Способ акустического каротажа скважин

Способ акустического каротажа скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О Л И C А Н И Е д11-Ъ зЗ-ЬоИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 22.10.75 (21) 2182820/» с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.04,77. Бтоллетень №13 (45) Дата опубликования описания 1),07.77 (51) M. Кл.е аот v1!40

Государствеииый комитет

Совета Мииистров СССР ио дела,м изобретеиий и открытий (бЗ) УДК 550.834 (088,8) (72) Авторы изобретения

И. H. Дэебань, Е, В. Карус, О. Л. Кузнецов н Г. Н. Ягодов

Всесоюзный научно — исследовательский институт ядерной геофизики н геохимии (S4) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО t AmTW>

Изобретение относится к акустическим ис- следованиям скважин и может найти применение при поиске полезных. ископаемых, при геофизических исследованиях в инженерной сейсмолопщ а также при проведении исследований носуществлении контроля качества твердых материалов, когда предметам присущи цилиндрические формы и границы, Теоретически и экспериментально доказано, что при акустических методах оценки физических параметров сред и материалов использование наряду с продольными поперечных волн повышает качество и полноту информации. Для проведения геофизических исследований известны несколько аналогичных способов, в которых ставится целью выделение поперечных волн. Среди ннх есть, например, способ увеличения надежности выделения поперечных волн с использованием протнвофазнътх сложений для продольной волны (1,2) и способ преимущественного формирования поперечной волны за счет перераспределения энерпя продольных в поперечные (3).

Наиболее близким к предлагаемому является способ выделения волн, в котором интенсивность поперечных головных волн по сравнению с продольными увеличивается за счет изменения направленностя излучателей и приемников и, таким образом, селекции отдельныте типов волн волн 14) .

Сттособ вьп одно отличается от известных аналой гов тем, что он позволяет активно в:тиять на упругие иьлучьсные сигналы в процессе формировашы последних. Для уверенной раздельной регист, рации различных типов волн, например продольных, попере ных и волн Лэмба, производят изменение на

1Î правлеиности преобразователей путем нх установки под определенным углом.

В аа ахотнной геофизике габариты применяемых приборов ограничены (максимально допустимый диаметр — 90 мм), Поэтому способ эффектиР, вен на частотах 25 кГц и выпи, когда имеется возможность управлять характеристикой направ.ленности излучателей и приемников. При понижении частоты, когда габариты преобразователей становятся сравнимы с длиной волны в упругом О импульсе, данный способ становится неэффективным.

Известно, что спониж,ением используемой час.тоты яеличивается глубина проэвучивания пород, уменьпгается влияние фнльтрата бурового раствора, 25 отложивптегося в лрискважипюй зоне, уменьшает553560

3 ся влияние "ближней зоны", возникающей из — за изменения параметров пород при бурении.

Целью изобретения является повышение качества измерений за счет увеличения разрешающей способности способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе заключающемся в том, что осуществляют акустический каротаж на головных поперечных волнах путем изменения характеристик излучения, измерения проходящих волн и выделения из них с помощью фильтрации поперечных волн, по которым судят о структуре породы, рабочие частоты излучения устанавливают в диапазоне между частотами

"среза" для головных продольных и поперечных волн, а частоту фильтрации при обработке сигналов устанавливают ниже частот среза головных продольных волн.

При этом частоты "среза" fг определяют иэ выражения где Vp(5) — скорость продольных (попереч ных) волн в горной породе;

R — радиус скважины;

К вЂ” коэффициент, определяющий дополнительное снижение частоты в основном, за счет поглощения и других факторов(его величина для сцементированных, нетрещиноватых пород равна единице я = 3,142).

На фйг. 1 приведена схема эксперимента для излучения частотных характеристик скважины применительно к различным типам упругих волн: на фиг. 2 показаны волновые картины, снятые в скважине от излучателей, работающих на разных частотах (на фнг. 20 — частота 21 кГц, на фиг.

°"

2б — 50кГц); на фиг. За приведены частотные характеристики скважин для головных продольных и поперечных волн; на фиг. ЗŠ— отношение амплитуд головных поперечных (5)и продольных (P) волн.

Способ становится понятным из рассмотрения результатов эксперимента, схема которого приведена на фиг,1.

В скважину 1 (ее диаметр 220 мм),заполненную водой, в которой находится широкополосный сферический приемник 2 (сфера ЦТС вЂ” 19 30 Омм), поочередно опускают узкополосные стержневые магнитострикционные излучатели 3, генерирующие импульсные колебания с видимыми частотами

3; 5; 6;7;, 7,9; 9,1; 12,5; 14,3; 21 и 27 кГц.

Преобразователи строго цеитрируются по оси скважин с помощью центраторов 4,5 из резины, укрепленных на акустических изоляторах 6,7, и устанавливаются каждый раз е одинаковым расстоянием. между ними, что контролируется по времени пробега головных волн, лучи которых показаны стрелками 8.

Предварительно в бассейне с водой все излучатели с помощью того же приемника были приведены к одной интенсивности путем регулировки возбуждающего напряжения и величины разрядной емкости. С целью исключения влияния линейных размеров излучателей они покрыты сантиметровым слоем пористой резины 9 по всей поверхности за исключением приемного торца. Это позволяет полностью подавить излучение от боковых поверхнос тей и противоположного торца, а также обеспечить дпя всех излучателей крутовую характеристику направленности 10.

Модель скважин (ее размеры 3 х 3 м в поперечнике и 4,5 м высота) изготовлена из пескобетона

; (раствор марки 100), скорость распространения упругих волн и плотность которого соответственно равны 3500 м/сек и 2 г/см, т.е. модель по упругим свойствам практически не отличается от сцементированного песчаника.

От каждого излучателя сфотографированы волновые картины, величины амплитуд колебаний на О - которых впоследствии были приведены к одному усилению и исправлены на поглощение (некоторые из волновых картин показаны на фиг. 2). Зависимость поглощения от частоты установлена с помощью профильных измерений на разных частотах и для данной модели оказалась линейной, По данным обработки волновых картин по строены зависимости амплитуды вторых фаз головных продольной и поперечной волны от их видимых частот. (см. фиг, 3) . Полученные зависимости показывают наличие частот "среза", т.е. частот, ниже которых головные продольные и поперечные волны распространяются о сильным затуханием. Так, например, при уменьшении частоты с 10 до 5 кГц амплитуда продольной головной волны уменьшаетcs почти в 10 раз. То же самое претерпевает головная тюперечиая волна при уменьшении ее частоты от

6 до 3 кГц, Из анализа частотных характеристик и волновых картин следует, что в частотном дипазоне, ограниченном частотами среза обеих волн, в

1 I скважине распространяется преимущественно .ro ловная поперечная волна, интенсивность которой превьппает интенсивность головной продольной волны примерно s десять раз (см, фиг. 2h), Такого преобладания по интенсивностям вполне достаточно для уверенной регистрации параметров головных поперечных волн.

В наличии отмеченного эффекта можно убедиться при рассмотрении графика зависимости интечсивностей головных поперечных и продольных волн от частоты на фиг. Зо и волновых картин на фиг. 2а и 26, из которых нижняя получена от излучателей с видимой частотой по головной поперечной волне 5 кГц (между "срезами" обеих волн), а верхняя — с видимой частотой 21 кГц (в области, удаленной от "срезов" в сторону верхних частот) .

Таким образом, располагая данными о скоростях продольных волн (которые можно получить из диаграмм акустического каротажа по продольным волнам или ориентировочно оценить по цитологической колонке) и радиусе скважины, можно оце553560 нить диапазон от частот "среза" обоих типов голоа ных волн, пользуясь средним соотношением скоростей Vg /V 1,8 и, следовательно, выпюприведенным выражением,пользуясь формулой (1), выбрать рабоу час у утеля й4 mo6bt пр этом б регистрировалась преимущественно головная поперечная волна.

Для реалиэапии lIpegHQ)KcHHQfo cBQcofe с h6LK,снмальным эффектом целесообразно использовать наряду с узкополосными излучателями так же фильтры, пропускающие частоту ниже частот "сре-, эа" головных продольньи волн и подавляющие верх- ние частоты.

Формула изобретения

Способ акустического каротажа скважин, эа-. ключаияцийся в том, что в скважине излучают акустические волны, измеряют проходящие волны ча1 н выделяют из ннх с помощью фильтрации попере+ ные волны, по которым судят о структуре породы, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей стюсобности способа, рабочие частоты б излучения устанавливают в диапазоне между частотами среза для головных продольных и поперечных волн, а частоту фильтрации при регистрации сигналов устанавливают ниже частот среза головных продольных волн, при этом частоту среза определяют по формуле: У =К где fr — частота среза

V> ($) — скорость продольных (попере пп пф волн;

R — радиус скважины, К вЂ” коэффициент, для коллекторов, равныйт

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР N 309334 кл. 6 01 Ч 1/28 1970 r.

2. Патент Сц1А М 3576522 кл. 340-151опубликованный в 1971 г.

3. Патент GtlA И 3286783 кл. 181 †5,опубликованный в 1967 г.

4. Патент США У 3136381 кл. 181 — 5>опубликованный в 1967 r, 553560

Составитель Э. Терехова

Техред И. Астанош

Корректор А. Власенко

Идвктор Н. Вирко

Заказ 194/39

Фнпиан ППП " Патент *, г. Ухо ород, уп. Проектная, 4

Тирйн 717 . .Ifognscaoe

ПНИИПИ Государствейзою комитета Совета Министров СССР но датам изобретений и открытий

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