Способ акустического каротажа скважин Советский патент 1982 года по МПК G01V1/44 

лению пород, окружающих скважину. Тем саладм подтверждается принципиал ная возможность использования импеданского метода АК для каротажа как в необсаженных, так и в обсаженных скважинах. Измерения при импеданском методе производятся по электрическому входу прео6разователя путем определения его сопротивления Л . т-г - ZQ + ZBH 2э 2„ . где ZQ - собственное электрическое сопротивление излучателя (при заторможенной механической стороне); К коэффициент электромеханической связи; Z - сопротивление излучения; Zn - сопротивление механических потерь. Отношение в зависимости о волнового сопротивления окружающей среды может меняться в 10-20 раз, что подтверждает достаточную чувствительность метода, однако ряд слож ных и противоречивых требований -, работа преобразователя на резонансе вне резонанса резко снижается вели чина вносимого сопротивления), испсльзование низких частот (промежуток преобразователь-стенка скважины должен быть значительно меньше длинь1 упругой волны в буровой жидкости наконец, повышение точности электри ческих измерений, так как определению подлежат по существу величины второго порядка малости - задержива ет техническую реализацию метода. Известен способ акустического ка ротажа, основанный на регистрации отраженных от стенки скважины акустических импульсов. Так как амплиту да отраженного импульса пропорциональна акустическому сопротивлению породы, то возможно определен отражающих характеристик граничной зо ны С 1 . Недостатки указанного способа сложность аппаратуры, малая точност измерения и, самое главное, малая глубинность исследования. Реверберационный метод акустичес кого каротажа базируется также на использовании отраженных волн. Наиболее близким к предлагаемому является способ акустического карот жа скважин, основанный на возбуждении и приеме в скважине акустически колебайий. Этот способ, в котором р лизован реверберациойный метод, позволяет получить акустические параметры прискважинной зоны, определит коэффициент отражения, обусловленны волновым сопротивлением горных пород пересекаемых скважиной С2. Недостатком реверберационного метода является флуктуация кривой спада волнового поля, именхцая нестационарный характер. Это явление значительно ухудшает повторяемость регистрируемых параметров. За счет незамкнутости реверберационного объема упругие параметры пород с низким волновым сопротивлением определяются с большими погрешностями. фугими словами, физические процессы, лежащие в основе указанного способа АК, накладывают существенные ограничения на точность и надежность измерения упругих параметров прискважинной зоны. .Цель изобретения - повышение точ.ности и надежности определейия геолого-геофизических параметров пересекающих скважину пород и более детальное изучение граничной зоны. Поставленная цель достигается тем, что согласно, способу акусти..ческого каротажа скважин, основанно л на возбуждении и приеме в скважине акустических колебаний, возбуждают акустические колебания, изменяя их частоту в диапазоне 2-20 кГц со ско-. ростью 1-12 циклов в секунду, измеряя при этом интерференционную характеристику вдоль ствола скважины, измеряют частоты и амплитуды минимумов и максимумов акустических колебаний и определяют отношение последних. Как известно, в результате сложения двух когерентных одинаковой частоты волновых процессов в некоторой точке среды наблюдается явление интерференции . Именно такой процесс и будет возникать при размещении пары акустических преобразователей у границы раздела двух сред. В случае монохроматической волны на акустический приемник будет попадать-прямой сигнал непосредственно от излучателя, прошедиий расстояние г , и сигнал, отразившийся от границы раздела, прошедашй путь- Гл . В результате сложения прямого и отраженного сигналов для результирующего давления можно написать о -,oL; ..е Р - Р 4р pea. пр. отр начальное давление излучателя; Т-1тГе комплексный коэффициент отражения по давлению; характеристики направленности излучателя и приемника соответственно. Квадрат модуля давленир -pi(Af .p(mf, ° рег,.1 о г / xgo5)C(,)-.9J В зависимости от значения (,) -б ±1 результирую,щий сигнал будет принимать максимал ;ное или минимальное значение. Так к 0 является измеряемой величиной, то изменение значения cos можно осущес вить, меняя г,г или частоту возбу дения. При скважинных измерениях более целесообразно варьировать час тоты. Этот случай и рассматривается ниже. Если К(г,) -0 2пЛ, где п 0,1,2,3, то имеем максимум резуль тирующего давления . ь (,UlУ V pei.mox; - 0 г- . «i / Соответственно при К() -в (2n+1)J) . IP Л .jrif pea.min) - о г г / Разделив выражение минимального результируюшего давления на максимальное и обозначив полученную величину индексом b (peijrmnj (.vrtcix; легко можно найти коэффициент отраж ния Фазовый угол можно определить из за висимости 9 4Vi) ()-UnVlJJ/ по частоте максимума или минимума результирующего давления. Соответст вующим выбором базовых расстояний можно обеспечить равенство г Гг, а, используя ненаправленные излучатели, получить R-, RQ, 1.При этих условиях выражение для модуля коэффициента отражения значительно упро щается |У1 Т.е. модуль коэффициента отражения является функцией отношения минимума амплитуды сиг Hcuna к его максимуму, определяемого путем изменения частоты напряжения возбуждения акустического излучателя в требуемом диапазоне. На фиг,1 изображена схема, иллюстрирующая предлагаемый способ с использованием осесимметричных цилиндрических преобразователей; на фиг.2блок-схема устройства для определения уровней минимума и максимума сигнала и соответствующих им.частот при возбуждении акустического.излучателя синусоидальным напряжением с из- меняющейся частотой в требуемом диапазоне и с заданной скоростью; на фиг.З - эпюры напряжения. В скважине находятся акустический излучатель 1, акустический изолятор 2,. акустический приемник 3. Кроме того, аппаратура содержит усилитель мощности 4, генератор качающейся частоты 5, модулятор 6, генератор пилообразного напряжения 7, синхронизатор 8, формирователь метки частоты 9, первый и второй согласующие каскады 10 и 11, усилитель принятого, сигнала 12, амплитудный детектор- 13, светолучевой осциллограф 14. На фиг.З показаны эпюры напряжения синхронизатора 8 () .генератора пилообразного напряжения 7 (i ), напряжение возбуждения с выхода усилителя мощности 4 (U g),напряжение с выхода амплитудного детектора 13 (ид), напряжение с выхода формирователя меток частотц.9 (Uo). Способ осуществляе тся следующим образом. Акустические преобразователи расположены осесимметрично. Расстояние между ними выбирается в зависимости от диаметра скважины и частоты возбуждения, скважинный зонд при этом центрируется. Импульсы от синхронизатора 8 запускают генератор пилообразного напряжения 7, выходной сигнал последнего через модулятор 6 управляет частотой генератора качающей частоты 5, го выходное напряжение через усилитель мощности 4 подается на акустический излучатель 1. Сигнал, снимаемый с акустического приемника 3, усиливается усилителем принятого сигнала 12, детектируется амплитудным детектором 13 и через второй согласующий каскад 11 подается на светолучевой осциллограф 14. Одновременно на осциллограф с генератора пилообразного напряжения 7 через формирователь метки частоты 9 и первый согласующий каскад 10 ; подаются разнополярные импульсы, соответствующие моментам начала и конца пилообразного напряжения. Так как используется линейный модулйтбр, то по диаграмме легко определить частоты, соответствующие минимуму и максимуму принимаемого сигнала. Кроме описанного, измеряемые параметры могут быть преобразованы в дискретную или аналоговую форму для последующей индикации другими .извест ными способами. Использование способа дает возможность определить значение модуля коэффициента отражения и его фазовый угол, что позволяет уточнить геолого-геофизические параметры пород пересекаемых скважиной, и особенно параметры граничной зоны. Формула изобретения Способ акустического каротажа скв жин, основанный на возбуждении и приеме в скважине акустических колебаний, отличающийся тем что, с целью повышения точности и надежности определения геолого-геофизических параметров пересекакицих скважину пород и более детального изучения граничной зоны, возбуждают акустические колебания, изменяя их частоту в диапазоне 2-20 кГц со скоростью 1-12 циклов в секунду, измеряя при этом интерференционную характеристику вдоль ствола скважины, измеряют частоты и амплитуды минимумов и максимумов акустических колебаний и определяют отношение последних . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .1. Патент США 3175638, 340-15,5 опублик. 1965. 2. Авторское свидетельство СССР 269092, кл.С 01 V 1/40, 1969 (прототип).

/7.f