Акустическое устройство для исследования околоскважинного пространства Советский патент 1982 года по МПК G01V1/52 

Изобретение относится к устройствам ОЛЯ геофизических исследований скважин, конкретно к устройствам для акустического метода исследования скважин, и может быть использовано для изу чения околоскважинного пространства, а менно зон, расположенных коаксиаль но относительно стола скважины, например зоны проникновения фильтрата бурового раствора в ко,плекторах нефти и газа из зоны повышенных напряжений, путем регистрации волн, отраженных от границ этих зон. Известны устройства для акустического каротажа скважин, которые регист рируют головные волнь1 1. Однако с помощью известных устройст невозможно регистрировать упругие волны, отраженные от гранвд зон, окружак щих ствол скважины, так как у этих устройств скважинны,е приборы расчитаны на регистрацию только головных продоль ных Рд Р Р или обменных волн таким образом, чтобы отраженные волны не мешали регистрации головных волн. Эти устройства используются для определения скорости упругзк волн в породах, пройденных скважиной, но они не могут быть использованы для определения размеров зон, окружающих скважину. Известно также акустическое устройство для определения профиля скважины путем изменения времени между момен том .излучения и приходом отраженного, акустического импульса от стенки скважины. Устройство состоит из скважинного прибора, соединенного каротажным кабелем, с наземным блоком, при этом скважинный прибор содерзкит зонд, состоя.-. щий из излучателя и приемника с предусилителем, генератор импульсов запуска излучателя, соединенный с издучатедём и согласующим устройством, и блок формирования, передачи сигнала , содержащий усилитель мощности и согласующее устройство, а наземный блок содержит согласуто uiee устройство и регистратор. Зонд устройства представляет собой эпектроакуотический преобразователь направленного действия, который одновременно служит излучателем и приемником упругих копебаний. Преобразователь вращается элек родвигателем в плоскости, перпендикуляр ной оси скважинного прибора, период чески производя зондирования (примерно 10О зондирований за один оборот). Для зондирования используются, высокочасто ные акустические импульсы с частотой около 400 кГцГ23. Однако использование такого устройства невозможно по той причине, что им регистрируются отраженные волны на центральном луче, т. е. луче, перпенд -. кулярном отражающей rpatmue, поэтому в волновой картине выделяются только первые вступления (волна, отраженная от стешш скважины), так как выделение в. последующих вступлениях отражений от более глубоких границ невосзможно) иэ-за большого уровня акустического шу ма. Кроме того, как известно, затухание упругих колебаний происходит пропорционально ио, где UJ - круговая частота колебаний, п 1-3, поэтому глубинность зондирова5шя устройства не может превышать нескольких сантиметров от стенки скважины. Цель изобретения - повышение глубин ности исследования околоскважинного про странства. Указанная цель достигается тем, что в акустическом устройстве для исследова ния околоскважинного пространства методом отраженных волн, состоящем из скважинного прибора, соединенного каротажным кабелем с наземным блоком, при этом скважлтнный прибор содержит : зонд, состоящий из излучателя и приемника, генератор импульсов запуска излучателя, соединенный с излучателем и согласующим устройством, к блок фор- мировашш и передачи сигнала., а наземный блок содержит согласующее устройство и регистратор, зонд скважинного хфибора состоит вз группы акустических приилников, расположенных вдоль оси аовда в центре группы, деля ее на две подхруппы - верхнюю и нижнюю, находится широкополосный излучатель акустячесжнх сигналов, на входе блока формирования и передачи сигнала установлены - смесители электрических сигналов от акустических приемников, а наземный блок имеет перестраиваемый полосовой фильтр, при этом выходы приемников соеоинены со смесител51ми, выходы последних подключены к входу блока формирования и передачи сигнала, который подсоединен к каротажному кабелю, а в наземном блоке каротажный кабель соегшнен с согласующим устройством, выход которого соединен с регистратором и перестраиваемьол полосовым фильтром, выход последнего подсоединен к регистратору. На чертеже представлена блок-схема устройства для регистрашга волн, отраженных от коаксиальных границ зон, окружающих скважину. Устройство состоит из наземного блока 1 и скважинного прибора 2, который в свою очередь состоит из блока генератора 3 импульсов запуска излучателя, блока 4 формирования и передачи сигналов ка поверхность и зонда 5. Блоки скважинного прибора и наземный блок электрически соединены при помоши схем 6-8 согласования. Наземный блок 1 состоит из перестраиваемого полосового фильтра 9, регистратора 10 и схемы 6 согласовать. В блок генератора 3 импульсов запуска излучателя входят генератор 11 импульсов запуска и схема 8 согласовашет. Блок- 4 форм фования и передачи CW.Tнала на поверхность содержит первый 12 и второй 13 смесители электрических сигналов от акустических приемников, предварительные усилители 14 и 15, третий смеситель 16, усилитель 17 мощности и схему 7 согласования. Зонд 5 .состоит из источника упругих колебаний широкополосного излучателя 18 и акустических приемников 19. Устройство работает следующим образом. Генератор 11 импульсов запуска излучателя периодически запускает широкополосный излучатель 1 8 зонда и одновременно посылается импульс на синхронизацию в регистратор ю, с момента излучения начинается отсчет времени, вызванные излучателем упругие колебания пришпушются акустическими приемниками 19 зонда и преобразуются в электрические сигналы, которые смешиваются в первом и втором смесителях 12 и 13 и после усиления предварвггельными усилителями 14 и 1,5 проиоходит суммарное смешение сигнала от всей группы приемников в третьем смесителе 16,, общий сигнал от зоида после усиления по мощности усгшителем 17 Кюшности подается по кабелю в наземный блок 1, где прохидит через полосо вой фильтр 9, основная частота пропускания которого выбирается из соотношения гае V . - кажущаяся скорость .самой высокоскоростной волны помехи, п 1, 2, 3, и т. д., ig - база группирования приемников, т, е. расстояние между крайними приемниками (расстояние от излучателя до крайних приемников --) -и подается на регистратор 10, в качестве которого может служить, в частности, известный индикатор фазокорреляционных диаграмм МФКД-1, или другие устройства для регистрации полного акустического сигнала. Система, состоящая из группы акуотических приемников, расположенных вдоль оси ао.нда, смесителя электрически сигналов от этих приемников и пол,осовог фильтра,позволяет осуществлять направленный прием упругих волн, вызванных широкополосным излучателем, таким образом, чтобы усиливать волны с бопъгшими кажущимися скоростями где 2. - каротажная ось,:, совпадающая с осью скважинного прибора, t - время прихода волны fe точки наблюдения (начало координат совпадает с центром излучателя акустической эйергии) и подавлять мещающие волны, имеющие мень шие кажущиеся скорости. Поскольку излучатель расположен непосредственно в центре группы приемников, то вызванные им акустические волны, отраженные от коаксиальных границ зон, окружающих скважину, при соответ ствующем выборе базы групгшрования .проходят практически одновременно на VIX V Г -V 00 все приемники, .. . . . , они усиливаются, в то время как мешак щие регулярные волны, головные и гидроволна РО, распространяю щиеся по буровому раствору и стенке скважины, проходят последовательно на каждьй приемник, их кажущиеся скорое-, ти совпадают с их истинными скоростями, т. е. имеют конечное значение, и эти волны подавляются. Амплитудно-частотная характеристика этой системы имеет выражение Н - А.. . где - частота репютра т/т (основная частота пропускания пол1 сового фильтра). Для того чтобы подавить волну-пом&ху с кажущейся скоростью V при фиксированной базе группирования Т-о , надо, чтобы , тогда , т. е. го „:г где п «1, 2, 3, 4 и т. д. - п. Самыми высокоскоростными регулярными волна /ги-помех 1ми для работы пред лагаи ого устройства являются головные волны , которые имеют кажушв ся скорости от 2ООО до 65ОО м/с. Исходя из того, минимальный Диаметр прискважинной зоны D Зё, где Ос, - диаметр скважины (.,2), заметное различие в кажущихся сжороотях (в 2-3 раза) между попвами, отраженными от коаксиальных границ, и м шающими регулярными волнами наблюдается на удаленных от излучателя ,6. т. е. минимальный базой грутагарования . может быть ,2 м. Взяв п 2 (при этом обеспечивается .подавление волны помехи примерно в 1О раз), получим, -°.,(1). принимает значение от 7 до 2О кГц, т. е. частота рабочих частот устройства в пределах 7-2О кГц, На таких часьтотах можно производить зондирование на глубину до нескольких метров бт стенки скважины. С другой стороны, формула (1) позволяет выбирать минимальную базу грутьпирования :iQ-7 1|l , (2) Максимальный разм базы ., определяется конкретными условиями стоящей задачи. Расстояние между соседними приемниками в группе выбирается из соотношенияИспользование устройства позво тат уверенно выделять волны, отраженные от коаксиальных границ зон, окружающих скважину, используя при этом достаточно низкую частоту зондирования 7-20 кГц, что позволит- ув.еянчить глубинность ио- . следования до нескольких метров от , ки скважины, измерять время прихода отраженных волн после момента излучения и их амппиутду, т. е. изучать строение присквансинного пространства, что дает возможность определять коллекторные свойства пород, пройденных скважиной, и контролировать техническое состояние скважины. Ф о р м ула изобретения Акустическое устройство для исследования околоскважинного пространства . методом отраженных волн-, состоящее из скважинного прибора, соединенного