Патент ссср 360790

Патент ссср 360790

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

,Г И- -ОР- Ж-"Й 360790

ОП" ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических! республик

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента №

Заявлено 18.! !!.1968 (й!т 1 225136/26-25)

Приоритет 11.1.1968; № 1209297/26-25, СССР

Опубликовано 28.Х!.1972. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 27.III. 1973

М. Кл. E 21Ь 47/00

G 0lv 140

Квмитвт ее двлем иввбрвтвний и вткрытий ври Свввтв Миинетрев

СССР

УДК 550.834:622.241 (088.8) Автор изобретения

Иностранец

Джеймс Эдвард Уайт (Соединенные Штаты Америки) Иностранная фирма

«Маратон Ойл Компани> (Соединенные Штаты Америки) Заявитель

СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА БУРОВЪ|Х СКВАЖИН

Изобретен не относится IK области промысловогеохимических исследований скважин, в частности к способу акустического каротажа.

Разработан|ная относительно недавно техника акустичесиого каротажа скважины состоит в генерировании, лропуокании акустических сигналов (т. е. колебаний звуковой частоты) через пластbI земли, которые изучаются, и в приеме сигнала в точке, удаленной о т передатчика. Зная расстояние между передатчиком и прием и иком и время, требуемое звуковому сигналу на прохождение этого пути, можно подсчитать скорость звука в этих:пластах, которая вместе с другими по казателями позволяет определить свойства этой, формации, Аппаратура для каротажа обычно состоит из расположенных на расстоянии друг от друга передающих и лр инимающих лреобразователей, установленных на длинноM корлусе, который опускается в буровую скважину, заполненную буровым раствором и другими жид костями.

Звуковая энергия распространяется как в виде колебаний, имеющих волну сжатия, так и в виде сдвиговых колебан|ий, а скорость каждого вида колебаний за висит от среды, в которой они раслространяются. Таким образом, результатом генерирования ненаправленного акустического сигнала является сжатая форма волны IB бурильном растворе и сдвиговая и сжатая формы волны в стенке скважины m окружающей среде, лриче м каждая фор5 ма волны имеет различную скорость, Эти виды колебаний на кладываются друг на друга в растворе, стенке,и на границах раздела пластов, В результате составная форма волны воапри нимается лриемником в виде сигнала

10 сложной формы и поэтому трудно или невозможно точно определить время лоступления сигнала определенного вида, на пример сдвигово|го вида колебаний в формации. Большинство попыток лреодолеть эту лроблему были

15 предприняты исходя из существования и приема волны сложной формы и налравлены на разработку методов и средств для выделения требуемо го сигнала. Эти средства обычно включают в себя анализатор или сложное

20 и дорогостоящее электронновычислительное устройство,, в результате получают только достаточно хорошее лриближение.

Цель изобретения — повышение точности из25 мерения, получение колебаний зада нного типа и эф фвкти вное лодавление всех нежелательных видов распространения акустического сиги,ала.

360790

Это достигается гем, что акустические ситналы возбуждают одновременно в нескольких точках, расположенных на равном расстоянии друг от друга ло периферии скважины и лежащих в одной плоскости. При этом силовые векторы генерируемых преоб разо вателями излучателей сигналов имеют заранее выбранные контролируемые направления так, чтобы усиливались толь|ко заданные виды распространяющихся колебаний. Вследствие этого результи рующая форма волны, ко торая распространя ется через формацию, содержит сильно доми нирую щий требуемый вид или виды колебаний и только несколько очень ослабленных составляющих нежелательного вида колебаний, в результате чего дом инантный iBHp, колебаний можно легко распознать,или идентифициро|вать в полученной форме волны.

Прием .колебаний также осущесгвляют одновременно в неокольких точках; а каждый приемник работает таким образом, что сначала он отвечает на сигналы колебаний заданного вида, исключая все другие, благодаря этому улучшается 1результат.

На фиг. 1 показан прибор для акустического каротажа, погруженный в жидкость, заполняющую скважину; на фиг. 2 — преобразователь, который может:генерировать или принимать; на фиг. З,а — г — векторные,диаграм мы для колебаний четырех возможных видов, ислользуемых пр|и акустическом каротаже.

Акустический прибор 1 для осуществления способа содержит цилиндрический корпус 2, подвешенный на тросе 8 в буровой скважине

4, заполненной буровым .раствором, набор акустических преобразователей 5, шарнирно укрепленных на корпусе консольными рычагами б, которые поджимают:преобразователи до со прикосновения со стенками скважины при помощи пружинки, установленных внутри корпуса. Каждый преобразователь:касается стенок буровой с кважины только в одной точке через жесткую контактную кнопку 7.

Нижнее кольцо преобразователей используется в качестве излучателей, а два верхних кольца — в качестве приемников. Хотя видны только три преооразователя на каждом кольце .или уровне на фиг. 1, inoIIsrIno, что íà самом деле установлены четыре таких,преобразо|вателя, расположенные на |равном .расстоянии друг от друга через 90 по периферии корпуса 2. Аппарат этото типа может работать с колебаниями различных видов. При колебаниях одного вида должно регистрироваться:время 1прохождения сигнала от кольца передатчиков до одного из уровней (колец) .приемочных .преобразователей. В этом случае, зная расстояние между кольцами, легко подсчитать скорость распространения сигнала. При использовании колебаний передаваемого сигнала другого вида .может быть измен ено время прохождения сигнала между двумя,прием ными кольцами или, если один непрерывный сигнал, может быть определена разность фаз между двумя кольцами приемных преобразователей. Можно определить скорость звукового сигнала, используя любую из этих методик, а действительный вид колебаний безразличен для осуществления предлагаемого опо5 соба.

Обычно каждый преобразователь содержит три электро механических трансдукторных или ортогональных элементов 8, 9 и 10, ориентированных вдоль взаимно перпендикулярных или

10 ортогональных осей и прочно закрепленных на металлическом монтажном блоке 11. Эти оси .пересвкаются,в контактной кнопке 7

Трансдукторные элементы могут быть пьезоэлектрическим цилиндром из титаната бария

15 или комплектом иагнитной катушки и сердечника и т. in. Каждый несет чащеобраз ный элемент 12, который действует iKBIK и нерционный вес,или реактивная масса. Для ясности элвктрические соединения с каждым из трансдук20 торных элементов не показаны.

Монтажный блок 11 .представляет собой грехгранную а ирамиду, которая;может быть получена срезанием угла куба. Плоскость, несущая контактную кнопку, таким образом, я в25 ляется равносторонним треугольнико м, а три другие плоскости — равнобедренными треугольниками. Полный комплект трансдукторных элементов (фиг. 2) .помещен внутри каждого из преобразователей, которые аоказаны

30 на фиг, 1 с закрытым кожухо м, имеющим вырезан ное отверстие для ко нтактной кнопки.

При измерении сдвлговой скорости акустического,сигнала |в пластах, окружающих буро35 вую скважину, аппарат для каротажа работает следующим образом. Соответствующим включением, передаточных преобразователей нижнего кольца результирующие силы, при.кладываемые:к буровой скважине через кон40 тактные кнопки; могут быть ориентированы в горизонтальной плоскости по касательной к буровой скважине, как,подсказано на фиг. З,а, т. е. одновременной подачей импульса заданной величины и полярности на трансдукгор45 ные элементы каждого из передающих преобразователей. Вектор силы, генерируемый кажды м из трансдукторных элементов может быть точно проконтролирован и в этом случае принимает вид, показанный на фиг. З,а. Относи50 тельное распределение силы сигнала между трансдукторными элементами, требуемое для получения обобщенного векторB силы, может быть лепко определено и зависит от ориентации каждого ко мплекта преобразо|вателей.вну55 три своего кожуха. Силы, напра влен ные по касательной, как показано на фиг. З,а, дейст вуют так, что стремятся,по вернуть или закруж ить сиважину,,поэтому получается сдвиговая вол на, которая распросграняется через форма60 цию. Так как силы приложены по касательной и все силы действуют в одном направлении, т. е..по часовой стрелке, то волны сжатия не возникают. Эти силы приложены прямо к стенке скважины, поэтому сильный сигнал, по65 рождаемый жидкостью, не развивается. Для

360790

Зо

65 дальнейшего усиления конечной величины сигнала, производимого отдельными тр ансдукторными элементами в .приемном преобразователе, воспринимающие силы сочетаются определенным образом с возбужденным сигналом трансдукторных элементов в передающем преобразователе, тем самым увеличиваются силы, имеющие те же направления, что и приложенные (генерированные) силы. И наче говоря, сигналы с соответственно одинаково раопределенными весами используются как в передающем, так и в принимающем преобразователях, которые позже превращают большую часть ответа в силы, развиваемые передающими преобразователями, хотя результатом является и некоторое уничтожение сигналов, генерированных в приемных элементах благодаря побочным ви|дам колебаний силы распространения, которые могут появляться, В IIIpоти воположность тому, чего;можно было бы ожидать, об наружено, что о писанная методика одинаково эффективна и для окважины с обсаженным стволом и необсаженной скважины. Хотя сигналы п роходят быстрее по оболочке, чем по формации, и прибы вают в приемное кольцо или IIIJIQIOKocTb раньше сигналов, прохо дящ их по породе, находят, однако, что сипналы, идущие lIIQ оболочке, и|меют IHp. значительную силу, которой можно пре неб речь, а в основном весь сигнал передается через породу. Эта техничка также эффе ктив1на для исследован ия полностью цементных оболочек, TBIK IKBIK в этом случае акустичеокий с иг нал,отделяется от формации и только сипналы, рас п роспраняющиеся через оболочку, обнаружи ваются в приемном |преобразователе, Фиг. 3, б показывает другое направление вектора сил, которое может быть использовано для измерения скорости распространения сдвиг BQH волны. При условии, что все силы действуют в одном направлении, имеется тенденция изпибать сиважину, получая сд виговые колебания. Трансдукторные элементы в приемных устройствах должны быть соедияены так же, как и трансдукто рные элементы в соответствующих:передающих устройствах с тем, чтобы в первую очередь быть чувствительными к векторам сил, генерированным в плоскости передатчика. Измерив скорости рспространен|ия сдвиговых волн, получе нных на основе векторных диаграмм сил на фит.3, а и 3, б, и сравнивая затем эти результаты, можно получить хорошую про верку точности измерений.

Силы, HBIIIpBBJIPHlHbIP по радиусу (векторная диаграмма на фиг. 3, в), дают волны подобно обычному геофону, по двешенноиу в центре скважины и окруженному жидкостью. Так как си|лы,приложены прямо к стеньке скважины, количество |порождаемой жидкостью энергии значительно уменьшено и пики заданного сигнала в |воспринимаемой форме волны легко раопознать.

На фиг. З,г обобщенные силы параллельны оси скважины,,результато м чего является сильно сжатый вид колебаний сигнала распространения. Это только четыре из множества, возможных:направлений силового вектора, которые моя|но получить, осуществляя принципы этого изобретения. Более того, должно быть понятно, что четыре,преобразователя, показанные в каждом передающем и прин имающем кольце, — это только пример. В реальной практике может использоваться любое число таки х устройств, хотя какой-то уравновешенный ряд, т. е. устройства, расположенные на,равном расстоянии друг от друга, дают вероятно наилучшие результаты. Начальными требованиями является то, чтобы переданные сигналы должны быть скорее однонаправленны ми, чем действующими в разиных напра влениях с целью усиления содействия желательному виду рас|пространения колебаний, и то, чтобы они были приложены непосредственно .к стеньке или цемент ной ооолочке скважины, с целью подавления нежелательных интерферирующих колебаний, порождаемых энергией жидкости.

Способность .работать с любым из колебаний описанных выше видо в достигается регулированием полярности и величины электрического тока на входе отдельного трансдукторного элемента. Таким образом, на одном аппарате может быть получен сигнал сжатия, изгиба и кручения.

Кроме топо, эти колебания различных видов мож|но последовательно получать ручным или электронным переключением. Надлежащим .переключением виды колебаний можно менять достаточно быстро, с целью, получения непрерывного каротажа в каждом виде колебаний за один IIIpoxog каротажного прибора через скважину.

Предмет изобретения

1. С пособ акустического каротажа буpolBbIK скважин, основыванный на излучении в скважине акустических сигналов, приеме распространившихся колебаний на некотором расстоянии вдоль оси скважины от точки излучения, измерении |времени и скорости раопространения акустических сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и |получения заданного типа колебаний, акустические сипналы генерируют одновременно в нескольких точках, расположенных на равном расстоянии друг от друга по |периферии скважины и лежащих IB одной плоскости, .перпендикулярной к оси скважины, а,принимают распространяющийся сигнал также одновременно в нескольких точечках, ра сположенных на равном JI!pyr от друга, расстоянии в одной плоскости, перпендикулярной оси скважины.

2. Способ по,п. 1, отличающийся тем, что генерируют сигналы, векторы сил которых лежат в одной плоскости, на правлены IIIO касательной к стенке скважины в одну сторону вр ащения, обеспечивая сдвиговые:колебания.

3, Способ IIIo и. 1, отличающийся тем, что ге360790 фиг. Р

Составитель Э. Терехова

Техред Т. Миронова

Корректоры: E. Сапунова и E. Михеева

Редактор И. Грузова

Заказ 607/15 Изд. № 1859 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 нерируют сигналы, векторы сил которых лежат в одной, плоскости и ориентированы в одном и том же линейном на правлении, обеспечивая сдвиговые колеба ния.

4. Способ по in, 1, отличающийся тем, что генерируют сигналы, .векторы сил которых лежат в одной, плоскости iH каждый направлен наружу перепендикулярно стенке скважины, обеспечивая сдвиговые,колебания и колебания сжатия.

5. Способ ао in. 1, отличающийся те1м, что генерируют сигналы, векторы сил которых ориентированы в одном налра влении, параллельно оси скважины, обес1печивая колебания

5 сжатия.

6. Способ ло лп. 1 — 5, отличающийся тем, что распространившиеся сигналы, принимают в одинаковых дискретных направлениях ориентации, которые характеризуют и излу10 чаемые сигналы.