный состав. Низкочастотные вибрации большой амплитуды обусловлены трещинами, при пересечении которых конец виброщупа 4 испытывает , сильные удары об их противоположные края. Высокочастотные вибрации обусловлены мелкими неровностями на стенке скважины, на которых конец щупа 4 вибрирует более равномерно. На участке мягких пород 25 исходная 21 ви рограмма содержит низкочастотные составляющие малых амплитуд, так как неровности мягких пород 25 конец щупа 4 легко сминает и частично проникает в породу, что дополнител но демпфирует вибрации. Показанный на вибро граммах одиночный сигнал повышенной амплитуды обусловлен вибрацией щупа 4 на отдельном твердом включении в мягкую породу 26. Указанные особенности вибраций щупа 4 на структурных неровностях стенки скважины 16 особенно четко выделяются, если исходная 21 виброграмма подвергается дополнительному анализу по параметрам вибраций. На чертеже показаны результаты частотного анализа исходной виброграммы 21, разделением ее на низкочастотные 22 и высокочастотные 2 составляющие. Аналогичные виброграммы регистрируются каротажной аппаратурой при перемещении сква жинного зонда 1 внутри труб, которыми обору дована скважина, например обсадных 27 или насосных. При этом на участке технически исправных труб в виброграммах преобладают вы- сокочастотные составляющие небольших амплитуд, обусловленные технологией изготовления труб. На участке труб, подверженных коррозии, - низкочастотные составляющие больших ам плитуд. На участке с отложением парафинов плавные низкочастотные составляющие малых амплитуд, а на стыках труб - отдельные низкочастотные выбросы больших амплитуд. . В общем случае, предпочтительной является однощуповая конструкция вибрационной головки, так как регистрируемые от нее виброграммы легче интерпретировать. Однако в некоторых случаях с помоц ю многошуповой вибрационной головки можно получить более полную и достоверную информацию, например, при исследовании трещиноватых зон. Прн многощуповой конструкции виброщупы могут быть изготовлены как L так и Z-образной формы. Крепление каждого щупа 4 на входном конце виброввода 6 в этом случае рационально осуществлять при помощи вкладыщей 28 и вннтов 29 (см. фиг. 6), обеспечивающих быструю смену щупов. Технико-зкономнческие результаты, которые могут быть достигнуты при использовании -изоб- ретения, определяются высокой разрешающей способностью (обеспечивающей выделение самых тонких пропластков), возможностью оцен-. ки технического состояния обсадных и насосных труб, высокой производительностью, простотой конструкции и схем, а также возможностью использования серийных устройств. ормула изобретения 1.Скважинный зонд каротажной аппаратуры, содержащий чувствительный элемент в виде щупа и преобразователь с предварительным; уснлителем, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности при производстве работ в скважине, щуп вьшолнен в виде упругого элемента, а в качестве преобразователя применен датчик вибраций, к которому жестко прикреплен одним концом щуп. 2.Зонд по п. 1, отличающийся тем, что щуп прикреплен к преобразователю с помощью промежуточного виброввода. 3.Зонд по пп. 1 и2, отличающийс я тем, что выход виброввода выполнен в виде концентратора упругих колебаний, например экспоненциального. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Булатова Ж. М., Волкова Е. А., Дубров Е. Ф. Акустический каротаж. Л., Недра, 1970, с. 99-105. 2. Современные достижения в методике и технике разведочной геофизики. Обзоры зарубежной литературы, серия - Нефтегазовая геология и геофизика. - М.; ВНИИОЭНГ, 1970, с. 92-96. 3. Справочник геофизика, т. 2, М., Гостопиздат, 1961, с. 334, рис. 138 (прототип).

Фиг. 2

Фиг.1

Фиг.З

В- в