Способ акустического каротажа скважин и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК G01V1/44 

емииком; б - усеченный конус, расположенный на строго определенном расстоянии от излучателя, нозволяющем разделять во времени излучаемый и принимаемый имнульс от его верхнего среза, и выполненный из материала, обладающего большими отражающими свойствами по отнощению к жидкости (например, из нержавеющей стали).

Акустическая энергия, излученная датчиком, падает па поверхность конуса и частично отражается от верхнего среза конуса обратно к датчику. Осиовная часть энергии, отражаясь от боковой поверхности конуса, направляется на стенку скважины под углом 90°. Эта энергия отражается затем от стенки скважины и с помощью конуса направляется к датчику. Акустическая энергия, отраженная от верхнего среза конуса, несет информацию об акустических свойствах жидкости, основная же часть энергии от стенки скважины содержит информацию об акустических свойствах пород, Так как пути, проходимые акустическими отраженными импульсами от верхнего среза конуса и стенки скважины различны, то все отраженные импульсы легко разделяются во времени и могут быть обработаны либо непосредственно в электронной части зонда, либо переданы последовательно на новерхность для дальнейшей обработки.

Акустический импеданс горных пород определяется следующим образом.

Известно, что в общем случае при перпендикулярном падении акустической волны на отражающую границу коэффициент отражения может быть выражен следующим образом

7777

I/ - или V ,

+

где Z2(Zn) и ZI()-соответственно волновые сопротивления -породы и жидкости. Отсюда волновое сонротивление (импедане) породы:

7-7

-

к В процессе реализации рассматриваемого способа определения акустического импеданса горных пород с помощью предложенного устройства получается временная картина, схематически изображенная на фиг. 2, где 7 - импульс излучения; 8 - первый импульс отражения от среза конуса; 9 -второй импульс отражения от среза конуса; 10 - импульс отражения от породы. Для коэффициента отражения от верхнего среза конуса можно написать пп к 2к + 2ж где ZK и Z - акустические имнедансы

материала конуса и скважинной жидкости. Отсюда

, (3)

т. е. акустический импеданс жидкости можно определить, измерив коэффициент отражения .

Подставляя значения из (3) в (1), находим

v у

(4)

п - k

- у 1 - v

т. е. акустический импеданс породы определен с учетом текущего значения акустического импеданса жидкости.

Учет падения амплитуды давления отраженной волны из-за изменения коэффициента затухания акустических волн в жидкости определяется следующим образом.

Известно, что коэффициент затухания определяют замером амплитуд двух последовательных отражений, так как считают, что амплитуда колебаний изменяется с расстоянием по экспоненциальному закону

..(5)

Измеряя амплитуды первого и второго кратного отраженного импульса от верхнего среза конуса, можно найти коэффициент затухания а, так как расстояние Ал: известно, т. е.

7. -(1пЛ,/Л,)/4.

(6)

Таким образом, с учетом значения а нри измерении амплитуд отраженных волн, окончательная формула для определения акустического импеданса пород будет иметь вид

7 -7 1 + 1 - ,,

A ZK-.-- , (7)

1 yr t-V1 |„

где Аг/ н Ал: - расстояния, которые проходит акустический сигнал от излучателя до стенки скважины и обратно и от излучателя до верхнего среза конуса и обратно.

Формула изобретения 50 55 60 55 1- Способ акустического каротажа скважин, заключающийся в излучении, приеме и обработке сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения акустического импеданса пород, пересекаемых скважиной, и измерения акустических свойств скважинной жидкости, одновременно измеряют акустический импеданс жидкости и коэффициент затухания акустической энергии в ней и по полученным данным судят о характеристике горных пород. 2. Устройство для осуществления способа ио п. 1, содержащее зонд с центраторами и электронную часть, необходимую для обработки сигнала, отличающееся тем,

что в него введен отражатель акустической энергии, выполненный в виде усеченного конуса, расположенного на фиксированном расстоянии от излучателя, позволяющем разделять во времени излучаемый и принимаемый импульс от его верхнего среза.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3697937, кл. 340-15,5, опублик. 1971.

2.Патент США № 3739328, кл. 340-15,5, опублик. 1973 (прототип).

-Ъ

f

Ми