Способ акустического каротажа скважин

Способ акустического каротажа скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз CoOOTcKNx

Сеци1листическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВ РРЯЦфМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ

{51)PA. Кл.з а 01 Ч 1/40 с присоединением заявки Йо

Госуаввственный комитет

СС СР но денни нзобретеннй н открытой (23) Приоритет

Опубликовано 07.1280. Бюллетень йо 45

Дата опубликования описания 07,1280 (53) УДК 550. 83 (088. 8) (72) Авторы изобретения и Д.И.Тимошин

Институт геологии и геофизики Сибирског

АН СССР (71) Заявитель отде71рщт г— (54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН чо ко

«ДГ б 28

Изобретение относится к акустическим исследованиям скважин и может найти применение прн измерении физико-механических характеристик пород в обсаженных скважинах и контроля сос- э тояния таких скважин.

Существует ряд способов, в которых ставится целью выделение поперечйых волн при наличии других типов волн, которые в данном случае считаются ® помехами.

Известен, например способ, s кото» ром рабочие частоты излучения устанавливают в.диапазоне между частотами среза для головных продольных и 13 поперечных волн, измеряют проходящие волны и выделяют из них с помощью фильтрации поперечные волны (11 .

Наиболее близким для данного технического решения является способ 2(} акустического каротажа,скважин,согласно которому излучают и принимают акустические сигналы в нескольких точках, расположенных на равных ..расстояниях одна от другой по пери- 2S ферии скважин в плоскости, перпендикулярной оси скважины при этом излу,чают и (или)-- принимают колебания: вектор смещения которых направлен по азимуту скважин gQ ., 30

Применение этого способа при исследовании обсаженных скважин наталкнэается на ряд трудностей, глав ная иэ которых — присутствив целого ряда волн, распространяющихся по обсадной колонне. Некоторые из этих волн связаны со способом возбуждения и приема, другие - с паразитными колебаниями датчиков и трубы.

Целью изобретения является повьваение надежности и точности выделения поперечной эатрубной волны в обсаженной скважине.

Это достигается тем, что рабочие частоты излучения и приема устанавливают в диапазоне максимума амплитуды поперечной затрубной волны, определяемого по формулет

0.45 f0 444,8B f, (<> где f — частота сигнала значение частоты для макси0 мума амплитуды, определяемой по формуле ааимЗнн И=ЕеайЖххайудЪ Жх!хема-.Мвт.= лаыайутЖ= .: .:-=:а э ынагддввд-",-, .; - ых--.-. 785200

-6

<)(т,Ч = рок

t$ (d

g (d =(— е (кт.

65 где V0 — скорость поперечной волны в трубе)

V — скорость поперечной волны в породе; (U0 — модуль сдвига в трубе; (U — модуль сдвига в породе; а — внутренний радиус трубы да — толщина стенки трубы.

Решение задачи на распространение волн от источников, создаюкт1их осесимметричные колебания, направленные по азимуту скважины, дает нам следующее выражение для комплексной амплитуды смещения на стенке скважи,ны для заданной частоты: т((gq)P (Я,(К >((, 4 -Pl ((.Н1(ЫЬС() Ю (IUof5H (к5 (,) )ч-/+HZ(к1 Ц р где используются следующие обозначения:

3 -- расстояние вдоль оси скважины; — Ъремя; (d — угловая частота;

"(,(k))- пространственный спектр источникау

:) — переменная интегрирования;

K= —, Уо —, P= У -,1т < =„ Г (.д Ч

0 (кв ), Н (кв(() — функция Ханкеля первого рода; » (K>9) N2(ка< ) - Зд (ка ))1)((кэ(3)

Т = 3 1 (кв(Ы Jg (x

L = 3g (scapi) и1 (>

В =3„(KBp) И„(ка() -, (ка(1) N<(rcmp) )

„), J,Á „ N — цилиндрические функции.

Непосредственное вычисление этого интеграла весьма затруднительно и йе всегда позволяет вынснить роль

" тех или иных слагаемых волн в величине амплитуды смеыенин, Лучшие результаты дает способ исследования особенностей подынтегральной функции, с которыми связаны раз» лйчные типы волн. Так, с вычетами подынтегральной функции связаны так называемые нормальные моды, которйе обйчно называют трубнйми волнами, с точкой ветвления 0(= Π— затрубная поперечная волна.

В большинстве случаев скорость поперечной .волны в породе меньше, чем скорость поперечной волны в трубе, и в этом случае зарегистрировать эатрубную волну достаточно сложно.

В случае большей скорости в породе, чем в трубе, регистрация поперечной волны по породе не вызывает трудностей.

3$

4$

$0

$5

Анализ выражения (3) для случая меньшей скорости показывает, что при удалениях от источника на расстояния кя > 5 и при,.отношении толщиныЬйстенки к ее внутреннему радиусу

ЬО)/сис5 для затрубной волны можно использовать приближенную формулу, позволяющую определять амплитуду. этой волны от частоты

u(Ц Р (4

"(Ц (.)

О „ О,,2+.(1,2

g,(4(à Üà) <»+ д ) Чп где но

2 О .(1 „, ) V

Так как ((K) характеризует пространл ственный спектр источника, в общем случае его можно выбрать оптимальным, для практических оценок его можно взять равным постоянной величине.

Наибольшее влияние на величину ( амплитуды оказывает множитель ((в) (б () который имеет максимум при .(д) =1/ У или при частоте fa, определяемой формулой (1).

Частоты,на которых будет происходить уменьшение амплитуды до уровня

0,707 от максимального, 0,45 Е, нижняя граница и 1 88fo — верхйяя граница.

Э то же время нахождение корней определителя (в последствии вычетов) подынтегральной функции, которые в данном случае являются комплексными, позволяет строить частотные характеристики трубных волн. Как показывают расчеты, наиболее существенно в диапазоне частот, используемых в акустическом каротаже, проявляет себя только один корень. С этим корнем связана волна, аналогичная крутильной поперечной волне, распространяющейся по голой трубе. Использование формулы (3) и результатов расчетов позволяет построить совместно частотные характеристики трубной волны и эатрубной поперечной. На фиг. 1 представлены частотные характеристики этих волн при удалении Z = 10 а.для следующих параметров:

1 ° V/V 0,751 (0(ЯО 0,21; Д a=0,125а

2.V/Чо .0,625; Pl/f0<=0, 148; д а=0,125a

3 ° V/Vî О, 3125 у(И/)во-ОО, 031; Ь а"-О, l25a

4Л/Чо = 0,26 . (ц((цо=0,022; d a=0,125à (параметры модели) .

ЦиФрой 5 на фиг. 1 обозначена частотная характеристика затрубной волны, которая в данном масштабе имеет

785200 одинаковый вид для всех параметров.

Чтобы получить амплитуду волны, соответствующую формуле (2), нужно величину а домножить на множитель (,га с(И

Р а

«оо р (5)

5О

Как следует из Фиг. 1, для широкого набора параметров имеется частотный диапазон, в котором влияние трубных крутильных волн минимально. Анализ 1О ряда других типов трубных волн, возникающих в результате параэитных колебаний датчиков и трубы, показывает, что их влияние в данном частотном диапазоне такхе невелико. 15

Для проверки вышеуказанных выводов был проведен эксперимент на модели, изготовленной из парафина. Обсадную трубу имитировала дюралюминиевая трубка. Параметры модели были следующими gp

Ч0 = 3200 м/с, Ч = 836 м/с,(0/ МО0,022, а е 7,5 мм, Ь а 1 мм. Частотная характеристика трубной волны, соответствующая этим параметрам, приведена фиг. 1 и имеет шифр 4.

Для проведения эксперимента были изготовлены две пары датчиков, позволяющие с первой работать внутри расчетного диапазона, а со второй— вне его. Отснятые волновые картины приведены на фиг. 2 - 5. Преобладающие частоты отмеченных фаз составляют 4,5; 5, 10 и 12,5 кГц. Годографы, построенные по этим фазам, приведены на фиг. б и имеют шифр 1-4 соответственно. Как следует из фиг. 4-6, эатрубная волна регистрируется на йстотах 4,5-5 кГц. На частотах 10 и 12,5 кГц регистрируется уже трубная волна. По расчетным данным fO для модели равно 5,6 кГц, нижняя 40 граница диапазона лежит на частоте

2,6 кГц, верхняя — на частоте 10,8кГц.

Пересечение частотных характеристик трубной и затрубной волны происходит на частоте 9,7 кГц и, следова- 4 тельно, уверенное выделение эатрубной волны возможно в диапазоне 2,69,7 кГц, что и наблюдается в эксперименте. Для случаев, встречающихся на практике, таких больших перепадов по скорости и по жесткости обы,но не бывает, поэтому эа значение верхней границы можно брать величину 1,88 fy.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет отделять полезную волну, идущую со скоростью поперечной волны в породе, от волн-помех, идущих по трубе, которые в большинстве случаев имеют большую амплитуду полезной волны и.скорости, изменяющиеся в достаточно широких пределах.

Формула изобретения

Способ акустического каротажа скважин, включающий излучение и прием колебаний, вектор смещения которых направлен по азимуту, измерение проходящих волн и выделение из них с помощью фильтрации поперечной волны, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности выделения поперечной затрубной волны в обсаженной скважине, рабочие частоты излучения и приема устанавливают в диапазоне максимума ее амплитуды, определяемогб по

045f c fc(Я81 где Š— частота сигнала;

f — значение частоты для макси0

"мума амплитуды, определяе-. мой по формуле: 0

0 где Ч, -скорость поперечной волны в трубе1

V -скорость поперечной волны в породеу (цо -модуль сдвига в трубе; (И -модуль сдвига в породе; а. -внутренний радиус трубы1

Ась - толщина стенки трубы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 553560, кл. G Ol V 1/40, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке В 2536640/18-24, кл. С 01 V 1/40, 1977 (прототип) .

Составитель Л,Стремоухоэа

Редактор Р. Ахмедова Техред Л. Пекарь ХорректорН.Швйдкая

Заказ 8745/20 Тираж 649 Подписное

ВНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 3-35, каутская иаб;, д. 4/5

° ююююевювюавююмаеевюаеЬюююаве>маваг авевююююююююю !

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4