Способ акустического каротажа и устройство для его осуществления

Способ акустического каротажа и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ акустического каротажа , основанный на возбуждении высокочастотной и низкочастотной акустических волн, модуляции высокочастотного акустического поля низкочастотным и измерении глубины фазовой модуляции высокочастотной акустической волны, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешаю щей способности, дополнительно измеряют амплитуду низкочастотной волны в контролируемой зоне и по соотношению напряжений, пропорциональных глубине фазовой модуляции высокочастотной и. амплитуде низкочастотной акустических волн, определяют параметр нелинейности среды. . 2. Способ по п, 1, отличающийся тем, что низкочастотную акустическую волну возбуждают в точке пространства, расположенной в зоне Фраунгофера по отноЕзению к контролируемой зоне среды. 3.Устройство для акустического каротажа, содержащее скважинный зонд с последовательно соединенными высокочастотным генератором и излучателем последовательно соединенными приемником высокочастотных акустических волн и первым усилителем, а также источник низкочастотных акустических волн и кабель, соединяющий первый усилитель скважинного зонда с наземным блоком обработки, включающим в себя канал измерения глубины фазовой модуляции высокочастотного сигнала и регистратор , отличающееся , тем, что, с целью повышения разрешающей способности, в скважинный зонд дополнительно введены последо (Л вательно соединенные приемник низкочастотных волн и второй усилитель, с: в наземный блок обработки введены канал измерения амплитуды-Низкочастотного сигнала, соединенный через кабель с выходом второго усилителя, и схема сравнения, входы которой , О) подключены к выходам каналов измереа ния глубины фазовой модуляции высоо ее кочастотного и амплитуды низкочастот .ного сигналов а выход, соединен с регистратором , при этом расстояние 2 Од между скважинным зондом и источником ; низкочастотных акустических волн, . расстояние О между излучателем и приемником высокочастотных акустических волн и длина низкочастотной акустической волны связаны соотношением р .Устройство по п. 3. отличающееся тем, что.источник низкочастотных акустических волн расположен на поверхности Земли,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (я) 01 U 1/40,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

fir! ï) и ® Щ 7 аавр !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 367?449/24-25 (22) 22. 12. 83 (46) 07.07.85. Бкп. № -25 (72) Г.М. 111алашов (71) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский радиофизический институт (53) 550.83(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 744408, кл. С 01 V 1/40, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР № 913303, кл. G 01 U 1/40, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР № 630604, кл. G 01 U 1/40, 1976 (прототип). (54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ акустического каротажа, основанный на возбуждении высокочастотной и низкочастотной акус.тических волн, модуляции высокочас-. тотного акустического поля низкочастотным и измерении глубины фазовой модуляции высокочастотной акустической волны, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешаю щей способности, дополнительно измеряют амплитуду низкочастотной волны в контролируемой зоне и по соотношению напряжений, пропорциональных глубине фазовой модуляции высокочастотной и. амплитуде низкочастотной акустических волн, определяют параметр нелиней. ности среды.

2. Способ по п, 1, о т л и — . ч а ю шийся тем, что низкочастотную акустическую волну возбуждают в точке пространства, расположенной в зоне Фраунгофера по отношению к контролируемой зоне среды.

„„SU,», 116 036 А

3. Устройство для акустического каротажа, содержащее скважинный зонд с последовательно соединенными высокочастотным генератором и излучателем последовательно соединенными приемником высокочастотных акустических волн и первым усилителем, а также источник низкочастотных акустических волн и кабель, соединяющий первый усилитель скважинного зонда с наземным блоком обработки, включающим в себя канал измерения глубины фазовой модуляции высокочастотного сигнала и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности, в скважинный зонд дополнительно введены последовательно соединенные приемник низкочастотных волн и второй усилитель, в наземный блок обработки введены канал измерения амплитуды"низкочастотного сигнала, соединенный через кабель с выходом второго усилителя, и схема сравнения, входы которой подключены к выходам каналов измере- © 1 ния глубины фазовой модуляции высо- ф кочастотного и амплитуды низкочастот („) .ного сигналов а выход. соединен с ре- (ф гистратором, при этом расстояние Я ф между скважинным зондом и источником .низкочастотных акустических волн, расстояние между излучателем и приемником высокочастотных акустических волн и длина 1 низкочастотной ф акустической волны связаны соотношением

Z ))

4. Устройство по п. 3. о т л ич а ю щ е е с я тем, что.источник низкочастотных акустических волн расположен на поверхности Земли.

1166036

Изобретение относится к геофизике, в частности к геофизическим исследованиям скважин,и может быть использовано для определения свойств геологических сред в околоскважинном 5 пространстве.

Известен способ акустического каротажа, основанный на многочастотных акустических воздействиях на исследуемую область околоскважин- 16 ного пространства согласно которому возбуждают сигнал на четырех частотах, измеряют интенсивность колебаний, определяют величину акустическс го давления, при котором образуется 15 кавитация, и по количеству газовых пузырьков и концентрации свободного газа определяют газовый фактор скважинной жидкости 1).

Однако этот способ работоспособен 20 только в газосодержащих средах и не может быть использован при разведке рудных тел.

Известен способ акустического каротажа, согласно которому возбуж- 2S дают два высокочастотных акустических сигнала в исследуемой среде, принимают низкочастотный сигнал разностной частоты и по амплитуде принятого сигнала судят о нелинейных пара- З0 метрах среды 2 "1.

Известно устройство для реализации этого способа, которое содержит скважинный зонд, включающий в себя два высокочастотных генератора, два излучателя, низкочастотный приемник и первый усилитель. Скважинный зонд соединен посредством кабеля с наземным блоком обработки, включающим в себя второй усилитель, фильтр 40 нижних частот, амплитудный детектор и регистратор $27.

Недостатком способа является использование в качестве информационного параметра амплитуды сигнала разностной частоты, поскольку амплитуда этого сигнала определяется не только параметром нелинейности среды. Она также пропорциональна амплитудам высокочастотных волн 0 и сложным образом зависит от их пространственного распределения.

Амплитуды высокочастотных волн, в свою очередь, зависят от других характеристик среды (коэффи у циента поглощения, толщины слоя ! и т.д.). Это ограничивает раз.решающую способность способа.

Недостатком устройства для осуществления способа является то,что вследствие непостоянства акустических условий на контакте зонд— акустическая среда изменения амплитуд высокочастотных волн могут достигать 20 дБ и более. Недостатком устройства является также размещение источников акустических волн в скважине, Это обуславливает большие трудности возбуждения в среде волн большой амплитуды из-за потерь энергии в кабеле, соединяющем зонд с источником питания. Все это допол нительно ограничивает разрешающую способность устройства.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ акустического каротажа, заключающийся в возбуждении высокочастотной и низкочастотной акустических волн, модуляции высокочастот» ного акустического поля низкочастотным и регистрации глубины фазовой модуляции высокочастотной акустической волны 13).

Устройство для осуществления этого способа содержит скважинный зонд с последовательно соединенными высокочастотным генератором и излучателем последовательно соединенными приемником высокочастотных акустичес ких волн и усилителем, а также источник низкочастотных акустических волн и кабель, соединяющий усилитель скважинного зонда с наземным блоком обработки, содержащим канал измерения глубины фазовой модуляции высокочастотного сигнала и регистратор (3 j, Недостатком известного способа является использование в качестве информативного параметра коэффициента фазовой модуляции высокочастотной волны, так как последний определяется не только параметром нелинейности среды, Он также пропорционален ампли туде низкочастотной волны и сложным образом зависит от ее пространственного распределения. Амплитуда низкочастотной волны и ее пространственное распределение, в свою очередь, зависят от других характеристик среды (коэффициента поглощения, толщины слоев и т.д.). Это ограничивает разрешающую способность способа.

Недостатком устройства для осуществления известного способа является размещение источника низкочасто 1166036 4

10 ных волн в перемещающемся зонде;

Вследствие непостоянства акустических условий на контакте зонд — акус- тическая среда изменения амплитуды низкочастотной волны могут достигать 20 дБ и более. Кроме того, при перемещении источника низкочастотных волн по стволу скважины изменяется пространственная структура низкочастотной волны за счет изменения акустических характеристик среды. Поэтому измеряемый коэффициент фазовой модуляции в зна. чительной степени зависит от положения зонда в скважине, Недостатком устройства является также сложность возбуждения в среде низкочастотной волны большой амплитуды. Все зто дополнительно ограничивает разрешающую способность устройства, с

Целью изобретения является повышение разрешающей способности спо- . соба акустического каротажа и устройства для его осуществления.

Поставленная цель достигается тем. что согласно способу акустического каротажа, основанному на возбуждении высокочастотной и низкочастотной акустических волн, модуляции высокочастотного акустического поля низкочастотным и измерении глубины фазовой модуляции высокочастотной акустической волны, дополнительно измеряют амплитуду низкочастотной волны в контролируемой зоне и по соотношению напряжений;.пропорциональных глубине фазовой модуляции высокочастотной и амплитуде низкочастотной акустических волн, определяют параметр нелинейности среды.

Кроме того, низкочастотную акустическую волну возбуждают в точке пространства, расположенной в зоне

Фраунгофера по отношению к контролируемой зоне среды.

Устройство для осуществления способа, содержащее скважинный зонд с последовательно соединенными приемником высокочастотных акустических воли и первым усилителем, а также источник низкочастотных акустических волн и кабель, соединяющий первый усилитель скважинного зонда с наземным блоком обработки, включающим в себя канал измерения глубины фазовой модуляции высокочастотного сигнала и регистратор, дополнительно содержит,в скважинном зонде последо15

55 вательно соединенные приемник низкочастотных волн и второй усилитель, а в наземном блоке обработки — канал измерения амплитуды низкочастотного сигнала, соединенный через кабель с выходом второго усилителя, и схему сравнения, входы которой подклю. чены к выходам каналов измерения глубины фазовой модуляции высокочастотного и амплитуды низкочастотного сигналов, а выход соединен с регистратором, при этом расстояние 2 между скважинным зондом и источником низI кочастотных акустических волн, расстояние 1 между излучателем и приемником высокочастотных акустических волн и длина Д низкочастотной акустической волны связаны соотношением

2 7) е2/л.

Кроме того, источник низкочастотных акустических волн расположен на поверхности Земли.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа акустического каротажа.

Устройство содержит скважинный зонд 1, соединенный кабелем 2 с наземным блоком 3 обработки, а также наземный источник 4 низкочастотных акустических воли. Скважинный зонд 1 включает в себя генератор 5 высокочастотных акустических волн, соединенный с излучателем 6, а также приемники 7 и 8 соответственно высокочастотных и низкочастотных волн.

На выходах приемников 7 и 8 включены соответственно первый и второй усилитель 9 и 10, выходы которых соединены с кабелем 2. Наземный блок

3 включает в себя на входе фильтры

11 и 12 соответственно верхних и нижних частот. Фильтр 11 через фазовый детектор 13 и фильтр 12 через амплитудный детектор 14 соединены с соответствующими входами схемы 15 сравнения. На выходе схемы 15 включен регистратор 16. Генератор 5 предназначен для формирования высокочастотных акустических волн в диапазоне 10-100 кГц."

Источник 4 предназначен для формирования низкочастотных акустических,волн в диапазоне 10-100 Гц. В качестве источника 4 может быть использован сейсмический вибратор, например типа СВ 10/100, или импульсный источник с постоянной амплитудой возбуждения.

1166036

Способ акустического каротажа осуществляют следующим образом.

Возбуждают в исследуемой. среде высокочастотную акустическую волну с помощью генератора 5 и излучателя 5

6. Одновременно возбуждают в исследуемой среде низкочастотную акустическую волну с помощью источника 4

С помощью приемника 7 принимают высокочастотную фазояодулированную волну, являющуюся результатом взаимодействия в исследуемой среде высокочастотной и низкочастотной акустических волн; Одновременно принимают излученную низкочастотную волну с помощью приемника 8.

Низкочастотную волну возбуждают в точке пространства, расположенной в зоне Фраунгофера по отношению к кон тролируемой зоне. Это является 20 условием формирования квазиплоской волны к контролируемой зоне, для чего расстояние Z между скважинным зондом и источником низкочастотных акустических волн, расстоя- 25 ние 1 между излучателем и приемником высокочастотных акустических волн и длина Л низкочастотной акустической волны должны быть связаны соотношением Е И Я(это соот- 30 ношение определяет условие формирования квазиплоской волны в контролируемой зоне). В частном случае источник низкочастотных акустических волн расположен на поверхности Земли.

Фазомодулированная высокочастотная и низкочастотная волны принимаются раздельно с помощью приемниников 7 и 8 соответственно. В ка- „0 честве приемника 7 может быть использован гидрофон типа INC-21. В качестве приемника 8 может быть использован сейсмоприемник типа СВ-10Ц

Сигналы с выходов приемников 7 и 8 4s поступают в раздельные каналы обработки.

Затем формируют напряжение, про" порциональное глубине фазовой модуляции высокочастотной волны. Для 50 этого высокочастотный фазомодулированный сигнал с выхода приемника

7 через усилитель 9 подают по кабелю 2 на фильтр 11 наземного блока 3 обработки. После фильтрации сигнал поступает на фазовый детектор 13, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное глубине фазовой модуляции высокочастот ной волны. Это напряжение пропорционально параметру нелинейности среды и амплитуде низкочастотной волны.

Формируют напряжение, пропорциональное амплитуде низкочастотной волны. Для этого низкочастотный сигнал с выхода приемника 8 через усилитель 10 подают по кабелю 2 на, фильтр 12 наземного блока 3. После фильтрации сигнал поступает на амплитудный детектор 14, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное амплитуде низкочас" тотной волны.

С помощью схемы t5 сравнения определяют соотношение напряжений, сформированных на выходах фазовогодетектора 13 и амплитудного детектора 14. По этому соотношению, которое регистрируется регистратором 16, судят о параметре нелинейности среды.

Таким образом, возбуждение в исследуемой среде двух акустических волн, существенно различающихся по частоте, при взаимодействии которых, в контролируемой зоне возникают фазовая модуляция высокочастотного сигнала низкочастотным, позволяет использовать в качестве информативного параметра фазовые характеристики высокочастотного сигнала, исключить влияние непостоянства амплитуды высокочастотного сигнала на точность измерения параметра нелинейности среды и повысить тем самым разрешающую способность способа акустического каротажа и устройства для его осуществления.

Расположение источника низкочастотных волн неподвижно на поверхности Земли обеспечивает неизменные условия на контакте низкочастотная волна — акустическая среда и следствие этого — постоянство амплитуды низкочастотного сигнала. Это также повышает разрешающую способность.

Вследствие расположения источника

4 на поверхности Земли низкочастотная волна в области взаимодействия с. высокочастотной волной является квази"плоской. Это обеспечивает однороднОсть низкОчастОтногО поля В ширОкОЙ области в окрестности"скважины, повышает точность измерения амплитуды поля и, кроме того, позволяет эффективно реализовать межскважинный каротаж.

1166036

Составитель Н. Журавлева

Редактор 7. Кугрышева Техред . И.Кузьма Корректор Г. Решетник

Заказ 4306/40 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва; Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал НПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Кроме того, преимуществом изобретения является возможность использования мощных источников низкочастотных волн, в частности наземных, с практически неограниченными знергетическими ресурсами.