Устройство для акустического каротажа скважин

Устройство для акустического каротажа скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 237773

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскиз

Социалистическиз

Респуолик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 27.V1.1967 (№ 1167211/26-25) с присоединением заявки _#_"

Кл, 5а, 47/00

42с 1о

МП1, Е 21Ь

G 01h

УДК, 550.834:622.241 (088.8) Приоритет

Опубликовано 20.ll.1969. Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 4Л 11.1969

Комитет оо делам изобретеиий и открытий при Совете отинистров

СССР

Авасры изобретения

И. П. Дзебань, Д. В. Белоконь, А. Ф. Девятов и А, Ф. Косолапов

Волго-Уральский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов разведки

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН

Изобретение относится к области,промыслово-геофизических исследований скважин и позволяет увеличить объем и точность информации, получаемой при акустических исследованиях скважин. Одной из актуальных задач при акустическом каротаже является разделение различных типов волн, так как максимум информации несет вся волновая картина, состоящая из продольных, поперечных, поверхностных волн и др. Особый интерес представляет поперечная волна, которая благодаря своей специфике несет такую информацию, которую другие типы волн нести не могут. 11апример, при распростра нении упругой лолны в трещино ватой породе при определенном положении трещин IIQ отношению к на правлению распространения упругой энергии поперечная волна практически не проходит сквозь трещины и отсутствие cL свпдете Il,ñòâóåT о трещнноватости, если изучаемый разрез плотный, по исчезновеншо поперечной волны судят также о наличии глин.

Известнан аппаратура для акустического каротажа, содержащая скважинный прибор, и герметичном корпусе которого размещены электрические и механические узлы, компенсатор давления, акустические излучатели и приемники, систему возбуждения излучателей, блоки синхронизации, усиления, вычисленин и регистрации волновой картины, расположенные на наземной панели, не обеспечивает достаточно четкого выделения различных типов волн. С ее помощью нельзя точно

5 определить ни амплитуду, ни скорость поперечной волны.

Предлагаемое устройство позволяет раздельно регистрировать различные типы волн: продольную, поперечную, волну Лэмба и т. д. т0 благодаря тому, что в скважинном приборе акустические приемники размещены на преломляющей пластине, один на торце и полностью изолирован от окружающей среды, а второй — на внутреннеи ее поверхности, 15 обращенной к корпусу, причем преломляющая пластина шарнирно связана с корпусом и электромеханической передачей, связанной со следящей системой, по команде .которой преломляющяя пластина устанавливается в

20 сквяж|ше под таким углом, когда продольная головная волна падает на поверхность пластины нормально и регистрируется приемником, укреплешп|м на внутреннеи поверхности, и интересующая волна, например поперечная

25 волна или волна Лэмба, преломляется в пластине под первым критическим углом и регистрируется приемником, укрепленным на торце пластины.

11а фиг. 1 показана блок-с.,ема предлагае30 мого стройства; на фиг. 2 — скважинный

237773

15 прибор и его механическая часть; на фиг. 3 приведена схема хода лучей упругих во,тн в

BBl1O IHHIOIIlBII CKBB?KHH) >KHQKOiCTH, 1OPHOll породе и преломляющей пластине.

Предлагаемое устройство состоит из сква>KH!HHoro прибора и назем ной панели, связаHHblX KBpOTB>KHblм кабелем.

Сква>кинный прибор размещен в скважине

1 и состоит из корпуса 2, излучателей 8 и 4, преломляющей пластины 5, приемника б, укрепленного на внутренней поверхности пластичны, приемника 7, укрепленного на его торце, источника 8 опорного напряжения синусного потснциометра 9, редуктора 10, электродвигателя 11 и редуктора 12, Наземная панель содержит блок 13 синхронизации, блок

14 вычисления скорости продольной волны, регулятор 15 поиска, схему сраанения 16, усилитель 17, блоки 18 — 23 вычисления скорости поперечной волны, схему сравнения 24, коммутатор 25, блок 26 питания усилителя, мультивибратор 27, линейный усилитель 28, селектор 29, преобразователь 80 амплитуда — длительность импульса, калибратор 31, интеграторы 32 — 38, канал записи амплитуд, включа1ощий о IHoTHHHble блоки 34 — 40, коммутатор 41, схему. деления 42, схему вычитания 43 и линии связи 44 — 52.

На схеме механической части скважинного прибора преломляющая пластина 5 шарнир но связана с корпусом прибора, а также с вязана с тягой 53. Второй конец тяги шарнирно соединен с матричной гайкой 54, удерживаемой от проворота относительно корпуса шпонкой

55. Ходовой винт 56, с которым связана матричная гайка, получает вращение через понижающий редуктор 57 от электродвигателя 58.

Полость 59, в которой размещены механические узлы, заполнена электроизоляционной

>кидкость10 и отделена от скважинной жидкости эластичным компенсатором 60, уравно,вешивающем давление в полости. Корпус прибора рессорами 61 прижимается к противоположной от преломляющей пластины стенке с1(ва>кины. Сменные буферы 62 защищают корпус прибора от истирания о стенку скважины. Изолятор 63 задерживает упругую волну, передаваемую от излучателей 3 и 4 по жесткому корпусу прибора. Преломляющая пластина 5 с прием ником 7 снабжена акустической изоляцией 64 по всей наружной поверхности за исключением небольшого участка Л. Последнее обусловлено необходимостью исключить возмо>кность прямого попадания волн на приемник 7, минуя преломл я ющую,пл а стину.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Известно, что при возбуждении акустического излучателя упругий импульс образует в породе несколько типов волн (продольную, поперечную и т. д.), причем та часть падающей энергии, которая распространяется под первым и вторым критическими углами, образует так называемые скользящие волны.

25 зо

Последние, ра,спространяясь в довольно тонком слое вдоль стенки скважины, образуют в буровом растворе головные волны. Па определенном расстоянии от излучателя эти волны будут распространяться к центру скважины под углами, равны1ми углам их образования, т. е. под первым и вторым критическими углами. Как известно, величины критических углов определяются из условия с.ж

S1tl,11,21 —.

Unop(p,s) где 2,;11ä — критический угол, соответственно первый или второй:

V скорость звука в скважинной жидкости;

V„»l, ? — скорость звука в породе соответственно для про,долыных и поперечных волн.

Так как обычайно скорость распространения поперечной волны для горных пород примерно в два раза меньше скорости распространения продольной, то критический угол для

S-волны (второй) будет примерно в два раза больше критического угла P-волны (первого) .

Таким образом, если повернуть преломляющую пластину 5 с укрепленным на ее торце приемником 7 так, чтобы продольная волна

PPP падала нормально к поверхности преломляющей пластины, то поперечная волна

PSP образует с поверхностью преломляющей пластины либо первый критический угол, либо угол, близкий к первому критическому.

В обоих случаях в преломляющей пластине будет распространяться возмущение, вызванное только поперечной волной PSP, так как продольная волна PPP в этом случае отразится от раздела «сква>кинная >кидкость— преломляющая пластина» и «пластина—

cKBB>KèHíBÿ жидкость».

Устройство действует следующим образом.

Блок 13 синхронизации вырабатывает разнополярные тактовые импульсы, следующие с частотой 25 гц, которые по. одной из жил 52 кабеля поступают в сква>ки н ный прибор и используются для раздельного возбуждения ультразвуковых излучателей 8 и 4.

Сформированные излучателем упругие импульсы проходят через участок породы, прилегающий к скважине, и улавливаются приемником б, регистрирующим практически все типы волн, возникающих в скважине при любом наклоне пластичны 5. Первые вступления прйнятых колебаний будут соответствовать продольным типам волн, имеющим наиболее высокие скорости распространения.

В наземном блоке 14, куда поступают эти колебания, преобразованные в электрические сигналы, в результате обработки их любым из описа1нных в литературе способов вырабатывается постоянное напряжение, пропорциональное временному интервалу Л1ри между моментами появления на приемнике 5 первых вступлений от ближнего Т1 pep u дальнего Т ррр излучателей, Полученное

237773

20 г5

Ьо напряжение через регулятор 15 поиска и коммутатор 25 подводится к одному из входов схемы сравнения 16, ко второму входу которой из скважннного,прибора по линии связи 44 подводится напряжение со щетки синусного потенциометра 9, подключенного к источнику 8 опорного на!пряжения. Подвижный контакт потенциометра 9 связан через редуктор 10 с валом электродвигателя 11, используемым для перемещения преломляющей пластины 5, поэтому изменение выходного напряжения потенциометра 9 будет происходить cnHxpoiHH0 с изменением угла наклона пластины 5. Причем при равномерном повороте пластины 5 выходное напряжение потенциомстра 9 будет изменяться по синусоидальному закону.

Из литературных источников известно, что в большинстве плотных горных пород, представляющих в основном интерес для исследования, отношение скорости продольной волны к скорости поперечной равно примерно 2.

Поэтому, отрегулировав выходное напряжение блока 14 с помощью регулятора 15 таким образом, чтобы оно было в два раза больше и ри одних и тех же длительностях импульсов, подаваемых в каналы вычисления скоростей продольной (блок 14) и поперечной (блоки 18 — 28) волн, чем выходное напряжение схемы вычитания 28, формирующей постоянное напря2кение, пропорциональное времени пробега 31psp поперечной волны на базе S, можно грубо считать, что выходное напряжение блока 14 во всех cxopocTHbn разрезах будет равно напряжению схемы вычитания 28, величина которого согласована с на пряженисм потенциометра 9.

Предположим теперь, что прибор 2 находится против пласта с определенной скоростью vp, а пластина 5 занимает произвольное положение, соответствующее, например, приему поперечной волны с более высокой с ко р о стью.

Тогда величина напряжения, снимаемого с потенциометра 9, меньше, чем на регуляторе 15, и на выходе схемы сравнения 16 появится сигнал рассогласования, который поступает на питаемый от блока 26 усилитель 17, вырабатывающий напряжение (на,пример, с изменяющейся фазой), заставляющее вращаться двигатель 11 таким образом, чтобы в результате перемещения пластины 5, передаваемого ей от двигателя 11 через pe1óêòîð 12, угол наклона пластины уменьшался. Одновременно начнет перемещаться подвижный контакт потенциометра 9, вызывая увеличение напряжения, поступающего по линии связи 44 на схему сравнения 16. Когда оба сравниваемых напряжения достигнут примерно одинаковых величин, двигател! остано.,вптся.

Для более точной настройки уг.ча на клона пластины на вход схемы сравнения 16 с помощью коммутатора 25 при достижен I!! бл 13ких значений напряжений, пос!упающих на схему сравнения 24 от регулятора 15 н схемы вычитания 28, автоматически подключается напряжение схемы вычитания. При перемещении прибора в другой. например, более

Высо! Оскоростной учасTОк сKB3ж11Hы напряжение схемы вычитания 28 окажется меньше, чем на щетке потснциометра 9, и на выходе усилителя 17 появится .напряжение, заставляющее вращаться вал двигателя 11 в обратном направлении.

При значительном уменьшении амплитуд попсрсчно!! волны. что может иметь место на участках скважины с развитой трсщнноватостью пород, в глинах или по другим причинам, аппаратура может оказаться не B состоянии регистрировать сигналы от поперечной волны, и на выходе схемы 28 появится неоправданно завышенное нанряженпс. Это приведет к появлению на выходе схемы сравнения 24 разностного сигнала. Всai«IIIH;I сигнала будет достаточна для срабатывания комм T3Top3 5, I QTopbIII подклlо 111Т к,схеме сравнения 16 выход блока 14.

При перемещении зонда в участок скважины с достаточно интенсивными амплитудами поперечных волн на вход схемы срав icHHII 16 вновь, подключится выход блока 28 описанным выше способом.

Следует отметить, что и рп необходимости можно вручную с помощью регулятора 15 произвести поиск наиболее оптимального положения пластины 5 для приема тех н,ти нны. типов волн и затем уже перейти на автоматическое слежение.

Регистрация времени пробега поперечной ВО,1HHI Atpsp, Сигналы, поступающие от приемника 7 по л!Ннип связи 46 на усилитель 18, усиливаются и первым вступлением зарегистрированной волны опрокидывают мультнвибратор 19, ранее возбужденный тактовыми импульсами 0Т блока 18. Сформированные мультивнбратором 19 прямоугольные импульсы, длительности которых будут пропорциональны временам пробега поперечной волны между приемником 7 и одним пз излучателей 8 и 4, через коммутатор 20 подаются на интеграторы 2(и 22, преобразующие длительности импульсов в постоянное напряжение. Выходы интеграторов 21 н 22 подключаются и схеме вычитания 28, позволяющей получить разностные напряжения, пропорциональные интервальному времени:

Л TPSP — T2pSp — 7 1Р5Р °

Разностное напряжение так же, к!Iк н Н3пряженнс с выходов интеграторов 21 и 22, могут пода ваться для регистрации на самоll!!cell lIлп другой прибор..запись амплитуды поперечной (1psp) и продольной (4ppp) и волн.

Сигнал, поступающий со скважннного прибора по линии связи 46, усиливается ли!Не11237773 ным усилителем 28 и проходит через ceлектор 29, отпирающийся стробимпульсами длительностью 100 .яксек, формируемыми мультивибратором 27, который запускается задним фронтом импульсов от мультивибратора 19, соответствующим во времени моменту появления первого вступления поперечиной волны.

С выхода селектора 29 сигналы поступают на преооразователь «амплитуда — длительность импульса» и через калибратор 81 на интеграторы 82 и 88, преобразующие длительность импульса .в постоянное напряжение.

Совершенно аналогично работает и канал записи амплитуд продо яьной волны, включающий однотипные блоки 84 — 40.

Выходные напряжения с блоков 82, 88, 89 и 40 по линиям связи 48, 49, 50, 51 подводятся к коммутатору 41, который позволяет подать на схему деления 42 или схему вычитания 48 любую комбинацию указанных напряжений например, можно получить разность напряжений 1psp — Appp, их отношеgpss ние илп другие комбинации. и

С .выходов блоков 82, 88, 89, 40, 42, 48 напряжения могут быть поданы на самописец.

Следует отметить, что предлагаемое устройство может использоваться также В значительно упрощенном варианте, .например, при моделировании акустических задач, Предмет изобретения

Устройство для акустического каротажа скважин, содержащее скважинныи прибор>

5 включающий гермсти нный корпус, в котором размещены электрические и механические узлы прноора, компенсагор давления, акустические излучатели и приемники, систему возбуждения излучателей, электромеханическую

10 передачу и рычажную прижимную систему, а также fHаземную Kàнель, включающую блоки синхронизации, усиления, вычисления и регистрации волновой картины, отли таюи еесл тем, что, с целью уверснной раздельной реги15 страции различных типов волн, например продольных,;поперечных и волн Лэмба, в скважинном приборе акустические приемники размещены на преломляющей пластине, один на торце и полностью изолирован от окружаю20 щей среды, а второй на внутренней ее поверхности, обращенной и корнусу, причем преломляющая пластина шарнирно связана с корпусом и электромеханической передачей, связанной со следящей системой, по:.командe

25 которой преломляющая:пластина устанавливается в скважине под таким углом, когда продольная головная волна падает на поверхность п.настины норма I hHo и регистрируется приемником, укрепленньп на внутренней:по30 верхности, а интересующая волна, например поперечная головная волна или волна Лэмба, преломляется в пластине под первым критическим углом и регистрируется приемником, укрепленным на торце пластины.

237773

Фиг,т

Фиг

Составитель Э. Терехова

Техрсд Л. Я. Левина

Корректор 3. И. Чванкнна

Гсдакзор Б. С. Нанкина

Типографич, »р. Сапунов ., 2

Заказ 145412 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета но делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр, Серова. д. 4